DE19842610A1

DE19842610A1 - Verfahren zur Steuerung des Schleuderhochlaufs in einer Waschmaschine oder einem Waschtrockner

Info

Publication number: DE19842610A1
Application number: DE19842610A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hellhake
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 1999-07-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Schleuderhochlaufs in einer Wasch maschine oder einem Waschtrockner mit einer in einem Laugenbehälter drehbar angeordneten Trommel, mit einer Vorrichtung zum Auswuchten der Trommel, bestehend aus mindestens einer mit der Trommel umlaufenden konzentrischen Kreisbahn, innerhalb derer mindestens zwei Gewichte zum Ausgleich einer maximalen Unwucht (U_komp) frei beweglich angeordnet sind.

Eine solche Waschmaschine ist aus der EP 0 640 192 B1 bekannt. Bei der Vorrichtung handelt es sich um einen sogenannten Kugelauswuchter, bei dem innerhalb der Laufbahn Kugeln frei beweglich angeordnet sind. Diese richten sich bei einer Drehung der Trommel gegenüber einer durch schlechte Wäscheverteilung entstandenen Unwucht aus und kompensieren diese bis zum Gesamtgewicht der Kugeln.

Der Nachteil eines Kugelauswuchters besteht darin, daß er seine kompensatorische Wirkung erst oberhalb der Resonanzfrequenz bzw. der kritischen Drehzahlen des Systems entfaltet, in dem der rotierende Körper gelagert ist (s. bspw. Kellenberger: Elastisches Wuchten; Springer Verlag; S. 402f). Im unterkritischen Drehzahlbereich kann die vorhandene Unwucht bei schlechter Lage der Kugeln sogar verstärkt werden. Deshalb liegt das Hauptanwendungsgebiet eines Kugelauswuchters bei schnell rotierenden Maschinen mit einer konstanten Drehzahl oberhalb aller auftretenden Resonanzfrequenzen. Es besteht jedoch der Wunsch, den auto matischen Kugelauswuchter beispielsweise auch beim Schleuderhochlauf eines Waschauto maten mit horizontaler Rotationsachse zu nutzen. Dabei muß sichergestellt werden, daß die unwuchtbedingte Auslenkung des schwingend aufgehängten Laugenbehälters nicht zu einem Maschinenversatz oder dem Anschlagen des Laugenbehälters am Maschinengehäuse führt.

Aus der nach § 3 Abs. 2 PatG als Stand der Technik geltenden Patentanmeldung 197 18 321.2- 13 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Trommel bei einer bestimmten, zuvor ermittelten Lage von Unwucht und Kugeln stark beschleunigt wird. Es soll damit erreicht werden, daß sich Unwucht und Kugelschwerpunkt gegenüberliegen und somit auch beim Durchlaufen des kriti schen Drehzahlbereichs kompensieren. Es besteht die Gefahr der Schaum- und Wasser mantelbildung, wenn im genannten Drehzahlbereich die Trommel stark beschleunigt wird.

Es ist weiterhin bekannt, am Laugenbehälter Zusatzgewichte anzuordnen, die eine Dämpfung seiner unwuchtbedingten Schwingungen bewirken sollen. Mit der Dimensionierung der Zu satzgewichte kann für eine maximal zulässige Auslenkung des Laugenbehälters eine hiervon abhängige Grenzunwucht zugelassen werden.

Unwuchten in Waschmaschinen werden bekannterweise (EP 0 091 336 A1) durch Auswertung der Drehzahlschwankungen unmittelbar über der Anlegedrehzahl für die Wäsche gemes sen (ca. 100 min^-1). Diese Drehzahl liegt ausreichend unterhalb einer ersten kritischen Dreh zahl. Die Meßmethode ist wegen des Einflusses der Massenträgheit des rotierenden Systems sehr ungenau. Selbst bei Berücksichtigung der Wäschemasse sind Ungenauigkeiten durch inhomogene Wäscheverteilung und Reibung vorhanden.

Es sind außerdem von einer Betrachtung drehzahlabhängiger Signale unabhängige Meß methoden mit separaten Sensoren bekannt, die unterkritisch aber auch überkritisch die Unwuchten sehr genau ermitteln können.

