ES2226663T5 - Metodo para detectar y controlar el desequilibrio dinamico en un tambor de una maquina lavadora y maquina lavadora que utiliza dicho metodo. - Google Patents
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Abstract
Máquina lavadora, que comprende medios (27) de detección para averiguar la aceleración y/o el movimiento de una masa oscilante comprendiendo al menos la cubeta (12) y el tambor (18) de la máquina lavadora, en la cual el eje x es el eje paralelo al eje del tambor (18), el eje y es un eje horizontal ortogonal al eje x y el eje z es un eje vertical ortogonal tanto al eje x como al y, siendo debido tal aceleración y/o movimiento a condiciones de desequilibrio de la carga, caracterizada porque dichos medios (27) de detección están dirigidos a lo largo de una dirección que es sensible al efecto de una carga dinámicamente desequilibrada, es decir, que dichos medios (27) de detección se colocan para detectar la aceleración y/o el movimiento a lo largo de la dirección x.
Description
Método para detectar y controlar el
desequilibrio dinámico en un tambor de una máquina lavadora y
máquina lavadora que utiliza dicho método.
La presente invención se refiere a las máquinas
lavadoras, particularmente de un tipo que tiene un tambor perforado
que gira sobre su eje horizontal. Con el término "eje
horizontal" se significa todas las máquinas lavadoras que tienen
un eje del tambor sustancialmente horizontal, estando incluidas las
lavadoras cuyo eje esté inclinado. Con el término "máquina
lavadora" se designa todos los tipos de aparatos para lavar la
ropa y similares, incluidas las
lavadoras-secadoras. Con referencia a las Figuras 1
y 2, la máquina lavadora tiene una envolvente exterior (armario) 10
que se sostiene sobre el suelo. Una cubeta 12 está suspendida en la
envolvente por medio de un sistema de suspensión que comprende los
resortes 14 y los amortiguadores 16. La cubeta 12 es un dispositivo
no giratorio que contiene un tambor 18 perforado que está soportado
por uno o dos cojinetes. Se hace girar al tambor 18 mediante un
motor eléctrico 26. El sistema de transmisión comprende una correa
20 que conecta una polea 22 montada sobre el eje del tambor y el eje
24 del motor directamente. El motor 26 está equipado con un sistema
de accionamiento y, con frecuencia, con un generador de tacómetro
que puede medir la velocidad rotacional del eje del motor. En las
máquinas de control electrónico, el mando del sistema de
accionamiento del motor se decide en base a la diferencia entre la
velocidad del mando (deseada) y la velocidad real, tal como es
leída por el tacómetro.
Es bien conocido que las vibraciones son un
asunto importante en las máquinas lavadoras. Pueden hacerse muy
grandes en la fase de giro, cuando el tambor es acelerado desde una
velocidad baja (alrededor de 100 rpm), a la cual la colada es
retenida contra la pared del tambor por la fuerza centrífuga a una
velocidad alta que puede variar de 600 a 1600 rpm según las
diferentes máquinas lavadoras. A fin de evitar un nivel no deseado
de vibraciones, se realiza a menudo una fase de distribución. En
esta fase se incrementa la velocidad del tambor según una cierta
ley, hasta una velocidad en la cual es retenida la colada en una
posición fija respecto al tambor por la fuerza centrífuga. La
finalidad de esta fase es distribuir uniformemente la colada de tal
manera que no haya un desequilibrio remanente actuando sobre el
tambor.
Debido a la presencia de un artículo único
grande (tal como una toalla de baño) o cargas concentradas (por
ejemplo un par de zapatillas de tenis), puede suceder que siga
habiendo dentro del tambor una cierta cantidad de carga
desequilibrada.
En las figuras 3 y 4 se muestra una vista
esquemática del costado frontal y lateral del tambor rotatorio.
También se muestra entre las figuras 3 y 4 un sistema de coordenadas
tridimensional ortogonal que es coherente con el de la figura
1.
En la descripción siguiente, se denomina
desequilibrio estático al desequilibrio creado por una carga de
colada L tal que el centro de gravedad del sistema oscilante G no
coincida con el centro geométrico D del tambor. Esta configuración
crea una excentricidad en el movimiento del tambor. En mecánica,
esta clase de desequilibrio se denomina "estático" porque es
suficiente un equilibrado estático de las fuerzas que actúan sobre
el tambor para compensar el desequilibrio.
