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Die
Erfindung betrifft eine Waschmaschine mit einem Beschleunigungssensor
sowie ein bevorzugtes Verfahren zu ihrem Betrieb.
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Üblicherweise
beinhaltet ein Waschprogramm in einer Waschmaschine anschließend
an einen Waschschritt, einen Spülschritt mit Wasser sowie eine
Spülung mit einem Weichspüler einen Schleuderschritt.
Hierdurch soll erreicht werden, dass der Waschmaschine die gewaschene
Wäsche nicht tropfnass entnommen werden muss. Bei diesem Schleuderschritt
wird beispielsweise bei 1000 oder 1200 Umdrehungen pro Minute das
Wasser aus der Wäsche durch die Löcher in der
Trommel nach außen gepresst. Die hohe Drehzahl ist entscheidend
für die gute Abtrennung des Wassers von der Wäsche. Durch
eine im Allgemeinen ungleichmäßige Wäscheverteilung
wird der Schwerpunkt der Trommel von der Drehachse verschoben, so
dass es zu Unwuchten kommt. Diese verursachen insbesondere während
des Schleuderprozesses starke Bewegungen des schwingend aufgehängten
Laugenbehälters mit der Trommel. Im ungünstigsten
Fall kann dies zum Anschlagen des Laugenbehälters am Gehäuse
der Waschmaschine sowie zu starken Lagerbeanspruchungen und letztlich
zu Beschädigungen der Waschmaschine führen. Die
Bewegungen können bei einer ungünstigen Ausrichtung
der Waschmaschine noch stärker ausgeprägt sein.
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Die
Kopplung der schwingenden Trommel mit dem Gehäuse über
Federn und Dämpfer überträgt zudem Schwingungen
an das Gehäuse der Waschmaschine. Es kann zu erheblichen
Schwingungen des Gehäuses kommen, die in Kombination mit
einem zu weichen Bodenbelag auch zu Schwingungen des Fußbodens
im Aufstellraum führen können. Im Extremfall kann
sich die Waschmaschine im Aufstellraum sogar von ihrem Platz bewegen.
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Wünschenswert
ist daher eine Messung von Schwingungen einer Waschmaschine während
des Betriebs, insbesondere während des Schleuderns, um
den Gerätelauf und die Schleuderwirkung zu verbessern.
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Im
Stand der Technik sind Methoden und Mittel zum Nachweis von Unwuchten
und dadurch bedingten unerwünschten Schwingungen sowie
geeignete Abhilfemaßnahmen bekannt. Zum Nachweis von Unwuchten
und dadurch bedingten unerwünschten Schwingungen werden
häufig Beschleunigungssensoren verwendet.
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So
offenbart die
EP 1
087 052 A2 eine Waschmaschine mit Regulierungs- und Kontrollmitteln,
die einen Sensor für die Bestimmung des Wasserstands sowie
mindestens einen Beschleunigungssensor zur Detektion von Schwingungen
der Waschmaschine umfasst.
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Die
EP 1 419 295 B1 offenbart
eine Waschmaschine zur Unwuchtüberwachung. Hierzu weist die
Waschmaschine mindestens einen Sensor auf, der zur Messung eines
Temperaturprofils einer in dem Sensor integrierten Heizvorrichtung
ausgebildet ist, wobei das Temperaturprofil durch eine Beschleunigung
veränderbar ist. Der Sensor ist derart auf einer mit dem
Laugenbehälter verbundenen Hebelvorrichtung angeordnet,
dass das Temperaturprofil durch die von einer Unwucht der Wäschetrommel hervor
gerufene Beschleunigung veränderbar ist, so dass durch
den Sensor die Unwucht der Wäschetrommel bestimmbar ist.
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Außerdem
sind in der
EP 1 391
549 A1 sowie der
EP
1 391 549 A1 Waschmaschinen mit einer Trommel und einer
Messvorrichtung zur Detektion einer Unwucht in der Trommel sowie
einer Steuerung zum Bestimmen einer Position und/oder Größe
der Unwucht aus den Messwerten beschrieben. Die Messvorrichtung
weist einen Beschleunigungssensor auf. Eine Waschmaschine mit einem
Unwuchtdetektor, in der ein Beschleunigungssensor eingesetzt wird,
ist auch in der
EP
1 736 589 A2 beschrieben.