Der Erfindung stellt sich das Problem, ein Verfahren zur Steuerung des Schleuderhochlaufs in einer Waschmaschine oder einem Waschtrockner zu offenbaren, bei der die Drehzahlverläufe und Beschleunigungswerte an die durch den Kugelauswuchter, die Zusatzgewichte und die Unwuchterkennungseinrichtung vorgegebenen Randbedingungen angepaßt sind.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 ange gebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, daß die Vorteile eines Kugelaus wuchters im überkritischen Bereich genutzt werden, ohne daß es zu unzulässig überhöhten Schwingungsamplituden des Laugenbehälters im kritischen Drehzahlbereich kommt. Die Bela stung der Maschine und ihrer Bauteile durch Unwucht wird reduziert, die Lebensdauer erhöht. Dies führt zu einer einfacheren Dimensionierung vieler Bauteile und damit zu Kosteneinspa rungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Die Fig. 1 zeigt anhand eines Blockdiagramms die für die Erfindung wesentlichen Teile bei einer Waschmaschine. Die erfindungsgemäß ausgebildete Waschmaschine besitzt einen Laugenbehälter (1), in dem eine Trommel (2) zur Aufnahme von Wäsche (3) drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Trommel (2) erfolgt über einen Motor (4), die Kraftübertragung über einen Keilriemen (5). Dabei kann die Drehzahl des Motors in bekannter Weise durch einen in der Mikroprozessor-Steuerung (6) der Waschmaschine integrierten Motorregler (6a) programm- und zustandsabhängig angepaßt werden.

Der Laugenbehälter ist an Federn (7) schwingend im Gehäuse (8) gelagert und wird zur Dämpfung dieser Schwingungen im unteren Bereich durch Stoßdämpfer (9) gegenüber dem Gehäuseboden (10) abgestützt. Am Laugenbehälter (1) sind Zusatzgewichte (11) angeordnet, deren Masse derart dimensioniert ist, daß die Schwingungen des Laugenbehälters (1) bei einer vorgegebenen Grenzunwucht U_grenz = 3,4 kg ausreichend gedämpft werden, so daß er beim Durchfahren des kritischen Drehzahlbereichs nicht am Gehäuse (8) anschlägt.

In die Trommelkappe und den Trommelboden sind als Auswuchtsysteme sogenannte Kugel auswuchter (12; 13) eingesetzt, wobei zum Herstellen der kreisringförmigen Laufbahnen (12) ein preisgünstiges Tiefziehverfahren verwendet wird. In diesen Laufbahnen sind einzelne Kugeln (13) als Gewichte angeordnet und können sich in Umfangsrichtung der Trommel frei bewegen. Um die maximale Kompensation zu gewährleisten, muß jede Laufbahn (12) in dichtester Packung in einem Winkelbereich α ≈ 180° mit Kugeln gefüllt werden. Hierdurch kann bei vorgegebener Größe und Anzahl der Kugeln (13) eine Unwucht U_komp von beispielsweise 1 kg erzeugt und somit auch kompensiert werden.

Ein Wegsensor (14), parallel zu einem Stoßdämpfer (9) angeordnet oder in diesem integriert, ermittelt die gewichtsabhängige Laugenbehälterabsenkung und übermittelt ein entsprechendes Signal an eine in der Mikroprozessor-Steuerung (6) integrierte Rechnerschaltung (6b). Diese errechnet in bekannter Weise aus den dynamischen, in erster Linie von der Winkelposition einer Unwucht abhängigen Signalanteilen des Sensors (14) die Größe und die Position der Unwucht als Unwuchtwert U_i. Anstelle des Wegsensors (14) kann beispielsweise ein aus der DE 195 22 393 A1 bekannter Beschleunigungssensor verwendet werden. Zusätzlich zu dieser relativ genauen Unwuchtermittlung (Meßfehler ΔU = 10%), welche aber erst in Drehzahlberei chen über ca. 100 min^-1 wirksam wird, kann eine weitere Rechnerschaltung (6c) einen Un wuchtwert durch Auswertung der Schwankungen eines drehzahlabhängigen Signals (Motor strom, Schlupf . . .) oder der Drehzahl selbst (mit einem Tachogenerator (15) ermitteln. Diese ist bereits mit Erreichen der Anlegedrehzahl (ca. 80 min^-1) wirksam, aber mit einer großen Unge nauigkeit behaftet (Meßfehler ΔU = 70%). Bei der Auswertung der Unwuchtsignale sind die jeweiligen Meßfehler zu berücksichtigen.

