EP1096050A2 - Verfahren zum Auswuchten von rotierenden Körpern - Google Patents

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EP1096050A2
EP1096050A2 EP00122114A EP00122114A EP1096050A2 EP 1096050 A2 EP1096050 A2 EP 1096050A2 EP 00122114 A EP00122114 A EP 00122114A EP 00122114 A EP00122114 A EP 00122114A EP 1096050 A2 EP1096050 A2 EP 1096050A2
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EP
European Patent Office
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speed
unbalance
balancing
drum
weights
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EP00122114A
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English (en)
French (fr)
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EP1096050B1 (de
EP1096050A3 (de
Inventor
Christian Dr. Dyballa
Max Grosse Hündfeld
Jürgen HAMBROCK
Armin Hapke
Rudolf Herden
Reinhard Kaufmann
Thorsten Kuka
Helge Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miele und Cie KG
Original Assignee
Miele und Cie KG
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Publication date
Application filed by Miele und Cie KG filed Critical Miele und Cie KG
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Publication of EP1096050A3 publication Critical patent/EP1096050A3/de
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    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/20—Mountings, e.g. resilient mountings, for the rotary receptacle, motor, tub or casing; Preventing or damping vibrations
    • D06F37/22—Mountings, e.g. resilient mountings, for the rotary receptacle, motor, tub or casing; Preventing or damping vibrations in machines with a receptacle rotating or oscillating about a horizontal axis
    • D06F37/225—Damping vibrations by displacing, supplying or ejecting a material, e.g. liquid, into or from counterbalancing pockets
    • 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
    • D06F33/00—Control of operations performed in washing machines or washer-dryers 
    • D06F33/30—Control of washing machines characterised by the purpose or target of the control 
    • D06F33/48—Preventing or reducing imbalance or noise
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D06F2103/00—Parameters monitored or detected for the control of domestic laundry washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2103/26—Imbalance; Noise level
    • 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 for balancing a body by a controlled Drive is rotated using a balancing device consisting of at least one rotating with the body, arranged concentrically to its axis of rotation circular raceway within which weights are freely movable, and using an unbalance detection device which detects the deflections caused by the unbalance of the system consisting of the body and the balancing device during the rotation and / or its unbalanced speed fluctuations in an unbalance signal converts, the system using in a first method step for unbalance detection a speed below its critical speed or below the critical speed its bearing system is rotated and the balancing device is designed in such a way that the weights are taken along by the track (s) at this speed.
  • the In particular, the invention relates to such a method for balancing the drum Drum washing machine.
  • a balancing device of the type mentioned at the outset is, for example, from EP 0 640 192 known. It is a so-called ball balancer, in which within the Race balls are freely movable.
  • the disadvantage of this balancer is that the work area is elementary from the one selected Frequency range or the speed of the body to be balanced depends.
  • An unrestricted one Effect is only in the frequency range above the largest resonance frequency (the greatest critical speed) of the body or its entire bearing system guaranteed from the suspension or fastening or the like, between the resonances (critical speeds), the balancer compensates only to a limited extent unbalance (see, for example, Kellenberger: Elastic balancing; Springer Verlag; P. 402f, esp. P. 408, Fig.20.6).
  • DE 197 18 321 describes a method for balancing the drum of a washing machine using a ball balancer: After the wash cycle, the drum is accelerated to a speed above the lay-on speed, so that the laundry adheres to the drum jacket due to the centrifugal force and possibly imbalance due to uneven distribution. The position of this Laundry imbalance is then sensed.
  • the track of the ball balancer is with a viscous Damping agent (for example silicone oil) filled, its viscosity dimensioned in this way is that the balls roll freely in the speed range of the unbalance sensor. Subsequently the drum is at a certain, previously determined position of unbalance and balls accelerated so much that the balls are carried away by the damping agent.
  • a viscous Damping agent for example silicone oil
  • the disadvantage of this method is the strong temperature dependence of the damping agent viscosity. Especially when using ball balancers in washing machines, at which the alkali temperature and thus the temperature of the damping agent can fluctuate between 20 ° C and 100 ° C, compliance with the exact specification of the Friction behavior only possible with very expensive oils. It is also the phase in which Balls and laundry imbalance face each other, only very briefly with each drum revolution There may be errors in sensing the unbalance position or in the exact positioning of balls occur when the drum passes through the critical speed range can no longer be taken into account or corrected. Then there are very strong ones Deflections of the vibrating unit.