Es bien conocido en la técnica que si se hace
girar una maquinaria rotativa a una velocidad constante en un plano
vertical, presenta un comportamiento oscilante en términos tanto de
velocidad angular como de par motor aplicado al eje. Esto puede
entenderse de manera muy sencilla pensando en el par generado por el
peso de la carga desequilibrada cuyo valor es oscilante en función
de la posición angular de la colada L.
Por tanto, es relativamente sencillo detectar el
desequilibrio estático midiendo, por ejemplo, las fluctuaciones de
velocidad durante una fase a velocidad constante. Este método se
describe en el documento EP 0 071 308 que se refiere a un método
para detectar el valor del desequilibrio (estático). Este método
comprende proporcionar una velocidad de mando constante al
algoritmo de control del motor, monitorizando la velocidad real del
motor como se mide por un generador de tacómetro y observando los
cambios de velocidad. Variaciones de más de cierto valor indican la
presencia de una carga con un desequilibrio grave. Los documentos EP
0 969 133 A1, GB 2 326 947 A y EP 0 763 618 A se basan en el mismo
principio.
El documento
EP-A-763 618 describe una máquina
lavadora con un sensor de vibraciones para detectar una componente
horizontal o vertical de las vibraciones del tambor.
Otro método conocido para detectar el valor del
desequilibrio estático es comprobar el desplazamiento translacional
o la aceleración translacional de la cubeta a lo largo de los ejes y
o z. Por ejemplo, en el documento EP 0 879 913 A1 se detecta el
desplazamiento relativo entre el armario y la cubeta midiendo la
variación de presión dentro de un cuerpo cilíndrico hueco que
conecta el armario con la cubeta.
Haciendo referencia a continuación a la Figura
4, la disposición de la colada dentro del tambor es tal que el
centro de gravedad del sistema rotatorio G coincide con el centro de
gravedad del tambor. Sin embargo, si se hace girar al tambor, actúa
sobre la colada una fuerza centrífuga. En particular, las
componentes F_{1} y F_{2} a lo largo del eje z generan un par
que actúa sobre el punto G. Tal par actúa sobre el eje y. Por
razones de simetría, lo mismo sucede sobre el eje z (esto se puede
observar si se mira la vista desde arriba en vez de la lateral).
Resumiendo, la carga desequilibrada dinámicamente genera un par
instantáneo cuyo vector se encuentra en el plano
y-z y no actúa un par resultante sobre el eje x.
Esto significa que cuando el tambor gira a
velocidad constante, no se pueden ver fluctuaciones en términos ni
de velocidad ni de par motor. Así, fallan los métodos normales
conocidos de detección de desequilibrios.
Sin embargo, considerando una velocidad de
tambor constante, debido a la presencia de desequilibrio dinámico,
existe una acción de fuerza que excita los dos modos rotacionales a
lo largo de los ejes y y z.
Por tanto, la presencia del desequilibrio
dinámico puede ser peligrosa por dos razones. En primer lugar,
cuando se cruzan las frecuencias naturales relacionadas a los modos
rotacionales de la masa oscilante, un desequilibrio excesivo puede
hacer caminar a la máquina y/o chocar según los coeficientes de
amortiguación del sistema de suspensión en aquellas direcciones. En
segundo lugar, una carga desequilibrada dinámicamente puede generar
grandes vibraciones durante la fase de giro a alta velocidad
constante.
Actuando sobre las características del sistema
de suspensión, el diseñador puede cambiar el reparto de los efectos
entre la cubeta y el armario, pero no puede ser modificada. la
energía general proporcionada al sistema por la carga dinámica
rotativa.
La presente invención propone un enfoque
diferente. Se detecta el valor del desequilibrio dinámico y se toma
la decisión de cruzar las frecuencias críticas rotacionales de
acuerdo con esta información. Además, se puede elegir la velocidad
de giro en base al desequilibrio detectado.
Podría parecer que una configuración de
desequilibrio dinámico puro es muy especial y que la probabilidad
de que se produzca es muy limitada. Es verdad que a menudo hay
presente un cierto valor de desequilibrio estático, pero también es
verdadero que el caso más probable viene dado por la combinación de
ambos desequilibrios estático y dinámico.
Por tanto, un método que combina una detección
estática con una dinámica puede obtener los mejores resultados.