Die Funktionsweise der vorbeschriebenen Waschmaschine beim Schleuderhochlauf ist im Folgenden beschrieben:
Zunächst erfolgt nach der Beendigung des Waschprogramms ein Abpumpen der Wasch flüssigkeit aus dem Laugenbehälter. Danach wird die Trommel von der Waschdrehzahl (50 min^-1) auf einen ersten Wert n₁ von 90 min^-1 Umdrehungen pro Minute beschleunigt. In dieser Phase rollen die Kugeln schwerkraftbedingt im unteren Bereich frei ab und tragen nicht zur Unwuchtausbildung oder -kompensation bei. Nach Erreichen einer Drehzahl n_a von ca. 80 min^-1, bei der die Wäsche durch Einfluß der Zentrifugalkraft am Trommelmantel anliegt (= Anlegedrehzahl), wird anhand der Drehzahlschwankungen die Unwucht U₁ ermittelt. Wird ein Unwuchtwert U_max = 2 kg überschritten, so wird der Schleuderhochlauf abgebrochen und die Wäsche neu verteilt. Hierdurch kann die Unwucht U₁ evtl. verringert werden.

Bei Unterschreiten einer Minimalunwucht U_min ≦ 1 kg kann die Trommel sofort auf die Schleuder- Enddrehzahl n_E beschleunigt werden. Dabei werden die Kugeln mitgerissen und kompensieren im überkritischen Drehzahlbereich die Unwucht. Hierbei ist sichergestellt, daß selbst im kritischen Drehzahlbereich, in dem die Kugeln mit der Unwucht umlaufen und diese verstärken können, die Gesamtunwucht

U_min (1 kg) + U_komp (1 kg) ≦ U_grenz (2,5 kg),

also kleiner als die Grenzunwucht ist.

Liegt die gemessene Gesamtunwucht im Bereich 1 kg ≦ U₁ ≦ 2 kg, so wird die Trommeldrehzahl mit geringer Beschleunigung auf einen zweiten Wert n₂ von 200 min^-1 gesteigert. Dabei wird mit dem Weg- oder Beschleunigungssensor die Gesamtunwucht U₂ ermittelt, welche wiederum aus der vektoriellen Addition der Wäscheunwucht und der Festunwucht besteht. Durch die geringe Beschleunigung wird sichergestellt, daß die Kugeln weiter im unteren Bereich abrollen und sich daher nicht auf die Unwuchtbilanz auswirken. Durch entsprechende Dimensionierung der Federn und Schwingungsdämpfer kann der kritische Drehzahlbereich eng auf Werte zwischen 110 min^-1 und 250 min^-1 begrenzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, alle Resonanz drehzahlen mit abrollenden Kugeln zu durchfahren. Wird nun der Unwuchtwert U_max < 2 kg überschritten, so wird der Schleuderhochlauf abgebrochen und die Wäsche neu verteilt. Ein solcher Fall ist relativ unwahrscheinlich da die durch die Wäsche gebildete Unwucht erfahrungsgemäß nicht zunimmt.

Bei Unterschreiten der Minimalunwucht U_min ≦ 1 kg, beispielsweise durch bessere Verteilung bei höheren Drehzahlen oder durch Entwässerung der unwuchtbildenden Wäsche kann die Trommel nun sofort auf die Schleuder-Enddrehzahl n_E beschleunigt werden. Dabei werden die Kugeln mitgerissen und kompensieren im überkritischen Drehzahlbereich die Unwucht.