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Die
DE 195 22 393 A1 beschreibt
eine Vorrichtung zur Bestimmung der Unwuchten einer beladenen Trommel
in einer Waschmaschine mit einem schwingend aufgehängten
Laugenbehälter, in welchem die Trommel drehbar gelagert
und mit Hilfe eines Motors angetrieben wird. Die Waschmaschine umfasst
einen Niveausensor, bestehend aus einer im Abflussbereich des Laugenbehälters angeordneten Steigleitung,
an welche ein Drucksensor angeschlossen ist, wobei in der Steigleitung
mindestens eine Vorrichtung zur Erzeugung eines von den Schwingungen
des Laugenbehälters abhängigen Drucksignals angeordnet
ist.
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Die
DE 196 16 635 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Erfassung einer beim Schleudern von Wäsche
in einer programmgesteuerten Waschmaschine auftretenden dynamischen
Unwucht, wobei die Erfassung der Unwucht durch Messung der bei Rotation
der Trommel in einer pneumatischen Niveaumesseinrichtung auftretenden
unwuchtabhängigen Druckschwankungen mittels eines Druckwächters
erfolgt.
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Bei
den im Stand der Technik bekannten Lösungen ist nachteilig,
dass neben einem Drucksensor noch ein weiterer Sensor, insbesondere
ein separater Beschleunigungssensor, verwendet wird oder weitere
Vorrichtungen, beispielsweise in einer Steigleitung zum Drucksensor
der Waschmaschine vorhanden sein müssen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Waschmaschine bereit
zu stellen, mit der auf einfache Weise die Detektion von unerwünschten Schwingungen
der Waschmaschine möglich ist, so dass geeignete Gegenmaßnahmen
ergriffen werden können. Außerdem liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb dieser Waschmaschine
bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß werden
diese Aufgaben durch eine Waschmaschine und durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Waschmaschine und des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in entsprechenden abhängigen Patentansprüchen
aufgeführt.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit ein Waschmaschine mit einem Gehäuse,
einer Programmsteuerung zur Steuerung eines Programmablaufs, einer
in einem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel, einem
Wasserzulaufsystem, einem am Boden des Laugenbehälters
angeordneten Laugenablaufsystem mit einer Laugenpumpe, einem Antriebsmotor
für die Trommel und einem analogen Drucksensor, der eine
bewegliche Membran aufweist, wobei sich an der beweglichen Membran
eine Masse zur Messung einer Beschleunigung des Drucksensors befindet.
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Vorzugsweise
ist der Drucksensor mit dem Gehäuse verbunden. Diese Verbindung
kann direkt oder indirekt, beispielsweise über eine Tafel,
an der neben dem Drucksensor noch weitere Sensoren und/oder andere
Vorrichtungen befestigt sind, erfolgen.
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In
einer bevorzugen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Waschmaschine ist an der Masse eine Piezokeramik befestigt. Eine
Piezokeramik im Sinne der Erfindung ist ein Sensor, der dynamische Druckschwankungen
in elektrische Signale umwandeln kann. Die Masse wird in diesem
Zusammenhang auch als „seismische Masse” bezeichnet.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Waschmaschine ist die Masse Teil eines mikro-elektro-mechanischen
Systems (MEMS). Vorzugsweise ist hierbei das MEMS ein Feder-Masse-System.
Ganz besonders bevorzugt enthält das MEMS Silizium oder
besteht aus Silizium.
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Beispielsweise
kann die Feder eines Feder-Masse-Systems ein nur wenige μm
breiter Silizium-Steg sein und auch die Masse aus Silizium hergestellt
sein. Für die Herstellung derartiger Feder-Masse-Systeme
werden im Allgemeinen die Masse und die kleinen Silizium-Federn
mittels Fotolithografie aus dem Silizium herausgeätzt.
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Ganz
besonders bevorzugt weist bei Verwendung eines MEMS der Drucksensor
eine Bezugselektrode auf, so dass eine elektrische Kapazität zwischen
der Masse und der Bezugselektrode gemessen werden kann.
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Derartige
Beschleunigungssensoren zeichnen sich neben ihren relativ geringen
Stückkosten auch durch hohe Messgeschwindigkeiten aus.
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Erfindungsgemäß ist
es bevorzugt, dass die Waschmaschine erste Mittel zur Bestimmung
des Anteils eines gemessenen Signals des Drucksensors, das Schwingungen
des Gehäuses zuzuordnen ist (Gehäuseschwingungssignal),
umfasst.