Para un mejor entendimiento de la invención, se
hace referencia a los dibujos siguientes, en los cuales:
- las figuras 1 y 2 ilustran un dibujo
esquemático de una máquina lavadora convencional con un tambor que
gira sobre un eje horizontal;
- las figuras 3 y 4 muestran ambas vistas de
proyecciones frontal y lateral del tambor en presencia de un
desequilibrio estático (figura 3) o dinámico (figura 4);
- la figura 5 es el perfil de velocidad usado en
una primera realización del método según la invención;
- la Figura 6 es el perfil de velocidad usado en
una segunda realización del método según la invención;
- las figuras 7 y 8 muestran un ejemplo de como
montar un sensor de aceleración en la cubeta de la máquina para
detectar vibraciones de la cubeta;
- las figuras 9 y 10 indican las aceleraciones
medidas por un acelerómetro montado como se muestra en las figuras
7 y 8, donde la figura 9 se refiere a una colada desequilibrada
dinámicamente de tipo bajo, mientras que la figura 10 se refiere a
una de tipo elevado;
- las figuras 11 y 12 muestran un ejemplo de
como montar un sensor de desplazamiento óptico para detectar los
movimientos de la cubeta;
- las figuras 13 y 14 indican los
desplazamientos medidos por un sensor óptico montado como se muestra
en las figuras 11 y 12, donde la figura 13 se refiere a una colada
desequilibrada dinámicamente de tipo bajo, mientras que la figura
14 a una de tipo elevado;
- las figuras 15 y 16 ilustran un método para
montar un sensor de desplazamiento óptico de tal manera que sea
posible realizar un procedimiento de autocalibración y que se pueda
usar el mismo sensor para detectar la posición de la puerta en una
lavadora de carga superior;
- la figura 17 muestra el diagrama de flujo
asociado a una realización del método según la presente invención;
y
- la figura 18 ilustra el diagrama de flujo
asociado a otra realización del método según la presente
invención;
En la máquina lavadora según la presente
invención, el ciclo de giro comprende diferentes etapas. Haciendo
referencia a la Figura 5, en la fase A, el tambor es acelerado desde
cero a una velocidad baja (alrededor de 50 rpm) a la cual la
aceleración periférica de la colada está por debajo de 1 g, de forma
que la carga está cayendo continuamente dentro del tambor. Después,
se realiza una así llamada fase B de distribución. Se eleva la
velocidad del tambor a un valor en el cual la carga se mantiene en
una posición sustancialmente fija respecto al tambor por la fuerza
centrífuga, de modo que ya no se le permite caer a la carga. En
muchos casos se realiza una fase C posterior a velocidad constante.
Habitualmente, si hay presente un algoritmo de detección de
desequilibrios, funciona en esta fase. Se comprueba el valor del
desequilibrio estático observando la velocidad del tambor/motor o
bien el par motor. La velocidad constante s_{0} escogida es
habitualmente de unas 100 rpm.
Al final de esta fase, el controlador puede
decidir si acelera el tambor hasta una velocidad elevada en la cual
se pueda extraer el agua de la colada, o para y reinicia la fase de
giro. Se toma esta decisión en función del desequilibrio estático
medido. Si se abandona la fase de giro, la carga cae y la máquina
lavadora hace un nuevo intento de distribuir mejor la ropa.
Según la presente invención, a fin de controlar
el valor del desequilibrio dinámico de la colada, se añaden algunas
etapas más después de la verificación del desequilibrio estático. A
continuación, se explica el modo de detectar el desequilibrio
dinámico sin entrar en detalles relativos a los sensores, pero
hablando en términos generales sobre la magnitud medida (como
aceleración, velocidad o desplazamiento). Este enfoque se usa para
destacar el hecho de que el algoritmo es independiente del sensor
concreto. Al término de la descripción del algoritmo, se
proporcionará un análisis más detallado de los sensores.
En una primera realización del método según la
invención, si el valor del desequilibrio estático de la colada es
demasiado alto, se entra en una fase E de aceleración de pendiente
constante (aceleración a_{1}). Durante esta fase se
comprueba la salida del sensor y se guardan los valores leídos
mínimo y máximo en variables adecuadas del microcontrolador. En
cada instante de toma de muestras se calcula la diferencia entre los
valores máximo S_{max} y mínimo S_{min} y se compara con un
cierto umbral T como se muestra en el diagrama de flujo de la
figura 17. En la realización mostrada en la figura 12, el valor
umbral T puede ser función de la inercia I calculada (y por tanto
de la cantidad de la carga en el tambor) y/o del desequilibrio
estático (U). Si se excede el umbral, entonces se abandona la fase
de giro y se reinicia (F) la fase de distribución; en caso
contrario, el tambor sigue acelerando (E). Puesto que los valores
máximo y mínimo se actualizan en cada periodo de toma de muestra,
puede suceder que su diferencia supere el umbral en algunos
instantes. Esto se indica en la figura 5 dibujando cierto número de
líneas descendentes (F).