Liegt die gemessene Unwucht im Bereich 1 kg ≦ U₂ ≦ 2 kg, so wird die Trommeldrehzahl auf einen dritten Wert n₃ von 400 min^-1 gesteigert. Dabei erfolgt die Beschleunigung der Trommel aus einer Position, in der sich die Unwucht und der Schwerpunkt der Kugeln gegenüberliegen mit einer Größe, bei der die Kugeln mitgenommen werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß sich die durch die Kugeln erzeugte Unwucht (U_komp) und die Unwucht U₂ nicht addieren, sondern kompensieren. Anschließend wird die Drehzahl bis zum Erreichen der Schleuder-Enddrehzahl n_E erhöht. Es entsteht eine maximale Unwucht von

U_max (2 kg)-U_komp (1 kg) = 1 kg.

Erfahrungsgemäß verringert dieser Wert sich noch durch Entwässerung der unwuchtbildenden Wäsche. Hierdurch wird die Belastung der Waschmaschine im gesamten überkritischen Dreh zahlbereich stark verringert.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Schleuderhochlaufs in einer Waschmaschine oder einem Waschtrockner mit einer in einem Laugenbehälter (1) drehbar angeordneten Trommel (2), mit einer Vorrichtung zum Auswuchten der Trommel (3), bestehend aus mindestens einer mit der Trommel (3) umlaufenden konzentrischen Laufbahn (12), innerhalb derer mindestens zwei Ge wichte (13) zum Ausgleich einer maximalen Unwucht (U_komp) frei beweglich angeordnet sind, mit einer Einrichtung (6; 14; 15) zum Erfassen der Größe und Position von Unwuchten (U) inner halb der Trommel (3) des Geräts, und mit mindestens einem am Laugenbehälter (1) ange ordneten Ausgleichsgewicht (11) zur Dämpfung von unwuchtbedingten Schwingungen bis zur Größe einer Grenzunwucht (U_grenz) mit folgenden Verfahrensschritten:

- Beschleunigen der Trommel (2) auf eine erste Drehzahl (n₁), bei der die Gewichte (13) frei beweglich sind, und Erfassen des Unwuchtwertes (U₁) und
- Abbrechen des Schleuderhochlaufs und Neuverteilen der Wäsche (3), wenn der Unwucht wert (U₁) eine Maximalunwucht (U_max) überschreitet, welche kleiner als die Grenzunwucht (U_grenz) ist; oder
- Beschleunigen der Trommel (2) auf die Schleuder-Enddrehzahl (n_E), wenn der Unwucht wert (U₁) eine Minimalunwucht (U_min) unterschreitet, welche derart dimensioniert ist, daß die Summe aus der Minimalunwucht und der durch die Gewichte (13) maximal erzielbaren Unwucht (U_komp) kleiner als die Maximalunwucht (U_max) ist; oder
- Beschleunigen der Trommel (2) auf eine zweite Drehzahl (n₂), bei der die Gewichte (13) frei beweglich sind, wenn der Unwuchtwert (U₁) zwischen der Minimalunwucht (U_min) und der Maximalunwucht (U_max) liegt, Erfassen eines Unwuchtwertes (U₂), und anschließend
- Abbrechen des Schleuderhochlaufs und Neuverteilen der Wäsche, wenn der Unwucht wert (U₂) die Maximalunwucht (U_max) überschreitet; oder
- Beschleunigen der Trommel auf die Schleuder-Enddrehzahl (n_E), wenn der Unwucht wert (U₂) die Minimalunwucht (U_min) unterschreitet; oder
- Beschleunigen der Trommel auf eine dritte Drehzahl (n₃), bei der die Kugel mitgerissen werden, wobei die Beschleunigung aus einer Position erfolgt, in der sich die Unwucht und der Schwerpunkt der Gewichte (13) gegenüberliegen, wenn der Unwuchtwert (U₁₁) zwischen der Maximalunwucht (U_max) und der Minimalunwucht (U_min) liegt und anschließend
- Beschleunigen der Trommel auf die Schleuder-Enddrehzahl (n_E).

2. Verfahren zur Steuerung des Schleuderhochlaufs in einer Waschmaschine oder einem Waschtrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung (8; 9) des Laugenbehälters (1) im Gehäuse derart dimensioniert ist, daß die Resonanzdrehzahlen der Trommel (2) im Bereich der zweiten Drehzahl n₂ liegen.