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Damit
das Wasserniveau sowie die Schwingungen des Gehäuses (unwuchtbedingten
Auslenkungen) bestimmt werden können, erfolgt in der Programmsteuerung
im Allgemeinen eine Trennung eines quasistatischen und eines dynamischen
Signalanteils.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Waschmaschine zweite
Mittel zum Vergleich des Gehäuseschwingungssignals mit
einem in der Programmsteuerung hinterlegten Referenzsignal auf.
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Hierbei
ist es wiederum bevorzugt, dass die Waschmaschine eine Anzeigevorrichtung
zur Ausgabe eines akustischen oder optischen Warnsignals bei einer Überschreitung
einer vorgegebenen Differenz zwischen dem Gehäuseschwingungssignal
und dem Referenzsignal enthält.
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In
Ergänzung oder alternativ hierzu enthält die erfindungsgemäße
Waschmaschine vorzugsweise dritte Mittel für den Abbruch
eines Schleudervorgangs und/oder für eine Verringerung
der Rotationszahl der Trommel bei einer Überschreitung
einer vorgegebenen Differenz zwischen dem Gehäuseschwingungssignal
und dem Referenzsignal.
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Schwingungen
des Laugenbehälters und des Gehäuses können
verschiedene Ursachen haben. Diese Schwingungen können
auf eine Unwucht durch eine ungünstige Wäscheverteilung
in der Trommel, durch ungünstige Aufstellbedingungen (zu weicher,
elastischer Boden) oder durch eine falsche Ausrichtung der Waschmaschine
bedingt sein. In Abhängigkeit von diesen Ursachen haben
die Schwingungen unterschiedliche Frequenzen und Intensitäten,
die wiederum von der Drehzahl der Trommel abhängig sein
können. Dieser Umstand kann von einem Benutzer der Waschmaschine
zur Optimierung der Waschmaschinenbenutzung herangezogen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher
die Waschmaschine geeignet ausgestaltet, um das Gehäuseschwingungssignal
in Hinblick auf eine Ursache der Schwingung zu analysieren und ein
Analyseergebnis auszugeben.
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Für
eine Bestimmung der Ursachen für die Gehäuseschwingungen
können in einem Speicher der Programmsteuerung ggf. hinterlegte
Daten zum Zusammenhang zwischen Gehäuseschwingung und Ursache
herangezogen werden.
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Ein „Analyseergebnis” im
Sinne der vorliegenden Erfindung kann hierbei die bloße
Feststellung eines unerwünschten Gehäuseschwingungssignals
bedeuten. Darüber hinaus kann das Analyseergebnis auch
eine Feststellung über die Tatsache oder das Ausmaß einer
bestimmten Schwingungsursache sein.
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Das
Analyseergebnis kann insbesondere Hinweise oder Instruktionen in
Hinblick auf eine detektierte Unwucht, eine zu korrigierende Ausrichtung der
Waschmaschine oder die Bodenbeschaffenheit im Aufstellraum als Schwingungsursache
enthalten.
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Das
Gehäuseschwingungssignal wird insbesondere auch durch das
Gesamtgewicht der Waschmaschine bestimmt. Für eine Auswertung
des Gehäuseschwingungssignals ist daher vorzugsweise die
Beladungsmenge mit Wäschestücken zu berücksichtigen.
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Hierbei
kann die Beladungsmenge durch eine an sich bekannte Maßnahme
ermittelt werden. Zur Bestimmung der Beladungsmenge kann beispielsweise
ein mit Hilfe des Drucksensors gemessener hydrostatischer Druck
p mit der eingefüllten Wassermenge verglichen werden. Die
in der Trommel befindliche Wäsche saugt Wasser auf, das
daher nicht zu einer Erhöhung des hydrostatischen Drucks
beitragen kann. Durch den Vergleich des gemessenen hydrostatischen
Drucks und der zugelaufenen Wassermenge – der absoluten
Werte und deren zeitlicher Änderung – mit entsprechenden
in der Programmsteuerung der Waschmaschine gespeicherten Werten
für die Durchfeuchtung von Wäsche lässt
sich der Wäscheposten (Beladungsmenge) ermitteln.