Si se alcanza una cierta velocidad (s_{1}) sin
superar el umbral T dado, se supone que el desequilibrio dinámico
es bastante bajo para permitir el giro a alta velocidad. En este
caso se acelera el tambor (H) con una aceleración diferente
(a_{2} que es habitualmente inferior a a_{1})
hasta una velocidad (M) centrífuga predeterminada. Debe observarse
que s_{1} debería estar por debajo de la resonancia crítica de
los modos rotacionales, que es la velocidad a la cual el efecto de
la carga desequilibrada dinámicamente es máximo en términos de
desplazamientos. Por otra parte, se debería elegir el valor de
s_{1} de modo que el efecto del desequilibro dinámico sea
detectable, es decir, no debería estar demasiado alejado de la
frecuencia de resonancia. Por ejemplo, si tal resonancia está a 300
rpm, un buen valor de s_{1} podría ser de 250 rpm.
Según la presente invención, la velocidad de
giro se puede escoger en función de la medida de desequilibrio
dinámico calculada. Más precisamente, cuanto mayor es el
desequilibrio dinámico, más baja será la velocidad escogida, de tal
modo que el nivel de vibración real permanece aproximadamente igual
en todas las condiciones.
El umbral para la verificación del desequilibrio
dinámico se puede establecer a diferentes valores según el
desequilibrio estático detectado. Además, se puede elegir también la
velocidad s_{1} en base a la inercia/peso de la colada dentro del
tambor que se puede calcular usando uno de los métodos bien
conocidos en la técnica (es decir, el documento US 5 507 054). Este
enfoque tiene la ventaja de que el diseñador puede mantener
constante la diferencia entre s_{1} y la frecuencia de
resonancia, independientemente de la inercia de la colada.
Según otra realización de la invención (con
referencia a la Fig. 6), se puede mantener constante la velocidad
s_{1} durante un cierto período de tiempo K (fase P), y se
verifica la diferencia entre los valores máximo y mínimo de la
variable medida durante este intervalo. Si la diferencia permanece
por debajo de un cierto umbral, se acelera el tambor a la velocidad
de giro (M); en caso contrario se desconecta el motor y se repite
la fase de distribución (A-B). Una vez más, se puede
escoger el valor de s_{1} en función de la inercia/peso de la
carga. La realización se muestra también en el diagrama de flujo de
la figura 18.
La presente invención se puede aplicar
perfectamente en el caso de máquinas de lavado/secado que tienen un
tambor rotativo alrededor de un eje horizontal o de un eje vertical
y provistas de medios para equilibrado automático de la colada
presente en el tambor. De hecho es bien conocido que tales
dispositivos trabajan adecuadamente cuando el tambor gira a una
velocidad por encima de la crítica. Además, a velocidades por debajo
de la frecuencia crítica de resonancia, el comportamiento de estos
sistemas de equilibrado no es perfectamente conocido, y el valor
total de desequilibrio (tanto simétrico como dinámico no es
constante.
A fin de evitar un valor excesivo de
vibraciones/caminar/golpear al cruzar la frecuencia principal de
resonancia del sistema oscilante, se puede usar el método explicado
en la presente invención.
Según una realización de la invención, se monta
un sensor 27 de aceleración (figuras 7 y 8) en la máquina, de forma
que se monitorizan las vibraciones a lo largo de un eje determinado.
Se debe dirigir el eje sensible del acelerómetro a lo largo de la
dirección que es sensible al efecto de una carga desequilibrada
dinámicamente. Por ejemplo en las figuras 7 y 8 se monta el sensor
de aceleración en la parte superior de la cubeta, con el eje
sensible 29 dirigido según el eje x. Como ya se ha descrito, una
carga dinámicamente desequilibrada genera un par instantáneo que se
encuentra en el plano y-z. Este par activa dos modos
de vibración a lo largo de los ejes y y z. Estos dos modos generan
aceleración a lo largo de la dirección x que es la dirección a lo
largo de la cual e puede detectar la aceleración máxima.
Otro parámetro importante es la distancia entre
el acelerómetro 27 y el eje instantáneo de rotación de la masa
oscilante (cubeta 12 y tambor 18). Por supuesto, cuanto mayor es la
distancia, mayores son las aceleraciones medidas. Se deduce que, si
suponemos que el eje de rotación instantánea pertenece al plano
y-z, la posición mostrada en las figuras 7 y 8
maximiza la aceleración detectada.