  • the invention thus presents the problem of a method for balancing a rotating one Reveal body of the type mentioned, in which safely and in the shortest possible time Time to compensate for the imbalance before passing through the critical speed range or its resonance frequencies are reached.
  • the advantage that can be achieved with the method designed according to the invention results from the Evaluation of relatively low-frequency compensation processes, so that the time of compensation the unbalance can be determined very precisely and thus a passage through the critical speed range with the least unbalance is possible.
  • the invention is based on the following finding:
  • the passage through the critical speed range is usually very fast and can be regarded as a transition between the two phases described above.
  • the slip between the weights and the body unbalance leads to the fact that two sinusoidal unbalance signals (the weights also represent an unbalance with an uneven distribution in the raceway) overlap with different frequencies and lead to a floating of the total unbalance signal (see Figure 2).
  • the reason is that the unbalance of the body rotates at the speed of the body and the unbalance of the balls has a slightly lower speed due to the slippage. Since the speed difference is very small, the beat is low-frequency. In the example described below it is a washing machine drum at a drum speed of 100 min -1 for about 60 seconds. In the minimum of the beat, body imbalance and the center of gravity are opposite each other and compensate each other.
  • the non-sinusoidal speed curve can be determined by a Targeted regulation or control can be achieved with the drive being positive or negative Acceleration impulses are impressed on the rotating system. These impulses will be advantageously released in such a way that they act periodically on the system. By Such targeted impulses can (even with bodies with a horizontal axis of rotation) the duration of the Beat can be affected.
  • FIG. 4 shows the parts essential for the invention in a schematic diagram such washing machine. It has a tub (1) in which a drum (2) for Laundry (3) is rotatably mounted. The drum (2) is driven by a Motor (4), the power transmission via a V-belt (5). The speed of the motor in a known manner by a in the microprocessor control (6) of the washing machine integrated motor controller (6a) can be set depending on the program and status.
  • the tub (1) is suspended from springs (7) in the housing (8) and becomes a Damping of these vibrations in the lower area by shock absorbers (9) compared to Supported base (10). To further dampen the vibrations are on the tub (1) Additional weights (11) arranged so that it passes through the critical Speed range does not strike the housing (8).
  • a so-called ball balancer In the drum cap (in the front drum area, not shown) and possibly additionally in the drum base (in the rear drum area, not shown) is a so-called ball balancer is used.
  • Balls (13) arranged as weights and can freely in the circumferential direction of the drum move. To ensure maximum compensation, each track (12) must be in tightest packing can be filled with balls in a given angular range. By Setting the size and number of balls (13) can cause an imbalance in the order of magnitude of their total weight are generated and thus also compensated. With one-sided Washing machine drums (2), a ball balancer on the drum cap is sufficient.
  • Imbalance weights in the rear part of the drum (2) have only a small lever in the front Part of the drum (2) a large lever arm.
  • the unbalance forces are from the drum (2) via the bearings (not shown) to the vibrating unit (tub (1), springs (7), Shock absorber (9)) passed on.
  • the vibrating unit tub (1), springs (7), Shock absorber (9)
  • the load is on the torque and thus on the product of unbalance mass, acceleration and lever arm due. It is therefore sufficient to have the unbalanced masses with the large lever arm the front half of the drum.
  • the on the unbalances A and B or the centrifugal force acting on the resulting total unbalance C. vectorially overlaps the weight, so that the weight signal is unbalanced is exposed to periodic fluctuations, which are used to determine the imbalance by the Computer circuit (6b) can be used.
  • the displacement sensor (14) for example an acceleration sensor known from DE 195 22 393 for unbalance sensing be used.
  • another Computer circuit (6c) the unbalance by evaluating the fluctuations of a speed-dependent Signals (motor current, slip ...) or the speed itself (with a tachometer generator (15)).
  • An evaluation circuit (6d) integrated in the microprocessor control prepares this during the unbalance signal of the computer circuit (s) (6b, c) measured in terms of the drum rotation, that only the envelope of the amount of the unbalance signal is determined and for further engine control is evaluated (see FIG. 3).
  • the method according to the invention for balancing the drum of a washing machine is based on of a speed-time profile shown in Figure 5 and works as follows:
  • the liquor is first pumped out of the tub (1). Then the spin start is started. It starts with a measuring speed n Mess1 above the laundry application speed n A , but below the lowest resonance speed n R1 .
