DE19928657A1 - Verfahren zur Messung der Beladung einer Wäschetrommel - Google Patents

Verfahren zur Messung der Beladung einer Wäschetrommel

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Messung der Beladung einer von einem Motor 2 antreibbaren Wäschetrommel 1 einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners wird in einer ersten Phase A die Wäschetrommel 1 über eine Steuerelektronik 3 auf eine erste Drehzahl nb beschleunigt, die über der Anlagedrehzahl na liegt. Um zu erreichen, daß eine Entwässerung der Wäsche und die Maschinenreibung möglichst wenig in das Meßergebnis eingehen, wird in einer anschließenden zweiten Phase B die Wäschetrommel 1 durch elektrische Bremsung des Motors 2 auf eine zweite Drehzahl nc abgebremst. Von der Steuerelektronik 3 wird der Verlauf des Abbremsvorganges hinsichtlich Drehzahl und/oder Bremsdrehmoment zur Ermittlung des Massenträgheitsmoments der beladenen Wäschetrommel erfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Beladung einer Wäschetrommel einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners.
Zur Optimierung des Wasch- oder Trockenvorgangs ist es vorteilhaft, wenn die Steuerelektronik der Waschmaschine oder des Wäschetrockners die jeweilige Beladung der Wäschetrommel erkennt. Denn dann lassen sich verfahrenstechnische Größen, wie Wasserfüllung, Waschmittelzufuhr, Drehzahlen und zeitliche Schaltvorgänge, auf die jeweilige Beladung abstimmen. Damit sind bei optimalen Waschergebnissen Ersparnisse möglich.
Bei der Rotation der Wäschetrommel treten aufgrund der möglichen Unwucht der Wäscheverteilung Reibungen im Aufhängungssystem der Trommel und den Reibungsdämpfern auf. Neben der Lagerreibung treten auch infolge von Schaumbildung oder sonstigen Einflüssen, beispielsweise alterungsbedingten Verschleißerscheinungen, zusätzliche Reibungskoeffizienten auf. Diese Erscheinungen werden als "Maschinenreibung" bezeichnet. Die Maschinenreibung kann exemplarbedingt und alterungsbedingt stark schwanken. Wird die Maschinenreibung zur Messung der Beladung herangezogen, dann ist mit ungenauen Meßergebnissen zu rechnen.
In der DE 44 31 846 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem sich die Maschinenreibung auf die Beladungsmessung nicht wesentlich auswirken soll. Es wird bei beladener, wenigstens mit Anlegedrehzahl rotierender Wäschetrommel zunächst das für das Aufrechterhalten einer konstanten Drehzahl vom Motor der Wäschetrommel aufzubringende Drehmoment gemessen. Dann wird das bei einer Beschleunigung der Wäschetrommel sich ergebende Drehmoment ermittelt. Die Steuerelektronik ermittelt aus diesen beiden Drehmomenten die Beladung der Wäschetrommel und bildet einen Stellgröße für die weitere Steuerung der Waschmaschine oder des Wäschetrockners. Während der Messungen des Drehmoments bei konstanten Drehzahl und während der Messung des Drehmoments bei der Beschleunigung wird die Wäsche zwangsläufig entwässert, was zur Folge hat, daß sich die Trägheitsmomente während der Messung verändern. Dies beeinflußt das Meßergebnis ungünstig. Außerdem muß der Gradient der Drehzahlzunahme bei der Beschleunigungsmessung bei nasser Wäsche nach oben begrenzt werden, weil bei einer zu schnellen Drehzahlzunahme die Wäsche so schnell entwässern würde, daß zusätzlich die Messung negativ beeinflussende Reib­ drehmomente entstehen würden.
In der DE 34 16 639 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Schleuderprogramms einer Waschmaschine beschrieben. In einer im Schleuderprogramm vorbestimmten Hochlaufphase wird die Unwucht und die für den Hochlaufbereich benötigte Zeit gemessen. Auch dabei treten die genannten Meßungenauigkeiten auf.