En las figuras 9 y 10 se muestran las mediciones
registradas por un acelerómetro comercial en presencia de dos
niveles diferentes de carga desequilibrada dinámicamente. El sensor
utilizado en los ensayos realizados por el solicitante estaba
fabricado por Analog Device y se basa en la tecnología MEMS
(Micro Electro Mechanic System, Sistema
Microelectromecánico). Está específicamente diseñado para trabajar
con microcontroladores de bajo costo y se encuentra disponible como
sensor de 2 ejes y de 1 eje. La máquina lavadora se ha hecho
funcionar utilizando el perfil de velocidades correspondiente a la
figura 5. Observando los diagramas, está claro que en el segundo
caso (figura 10) las aceleraciones de la cubeta son muy grandes y se
pueden observar tanto en términos de ruido como de vibraciones. Por
otra parte, en el caso representado en la figura 9, se detectan
vibraciones muy pequeñas. Vale la pena destacar que el valor del
desequilibrio estático es exactamente el mismo en las dos figuras 9
y 10, así que se pueden ver variaciones pequeñas en términos de
fluctuaciones de velocidad y de par.
En base a la presente invención, no se debería
permitir girar a la carga de la figura 10, evitando así las grandes
vibraciones y los posibles daños a la máquina lavadora.
Según una realización alternativa de la
invención, se usa un sensor de desplazamiento óptico para detectar
el movimiento de la periferia de la cubeta, estando tal movimiento
conectado con el desplazamiento rotacional. En las figuras 11 y 12
se muestra un ejemplo de una disposición de este tipo, en la que se
une a la periferia de la cubeta 12 un blanco 30, constituido por
una clase de papel especial, comprendiendo la sonda 32 del sensor
un emisor de luz que se monta sobre el armario 10 (figura 11).
Las figuras 13 y 14 muestran el comportamiento
del desplazamiento como se mide por un sensor óptico de
interferómetro. El perfil de velocidad de mando es el descrito en
la figura 5. Es claramente visible la presencia de colada
desequilibrada dinámicamente en los gráficos. Las figuras 13 y 14 se
han obtenido en las mismas condiciones que las figuras 9 y 10 que
indican las aceleraciones en vez de los desplazamientos.
Según otra realización de esta invención, se
pueden usar dos sensores ópticos de desplazamiento para detectar
los movimientos de la máquina a lo largo de dos ejes diferentes
paralelos ambos al eje y y colocados tan próximo como sea posible a
los extremos de la máquina. Puede verse que la diferencia entre los
desplazamientos leídos por los dispositivos está relacionada con el
valor del desequilibrio dinámico. Previamente se indicó que el
vector de par total generado por la carga desequilibrada
dinámicamente se encuentra en el plano y-z. En aras
de la simplicidad, suponemos que un par de este tipo se encuentra
dirigido exactamente según el eje z. Aunque el centro de masa de la
máquina no se mueve, el lado izquierdo tiende a moverse en una
dirección opuesta respecto al derecho. Midiendo la diferencia de
estos desplazamientos, se puede encontrar el valor del desequilibrio
dinámico. Vale la pena destacar que un desequilibrio puramente
"estático" genera un movimiento simétrico de lado izquierdo y
derecho de forma que la diferencia es cero y no se puede confundir
esta situación con una de desequilibrio dinámico. Por supuesto,
cuanto más próximos a los costados de la máquina estén los sensores
de desplazamiento, más precisa es la detección.
El mismo razonamiento se aplica si se usan dos
sensores de desplazamiento para medir los movimientos de los
costados de la máquina a lo largo del eje z. Según una realización
adicional de la presente invención, se usa un sensor de
desplazamiento para detectar el movimiento de un costado de la
máquina bien sea a lo largo del eje y o del eje z. En este caso, se
deben disponer medios para detectar el desequilibrio estático a fin
de separar los efectos del desequilibrio estático y los del dinámico
(es decir, se puede usar un método de fluctuación de velocidad como
el descrito en el documento EP 0 071 308).
Resumiendo, la presente invención se refiere al
uso de medidas de aceleración y/o desplazamiento para obtener
información concerniente a la masa de colada desequilibrada
dinámicamente.
Aunque se informa de algunos ejemplos que se
refieren a sensores específicos, se puede usar con éxito cualquiera
de las metodologías de detección descritas a continuación.