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Gegenstand
der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer
Waschmaschine mit einem Gehäuse, einer Programmsteuerung
zur Steuerung eines Programmablaufs, einer in einem Laugenbehälter
drehbar gelagerten Trommel, einem Wasserzulaufsystem, einem am Boden
des Laugenbehälters angeordneten Laugenablaufsystem mit
einer Laugenpumpe, einem Antriebsmotor für die Trommel und
einem analogen Drucksensor, der eine bewegliche Membran aufweist,
an der sich eine Masse zur Messung einer Beschleunigung des Drucksensors befindet,
wobei eine Bewegung der Masse zur Bestimmung von Schwingungen des
Gehäuses gemessen und ausgewertet wird.
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Vorzugsweise
ist bei diesem Verfahren der Drucksensor mit dem Gehäuse
verbunden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens ist
an der Masse eine Piezokeramik befestigt.
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In
einer bevorzugten alternativen Ausführungsform ist die
Masse Teil eines mikro-elektro-mechanischen Systems (MEMS).
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise im
Rahmen eines Schleudervorgangs durchgeführt. Vorzugsweise
wird daher bei Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens die Trommel mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 2000
Umdrehungen pro Minute rotiert.
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Die
Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Die erfindungsgemäße
Waschmaschine ermöglicht die Detektion von übermäßigen
Gehäuseschwingungen, die beispielsweise durch Resonanz
des Bodens am Aufstellort, durch eine fehlerhafte Ausrichtung des Gerätes,
durch einen zu weichen Bodenbelag oder aber durch ein defektes Gerät
hervorgerufen werden. Auf diese Weise wird es auf einfach Weise
möglich sein, geeignete Abhilfemaßnahme einzuleiten.
Hierzu kann in Ausführungsformen die Ursache für
die übermäßigen Gehäuseschwingungen
näher bestimmt werden und zur Abhilfe beispielsweise der Aufstellort
oder die Ausrichtung der Waschmaschine geändert werden.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu wird im Allgemeinen
zunächst die Drehzahl der Wäschetrommel in einen
resonanzfreien Bereich geregelt werden oder aber das Schleudern
abgebrochen. Jedenfalls ermöglicht die Erfindung die rechtzeitige
Vermeidung von Schäden an Gerät und Aufstellraum
oder von Belastungen durch eine zu hohe Geräuschentwicklung. Überdies
ist es auch möglich, dem Benutzer der Waschmaschine eine
akustische und/oder optische Fehlermeldung zu geben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiden in 1 und 2 gezeigten
nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele näher
illustriert.
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1 ist
eine schematische Darstellung der für die nachfolgende
Erläuterung relevanten Teile einer ersten Ausführungsform
einer Waschmaschine, in der ein Drucksensor mit einer Piezokeramik
verwendet wird.
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2 ist
eine schematische Darstellung der für die nachfolgende
Erläuterung relevanten Teile einer zweiten Ausführungsform
einer Waschmaschine, in der ein Drucksensor mit einem mikro-elektro-mechanischen
System (MEMS) verwendet wird.
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Die
Darstellungen in den 1 und 2 sind nicht
maßstabsgerecht. Zur Illustration der eingesetzten Drucksensoren
sind diese und deren Bestandteile vielmehr vergrößert
gezeichnet.
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Bei
der in 1 gezeigten schematischen Darstellung einer ersten
Ausführungsform einer Waschmaschine wird ein Drucksensor 11 mit
einer Piezokeramik 14 verwendet. Die Waschmaschine 1 der
in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist ein
Gehäuse 2, eine Programmsteuerung 3 zur
Steuerung eines Programmablaufs, eine in einem Laugenbehälter 4 drehbar
gelagerte Trommel 5 für die Aufnahme von zu waschenden
Wäschestücken, ein Wasserzulaufsystem 6, 7 mit
einer Wasserzulaufleitung 6 und einer Waschmitteleinspülschale 7,
ein am Boden des Laugenbehälters 4 angeordnetes
Laugenablaufsystem 8 mit einer Laugenpumpe 9,
einen Antriebsmotor 10 für die Trommel 5 und
einen analogen Drucksensor 11 auf.
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Der
analoge Drucksensor 11 weist eine bewegliche Membran 12 auf,
an der sich eine Masse 13 zur Messung einer Beschleunigung
des Drucksensors 11 befindet. An der Masse 13 ist
wiederum eine Piezokeramik 14 befestigt.
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Bei
der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform einer
Waschmaschine wird somit ein durch Druckschwankungen hervorgerufenes
piezoelektrisches Signal zur Messung einer Beschleunigung des Drucksensors
und damit von Schwingungen des Gehäuses 2 herangezogen.