In der DE 40 38 178 A1 ist ein Verfahren zur Unwuchtmessung beschrieben. Die Massenträgheit der Wäschetrommel wird während einer Auslaufphase der Wäschetrommel gemessen. Während der Auslaufphase wirkt nur die Maschinenreibung, die wie oben ausgeführt exemplarbedingt und alterungsbedingt stark schwanken kann, so daß sich aus dem Drehzahlverlauf der Auslaufphase kaum ein genauer Wert für die Beladung der Wäschetrommel ableiten läßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das zu möglichst exakten Meßergebnissen insbesondere dadurch führt, daß die Entwässerung der Wäsche und die Maschinenreibung möglichst wenig in das Meßergebnis eingehen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Die Messung erfolgt dabei während die Wäschetrommel vom Motor aktiv abgebremst wird. Beim Abbremsen der Wäschetrommel tritt keine wesentliche Entwässerung der Wäsche auf, so daß sich die nur schwer definierbare Entwässerung auch nicht auf das Meßergebnis auswirkt. Da der Messung ein aktives Bremsen des Motors mit einem erfaßbaren Bremsmoment zugrunde liegt, wirkt sich die beladungsbedingte, exemplarbedingte und alterungsbedingte Maschinenreibung nicht wesentlich auf die Messung aus. Vorzugsweise ist hier das durch elektrische Bremsung des Motors aufgebrachte Bremsmoment wesentlich größer als das Moment der Maschinenreibung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 und 2a. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Waschmaschine schematisch,
Fig. 2 einen Drehzahlverlauf zur Ermittlung der jeweiligen Beladung der Wäschetrommel und
Fig. 2a einen Drehzahlverlauf, bei dem der Einfluß der Maschinenreibung auf die Beladungsmessung vollkommen eliminiert werden soll.
Eine Waschmaschine oder ein Wäschetrockner weist eine Wäschetrommel 1 auf, die von einem elektrischen Motor 2 antreibbar ist. Eine Steuerelektronik 3 erfaßt die Betriebszustände der Wäschetrommel 1 und/oder des Motors 2 und steuert die Bremsung des Motors 2.
Die Wäschetrommel 1 wird in einer ersten Phase A (Beschleunigungsphase) auf eine erste Drehzahl nb beschleunigt, die deutlich über der Anlegedrehzahl na liegt, wobei die Anlegedrehzahl na diejenige Drehzahl ist, bei der die Wäsche am Innenumfang der Wäschetrommel 1 unter Fliehkraftwirkung anliegt, ohne nach unten zu fallen.
Ist die erste, vorbestimmte Drehzahl nb erreicht, dann wird in einer zweiten Phase B (Bremsphase) der Motor 2 und damit die Wäschetrommel 1 durch elektrische Maßnahmen zwangsweise abgebremst. Das Abbremsen erfolgt vorzugsweise im Gegenstrombetrieb ohne zusätzliche Komponenten wie Bremswiderstände etc. Diese gezielte Abbremsung (Bremsphase B) kann bei einem mechanisch kommutierten Motor durch eine geeignete Schaltung dadurch geschehen, daß dessen Feldwicklung oder Ankerwicklung gegensinnig bestromt werden. Ein Synchronmotor oder ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor kann dadurch zwangsweise abgebremst werden, daß die Motorklemmen zumindest zeitweise kurzgeschlossen werden. Beim Asynchronmotor erfolgt die Bremsung mit Schlupf S < 1. Die Abbremsung erfolgt auf eine zweite Drehzahl nc, die über der Anlegedrehzahl na liegt.
Das vom Motor 2 ausgeübte Bremsdrehmoment Mb wird vorzugsweise so gewählt, daß es um ein Vielfaches größer ist als das Reibdrehmoment der Maschine (Maschinenreibung), das auftritt, wenn die Wäschetrommel 1 ohne aktive Bremsung ausläuft. Das Reibdrehmoment geht somit kaum in das Meßergebnis ein.
Die Steuerelektronik 3 ermittelt den Drehzahlgradienten w', d. h. die negative Winkelbeschleunigung der Wäschetrommel 1, der sich in der Bremsphase B einstellt, und errechnet aus diesem und dem Bremsmoment Mb das Massenträgheitsmoment J der rotierenden Massen bezogen auf die Drehachse der Wäschetrommel 1 nach der Gleichung:
J = Mb / w'.