Se puede usar según la presente invención un
sensor de posición, distancia o desplazamiento. Este es un
dispositivo capaz de convertir un fenómeno físico tal como
posición, distancia, desplazamiento, en una señal eléctrica como
tensión, corriente, frecuencia, impulso, etc. Puede ser de
"contacto" o "sin contacto". Un sensor de "contacto"
significa que existe un contacto/conexión físico/a entre el sensor y
el blanco. Un sensor "sin contacto" significa que no existe un
contacto/conexión físico/a entre el sensor (sonda) y el blanco (es
el referente). En la tabla 1 siguiente se da una lista de algunos
de estos dispositivos, mientras que en la tabla 2 se muestra una
lista de las principales tecnologías de detección de contacto.
Se analizarán algunas tecnologías con mayor
detalle y su uso en el contexto específico cubierto por la presente
invención.
Se puede usar un sensor de desplazamiento
inductivo para detectar una carga desequilibrada dinámicamente.
Un sensor (sonda) de desplazamiento inductivo
consiste en cuatro elementos básicos: bobina de sensor y núcleo de
ferrita, circuito oscilante, circuito detector, circuito de salida
de estado sólido. El circuito oscilante genera un campo
electromagnético de radiofrecuencia que radia desde el conjunto de
núcleo de ferrita y bobina. El campo está centrado den el eje del
núcleo de ferrita, la cual conforma el campo y lo dirige a la cara
del sensor. Cuando se aproxima un blanco metálico y entra en el
campo, se inducen corrientes de Foucault en las superficies del
blanco. Esto da lugar a un efecto de carga o de
"amortiguación", que origina una reducción en la amplitud de
la señal del oscilador. El circuito detector detecta la variación de
la amplitud del oscilador que es presentada por la salida de estado
sólido en una salida analógica que es proporcional a la distancia
entre el sensor y el blanco. En la aplicación según la presente
invención, la sonda del sensor puede ser ensamblada en la cubeta y
se puede usar como un blanco metálico el propio armario. Viceversa,
el sensor se puede montar en el armario y usar la cubeta como
blanco. En el caso en el que la cubeta esté hecha de un material no
metálico, se tiene que montar en la cubeta un blanco metálico.
Se puede usar un sensor de desplazamiento
capacitivo para detectar una carga desequilibrada dinámicamente.
Un sensor capacitivo se basa en la capacitancia
dieléctrica. La capacitancia es la propiedad de un medio dieléctrico
para almacenar una carga eléctrica. Habitualmente el condensador
está formado por dos placas conductoras separadas por un aislante
(habitualmente denominado dieléctrico, y puede ser también el aire)
para almacenar una carga eléctrica.
El sensor de desplazamiento capacitivo es
bastante semejante al sensor inductivo. Se compone de cuatro
elementos básicos: sensor (placas conductoras), circuito oscilante,
circuito detector, y circuito de salida de estado sólido. La
principal característica de los sensores capacitivos es que, además
del blanco metálico, pueden detectar también blancos no metálicos
(material dieléctrico). Tanto en los sensores capacitivos como en
los inductivos la variación de amplitud se relaciona con la
distancia entre el sensor y el blanco. Según la invención, se puede
montar la sonda del sensor en la cubeta y se puede usar como blanco
el propio armario. Viceversa, el sensor se puede montar en el
armario y usar la cubeta como blanco.
Se puede usar un sensor de desplazamiento
fotoeléctrico para detectar una carga desequilibrada
dinámicamente.
Se usan sensores ópticos para monitorizar el
desplazamiento, la posición, la distancia, y se encuentran
disponibles comercialmente en una amplia variedad de rangos y tipos
para satisfacer diferentes requisitos de aplicación.
Un sensor fotoeléctrico se basa en el principio
de la emisión y recepción de luz y se usa a lo largo de un blanco
reflector. Existen tres configuraciones básicas para la detección
fotoeléctrica.
- Haz pasante: el blanco pasa entre una unidad emisora y una receptora, bloqueando el haz.
- Retrorreflexiva: el blanco pasa entre el sensor y un reflector. El emisor y el receptor están en el mismo alojamiento.
- Difusa de proximidad: la unidad detecta directamente la luz procedente del blanco. El emisor y el receptor están en el mismo paquete, de la misma manera que en la retrorreflexiva, sin embargo, el receptor es más sensible a la luz débil que se difunde por la superficie del blanco.
Los dispositivos ópticos son sensores sin
contacto, pueden trabajar a una considerable distancia del blanco y
tienen una gran anchura de banda. También se deben incluir en la
lista los sensores láser y fotoeléctricos con fibra óptica.
Ya se ha tratado la aplicación de sensores
fotoeléctricos en la presente invención.
Se puede usar un sensor de aceleración para
detectar una carga desequilibrada dinámicamente.