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Die
Waschmaschine von 1 weist erste Mittel 21 zur
Bestimmung des Anteil eines gemessenen Signals des Drucksensors 11,
der Schwingungen des Gehäuses 2 zuordnen ist,
auf.
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19 bedeutet
eine Anzeigevorrichtung zur Ausgabe eines akustischen oder optischen
Warnsignals bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Differenz
zwischen dem Gehäuseschwingungssignal und dem Referenzsignal.
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Das
Referenzsignal kann in der Programmsteuerung 3 hinterlegt
sein. Für die Erfassung und Auswertung von Signalen des
Drucksensors 11 ist der Drucksensor 11 über
eine elektrische Leitung 20 mit der Programmsteuerung 3 verbunden.
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Der
analoge Drucksensor 11 ist im Übrigen über
eine Steigleitung 15 mit dem Laugenbehälter 4 verbunden.
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Bei
der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist
der Drucksensor 11 mit dem Gehäuse 2 über
ein geeignetes Verbindungsmittel 16, beispielsweise eine
Stange oder eine Tafel, verbunden. Dies ermöglicht eine
bessere Erfassung von Schwingungen des Gehäuses der Waschmaschine
mit Hilfe des Drucksensors 11.
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Bei
der in 2 gezeigten schematischen Darstellung einer zweiten
Ausführungsform einer Waschmaschine wird ein Sensor mit
einem mikro-elektro-mechanischen System (MEMS) verwendet. Die Waschmaschine 1 der
in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform weist
ein Gehäuse 2, eine Programmsteuerung 3 zur
Steuerung eines Programmablaufs, eine in einem Laugenbehälter 4 drehbar
gelagerte Trommel 5 für die Aufnahme von zu waschenden
Wäschestücken, ein Wasserzulaufsystem 6, 7 mit
einer Wasserzulaufleitung 6 und einer Waschmitteleinspülschale 7,
aus der das Zulaufwasser Waschmittelportionen in den Laugenbehälter 4 transportieren
kann, ein am Boden des Laugenbehälters 4 angeordnetes
Laugenablaufsystem 8 mit einer Laugenpumpe 9,
einen Antriebsmotor 10 für die Trommel 5 und
einen analogen Drucksensor 11 auf.
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Der
analoge Drucksensor 11 weist eine bewegliche Membran 12 auf,
an der sich über eine Feder 17 aus Silizium eine
ebenfalls aus Silizium bestehende Masse 13 in Form eines
Plättchens zur Messung einer Beschleunigung des Drucksensors 11 befindet. 18 bedeutet
eine Bezugselektrode.
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Bei
der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform einer
Waschmaschine wird somit ein durch Schwingungen hervorgerufenes
elektrisches Signal, hier die Kapazität zwischen einer
Bezugselektrode 18 und einer Masse 13, zur Messung
einer Beschleunigung von Drucksensor 11 und damit von Schwingungen
des Gehäuses 2 herangezogen.
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Die
Waschmaschine von 2 weist erste Mittel 21 zur
Bestimmung des Anteil eines gemessenen Signals des Drucksensors 11,
der Schwingungen des Gehäuses 2 zuordnen ist,
auf.
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19 bedeutet
eine Anzeigevorrichtung zur Ausgabe eines akustischen oder optischen
Warnsignals bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Differenz
zwischen dem Gehäuseschwingungssignal und dem Referenzsignal.
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Das
Referenzsignal kann in der Programmsteuerung 3 hinterlegt
sein. Für die Erfassung und Auswertung von Signalen des
Drucksensors 11 ist Drucksensor 11 über
eine elektrische Leitung 20 mit der Programmsteuerung 3 verbunden.
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Bei
der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist
der Drucksensor 11 ebenfalls mit dem Gehäuse 2 über
ein geeignetes Verbindungsmittel 16, beispielsweise eine
Stange oder eine Tafel, verbunden. Dies ermöglicht eine
bessere Erfassung von Schwingungen des Gehäuses mit Hilfe
des Drucksensors 11. Außerdem ist der analoge
Drucksensor 11 über eine Steigleitung 15 mit
dem Laugenbehälter 4 verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1087052
A2 [0006]
- - EP 1419295 B1 [0007]
- - EP 1391549 A1 [0008, 0008]
- - EP 1736589 A2 [0008]
- - DE 19522393 A1 [0009]
- - DE 19616635 A1 [0010]