Das Massenträgheitsmoment J nimmt im wesentlichen proportional mit der jeweiligen Beladung der Wäschetrommel 1 zu. Entsprechend des jeweils ermittelten Massenträgheitsmoments J bzw. der jeweiligen Beladung kann die Steuerelektronik 3 für den Wasch- bzw. Spülprozeß relevanten Parameter, wie Schleuderdrehzahl, Wasserniveau, Waschmittelzufuhr, etc., an die jeweilige Beladung anpassen.
Zur Optimierung des Schleudervorgangs kann in einer dritten Phase C, in der die Drehzahl nc konstantgehalten wird, durch eine Messung der Auslenkung der Wäschetrommel 1 eine etwaige Unwucht erfaßt werden und unter Berücksichtigung des jeweiligen Massenträgheitsmoments J die Unwuchtmasse bestimmt werden. Dementsprechend wird dann in einer vierten Phase D die bei der jeweiligen Beladung und Unwucht optimale Schleuderdrehzahl angefahren.
Zur Optimierung eines Waschvorgangs kann das Verfahren auch bei trockener Wäsche zum Einsatz kommen. Es werden dann die relevanten Parameter für das Waschen, wie Wasserniveau, Waschmittelzufuhr, zeitliches Ein-Ausschaltverhältnis des Motors 2 optimiert, was in Fig. 2 als Phase E dargestellt ist.
Das Abbremsen in der Phase B kann mit konstantem Bremsdrehmoment erfolgen, wobei das Bremsdrehmoment dann der Steuerelektronik 3 bekannt ist und sie den Drehzahlgradienten bzw. die negative Winkelbeschleunigung der Bremsphase ermittelt.
Es kann auch vorgesehen sein, daß das Abbremsen in der Phase B entsprechend eines vorgegebenen Drehzahlverlaufs erfolgt und dann aus der hierfür nötigen Bremsenergie das Massenträgheitsmoment und damit die Beladung der Wäschetrommel 1 von der Steuerelektronik 3 ermittelt wird.
Der negative Drehzahlgradient bzw. die negative Winkelbeschleunigung in der Bremsphase B ist einerseits durch die Bremsleistung des Motors 2 begrenzt. Andererseits ist er durch die Forderung begrenzt, daß die auf die Wäsche am Umfang der Wäschetrommel 1 wirkenden tangentialen Beschleunigungskräfte die tangentialen Kräfte aufgrund der Haftreibung der Wäsche in der Trommel nicht überschreiten sollen, damit die Wäsche in der rotierenden Wäschetrommel in Anlage bleibt. Es soll also verhindert werden, daß die Wäsche durch zu hohe Beschleunigungskräfte sich in der Wäschetrommel versetzt. Es sollen dabei die auf die Wäsche wirkenden tangentialen Beschleunigungskräfte Fa kleiner sein als die tangentialen Kräfte Fr auf die Wäsche aufgrund deren Haftreibung.
Die tangentialen Beschleunigungskräfte Fa ergeben sich aus der Formel:
Fa = m × w' × r,
wobei m die Masse der Wäsche, w' die Winkelbeschleunigung der Wäschetrommel um die Drehachse und r der Abstand der Wäsche zur Trommelachse ist. Die Reibkräfte Fr der Wäsche am Trommelumfang ergeben sich nach der Formel:
Fr = kr × (Fz - Fg),
wobei
Fz = m × w2 × r und
Fg = m × g
ist. Dabei ist Fr die Reibkraft der Wäsche am Trommelumfang in tangentialer Richtung, Fz die auf die Wäsche in radialer Richtung auf den Trommelumfang wirkende Zentrifugalkraft, Fg die auf die Wäsche wirkende Gravitationskraft, kr der Reibkoeffizient für die Haftung der Wäsche am Trommelumfang, m die Masse der Wäsche, w die Winkelgeschwindigkeit der Wäschetrommel, r der Abstand der Wäschetrommeldrehachse und g die Erdbeschleunigung.
Mit der Forderung Fa < Fr ergibt sich der maximal zulässige Drehzahlgradient w' zu
w' < kr (W2 - g/r).
Hieraus ist ersichtlich, daß der Drehzahlgradient mit dem Quadrat der Drehzahl zu- bzw. abnimmt. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Wäschetrommel 1 nach dieser Funktion abgebremst wird. Dadurch erreicht man die kürzestmögliche Meßdauer mit dem maximal zulässigen Bremsdrehmoment und damit einen möglichst geringen Einfluß der Maschinenreibung auf das Meßergebnis.