La aceleración es un parámetro importante para
las mediciones de movimiento absoluto con fines generales, y para
la detección de vibraciones y choques. Hay acelerómetros disponibles
comercialmente en una amplia variedad de rangos y tipos para
satisfacer distintos requisitos de aplicación. Se pueden configurar
como sensores activos o pasivos. Un acelerómetro activo (por
ejemplo, piezoeléctrico) da una salida sin necesidad de una fuente
externa de alimentación, mientras que un acelerómetro pasivo cambia
sus propiedades eléctricas (por ejemplo, la capacitancia), si bien
requiere una fuente externa de alimentación. Los acelerómetros
típicos consisten en un disco piezoeléctrico o rodajas cargadas por
masas sísmicas y mantenidas en posición por un casquillo de
fijación. Cuando se somete el acelerómetro a vibración/aceleración,
la masa sísmica ejerce una fuerza variable sobre el elemento
piezoeléctrico. Debido al efecto piezoeléctrico, la fuerza produce
una carga eléctrica correspondiente. Los tipos más comunes de
acelerómetros son piezoeléctricos, piezorresistivos, de capacitancia
diferencial, calibres de deformaciones, de tipo inercial, y de tipo
de inducción. Se ha descrito ampliamente en lo anterior el uso de
acelerómetros para detectar la colada desequilibrada
dinámicamente.
Según una realización adicional de la presente
invención, se disponen medios para la autocalibración de un sensor
de desplazamiento. Se hace referencia a la situación mostrada en las
figuras 15 y 16 que se refieren a una lavadora de carga superior
que tiene una puerta 33 en la pared del costado de la cubeta 12. La
sonda 34 del sensor se monta/fija en el armario 10 y se coloca en
la cubeta 12 una pieza de material conocido como blanco 36. Se fija
un blanco adicional 38 en un tetón que gira con la polea. Haciendo
esto, el sensor de desplazamiento leerá la posición de la cubeta,
excepto en los instantes en los que el blanco de la polea pasa
delante de la sonda 34. En estos instantes se detecta un cambio
súbito de un nivel de tensión a otro. Esta técnica se puede usar
para eliminar la fase de calibración o ajuste del sensor, mejorando
así la precisión de la salida. De hecho, en todos los dispositivos
descritos en los párrafos anteriores, la sensibilidad y la
linealidad del sensor pueden depender en gran medida del punto en
el que el sensor está funcionando dentro del intervalo de
funcionamiento. Por medio de dos blancos 36 y 38 es posible definir
bien el rango de funcionamiento. De hecho, el blanco 36 de la
cubeta se usa para definir el valor de separación mientras que el
blanco 38 de la polea se usa para definir el intervalo de
funcionamiento.
Suponiendo ahora que el coeficiente de reflexión
para ambos blancos (blanco 36 de la cubeta y blanco 38 del tetón de
la polea) sea el mismo, y que la distancia entre la cubeta 12 y el
blanco 38 de la polea sea también bastante constante para grandes
producciones (es decir, que las tolerancias de ensamblaje sean
pequeñas), la diferencia en la salida del sensor medida cuando el
blanco 38 de la polea pasa por delante de la sonda 34 del sensor,
se puede poner en una relación de uno a uno con la distancia entre
el blanco 36 de la cubeta y el blanco 38 de la polea. Puesto que la
distancia es conocida (con independencia de las tolerancias) se
puede evitar cualquier calibración adicional.
Además, se puede usar también la técnica
descrita para detectar la posición de un punto particular del
tambor. Por ejemplo, eso puede ser útil para localizar la posición
de la puerta 33 en la máquina de carga superior como la descrita en
forma esquemática en las figuras 15 y 16. Ya es conocido un
dispositivo que es un interruptor de proximidad fijado en la cubeta
excitado por un blanco (un imán permanente) fijado a la polea que
corresponde a la posición de la puerta. El objeto de este sistema
es operar sobre el tambor a fin de parar la puerta 33 en posición
arriba al término del proceso de lavado, para facilitar la
extracción de la carga. Al término del proceso, el control detecta
el interruptor de proximidad y desconecta el motor,
consiguientemente el tambor se detendrá con la puerta 33 en su
posición superior. Usando la técnica de autocalibración que se acaba
de describir, y poniendo el blanco 38 de polea de tal manera que
pase de la sonda 34 del sensor cuando la puerta 33 esté en su
posición superior, es posible conseguir también esta característica
sin añadir sensores adicionales.
El solicitante ha realizado ensayos usando el
sensor óptico comercial VTG 2451 fabricado por EG&G Vagtec.
Aun cuando la descripción anterior está
principalmente enfocada a las lavadoras que tienen un eje
horizontal del tambor, la presente invención no se limita a esta
clase de lavadoras, y también se refiere a las lavadoras de eje
vertical. El solicitante descubrió que las lavadoras de eje vertical
que usan una circulación continua de líquido de lavado resultan
particularmente afectadas por el desequilibrio dinámico
principalmente debido principalmente a que el agua tiene un
contenido no uniforme de las diferentes partes de la carga a
diferentes alturas dentro del tambor.
Claims (13)
1. Máquina lavadora, que comprende un sensor
(27) para averiguar la aceleración y/o el movimiento de una masa
oscilante comprendiendo al menos la cubeta (12) y el tambor (18) de
la máquina lavadora, en la cual el eje x es el eje paralelo al eje
del tambor (18), el eje y es un eje horizontal ortogonal al eje x y
el eje z es un eje vertical ortogonal tanto al eje x como al y,
siendo tal aceleración y/o movimiento debidos a unas condiciones de
desequilibrio de la carga, caracterizada porque dicho sensor
(27) está dirigido a lo largo de una dirección que es sensible al
efecto de una carga desequilibrada dinámicamente, es decir, que
dicho sensor (27) se coloca para detectar la aceleración y/o el
movimiento a lo largo de la dirección x con la provisión de que
dicha máquina lavadora no comprende otros sensores para averiguar
la aceleración y/o el movimiento de una masa oscilante que están
dirigidos según las direcciones Y y Z.
2. Máquina lavadora según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho sensor (27) se coloca a la
distancia máxima con referencia al eje instantáneo de rotación de
la masa oscilante.
3. Máquina lavadora según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizada porque
dicho sensor comprenden al menos un acelerómetro (27).
4. Máquina lavadora según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizada porque
dicho sensor (27) comprende un sensor seleccionado del grupo que
incluye sensores de posición, distancia y desplazamiento.
5. Máquina lavadora según la reivindicación 4,
caracterizada porque se usa un sensor óptico de
desplazamiento bien para averiguar la carga desequilibrada
dinámicamente o bien para detectar la posición del tambor.
6. Máquina lavadora según la reivindicación 5,
caracterizada porque el sensor óptico de desplazamiento puede
ser autocalibrado.
7. Máquina lavadora según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende
medios para equilibrar automáticamente la colada estáticamente
desequilibrada presente en el tambor.
8. Método para detectar condiciones de
desequilibrio en un tambor (18) de una máquina lavadora de eje
horizontal, en la cual el eje x es el eje paralelo al eje del
tambor (18), el eje y es un eje horizontal ortogonal al eje x y el
eje z es un eje vertical ortogonal tanto al eje x como al y, que
comprende la etapa de determinar la aceleración y/o el movimiento
de una masa oscilante que comprende al menos la cubeta (12) y el
tambor (18) de la máquina lavadora a lo largo de una dirección
predeterminada que es sensible al efecto de una carga desequilibrada
dinámicamente, es decir, para detectar la aceleración y/o el
movimiento a lo largo de la dirección x con la provisión de que
dicha máquina lavadora no comprende otros sensores para averiguar la
aceleración y/o el movimiento de una masa oscilante que están
dirigidos según las direcciones Y y Z.
9. Método según la reivindicación 8,
caracterizado porque comprende las etapas de:
- -
- acelerar el tambor (18) a una primera velocidad predeterminada desde una velocidad dada a la cual la carga es retenida en una posición sustancialmente fija respecto al tambor por la fuerza centrífuga hasta una velocidad dada por debajo de la velocidad crítica de la masa oscilante,
- -
- acelerar el tambor (18) a una segunda velocidad predeterminada cruzando con ello la velocidad crítica anterior hasta una velocidad de giro dada.
10. Método según la reivindicación 9,
caracterizado porque, antes de la segunda etapa de
aceleración, se hace girar al tambor a una velocidad dada
constante, realizándose durante esta etapa la evaluación del
desequilibrio dinámico.
11. Método según la reivindicación 10,
caracterizado porque la velocidad de giro se establece según
el valor evaluado del desequilibrio dinámico de la carga.
12. Método según la reivindicación 10,
caracterizado porque la evaluación de la carga dinámicamente
desequilibrada se realiza con referencia a un valor umbral
predeterminado, estando relacionado dicho valor con el desequilibrio
estático detectado.
13. Método según la reivindicación 12,
caracterizado porque el valor umbral anterior está también
relacionado con la cantidad de la carga.
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