Falls eine besonders genaue Beladungsmessung notwendig ist, bzw. das Bremsdrehmoment des Antriebs nicht wesentlich höher ist als das Drehmoment der Maschinenreibung, kann mit einer Variante gemäß Fig. 2a der Einfluß der Maschinenreibung auf das Meßergebnis vollkommen eliminiert werden. Zum Zeitpunkt B1 in Fig. 2a läuft die Trommel ohne motorische Bremsung aus. Die Steuerung berechnet den Drehzahlgradient W'B1 aufgrund der Maschinenreibung. Zum Zeitpunkt B2 in Fig. 2a wird die Trommel zuzüglich zur Maschinenreibung nicht mit einem definierten motorischen Drehmoment abgebremst. Daraus resultiert ein Drehzahlgradient W'B2, der größer ist als W'B1. Das Massenträgheitsmoment und damit die Beladung ergibt sich dann aus dem Zusammenhang:
J: Massenträgheitsmoment der rotierenden Teile, im wesentlichen die Trommel mit Beladung
Mb: definierter Bremsdrehmoment
W'B1: Winkelbeschleunigung mit Maschinenreibung als Bremsdrehmoment
W'B2: Winkelbeschleunigung mit Maschinenreibung plus definiertem Motorbremsdrehmoment.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung der Beladung einer von einem Motor antreibbaren Wäschetrommel einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners, wobei die Wäschetrommel (1) in einer ersten Phase (A) auf eine erste Drehzahl (nb) beschleunigt wird, die über der Anlagedrehzahl (na) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer anschließenden zweiten Phase (B) die Wäschetrommel (1) durch elektrische Bremsung des Motors (2) auf eine zweite Drehzahl (nc) abgebremst wird und daß von der Steuerelektronik (3) aus dem Verlauf des Abbremsvorganges hinsichtlich Drehzahl und/oder aufgebrachten Bremsdrehmoment das Massenträgheitsmoment (J) der beladenen Wäschetrommel (1) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aufgebrachten Bremsdrehmoment (Mb) und dem gemessenen Drehzahlgradienten (w') das Massenträgheitsmoment (J) der beladenen Wäschetrommel (1) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsdrehmoment (Mb) in der zweiten Phase (B) konstantgehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbremsen nach einem vorgegebenen Drehzahlverlauf erfolgt und daß aus dem hierzu nötigen Bremsdrehmoment (Mb) das Massenträgheitsmoment (J) der beladenen Wäschetrommel (1) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsdrehmoment (Mb) der Wäschetrommel (1) proportional zum Quadrat der Trommeldrehzahl (W) von der Steuerelektronik (3) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehzahl (nc) oberhalb der Anlagedrehzahl (na) liegt.
7. verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsdrehmoment wesentlich größer als das Reibmoment der Wäschetrommel (1) gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsdrehmoment durch entsprechende Speisung und/oder Verschaltung der Klemmen des Motors (2) erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mechanisch kommutierten Motor (2) das Bremsdrehmoment dadurch erzeugt wird, daß die Feldwicklung oder die Ankerwicklung des Motors gegensinnig bestromt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Synchronmotor oder einem elektrisch kommutierten Gleichstrommotor das Bremsdrehmoment dadurch erzeugt wird, daß die Klemmen des Motors (2) zumindest zeitweise kurzgeschlossen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Asynchronmotor eine der Drehrichtung gegensinnige Speisung erfolgt, er also mit Schlupf S < 1 betrieben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbremsen von der ersten höheren Drehzahl (nb) auf die zweite niedrigere Drehzahl (nc) mehr als einmal mit unterschiedlichem Bremsdrehmoment erfolgt, um den Einfluß der Maschinenreibung auf das Meßergebnis zu minimieren, in dem die Beladung aus den unterschiedlichen Drehzahlgradienten bzw. unterschiedlichen Bremsleistungen beider Bremsvorgänge abgeleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel einmal ohne und einmal mit motorischer Bremsung von der höheren Drehzahl (nb) auf die niedrigere Drehzahl (nc) abgebremst wird.
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