  • the speed can be increased for a short moment to a dewatering speed n E immediately after distributing the laundry on the drum jacket (2c), however, the value must always be lower than the lowest resonance speed n R1 .
  • the speed is then reduced again to the measuring speed n Mess1 .
  • the total unbalance C is sensed by the computer circuit (s) (6b, c).
  • the evaluation circuit evaluates the envelope of the signal amount from the unbalance signal in order to start the resonance passage at the minimum beat. For this purpose, the spin-up is continued and the drum (2) is accelerated to a speed above the resonance frequency n R1 .
  • the beat frequency (see FIG. 2) can be determined by strong periodic acceleration pulses decrease so that the time to pass through the beating minimum is shortened in time.
  • a start time for the spin-up run is chosen, which is before reaching the beating minimum. Since the balls (13) through the slip to the passage through the resonance speeds and the Acceleration to the spin speed itself greatly increases the slip can be achieved be that at the time of driving through the critical speed a minimum of unbalance acts and thus the deflection of the vibrating unit is kept small.
  • the evaluation circuit (6d) waits until the total unbalance falls below a threshold which is dependent on the first minimum, on the total load, on the type of laundry and on the ramp-up method and which is greater than the minimum sensed at first. Then the actual spin-up starts due to the resonance speeds n Ri .
  • a faster alternative is to calculate a start time for the spin-up through the evaluation circuit (6d), which lies before the first beat minimum. This time depends on the operating point (load state) of the washing machine and can be calculated from the envelope using an algorithm.
  • the optimal point is in Range of the turning point of the envelope, in any case before reaching the first Minimums.
  • Another improvement is laundry imbalance in size and / or position to generate consciously.
  • the goal is to position it as evenly as possible on the drum casing (2c).
  • both the type of laundry as well as the amount of laundry by sensing different parameters e.g. suction times, lowering of the tub, etc.
  • can be by a speed pulse to the compensation capacity of the balls (13) generate corresponding laundry imbalance.
  • the beating minimum almost the entire laundry imbalance is compensated by the ball conglomerate.
  • Targeted positioning of the laundry imbalance to the ball conglomerate can take the time up to Finding the minimum can be significantly shortened.
  • these algorithms can also be repeated between the individual resonance ranges n Ri .
  • the balancing range n messi between individual resonance frequencies n Ri can also be used for further unbalance minimization .

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines Körpers, der durch einen geregelten Antrieb in Rotation versetzt wird, unter Verwendung einer Auswuchtvorrichtung, bestehend aus mindestens einer mit dem Körper umlaufenden, konzentrisch zu seiner Rotationsachse angeordneten kreisringförmigen Laufbahn, innerhalb der Gewichte frei beweglich angeordnet sind, und unter Verwendung einer Unwuchterkennungseinrichtung, die die unwuchtbedingten Auslenkungen des aus dem Körper und der Auswuchteinrichtung bestehenden Systems während der Rotation oder dessen unwuchtbedingte Drehzahlschwankungen in ein Unwuchtsignal umwandelt, wobei das System in einem ersten Verfahrensschritt zur Unwuchterkennung mit einer Drehzahl unterhalb seiner kritischen Drehzahl oder unterhalb der kritischen Drehzahl seines Lagersystems gedreht wird und wobei die Auswuchteinrichtung derart beschaffen ist, dass die Gewichte bei dieser Drehzahl von der (den) Laufbahn(en) mitgenommen werden. Um sicher und in möglichst kurzer Zeit eine Kompensation der Unwucht vor dem Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich bzw. seine Resonanzfrequenzen zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass eine Auswerteschaltung die Hüllkurve des Betrags des Unwuchtsignals ermittelt und im Bereich ihres Minimums oder bei Unterschreiten eines Grenzwertes den Körper auf eine Drehzahl oberhalb seiner kritischen Drehzahl oder der kritischen Drehzahl seines Lagersystems beschleunigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines Körpers, der durch einen geregelten Antrieb in Rotation versetzt wird, unter Verwendung einer Auswuchtvorrichtung, bestehend aus mindestens einer mit dem Körper umlaufenden, konzentrisch zu seiner Rotationsachse angeordneten kreisringförmigen Laufbahn, innerhalb der Gewichte frei beweglich angeordnet sind, und unter Verwendung einer Unwuchterkennungseinrichtung, die die unwuchtbedingten Auslenkungen des aus dem Körper und der Auswuchteinrichtung bestehenden Systems während der Rotation und/oder dessen unwuchtbedingte Drehzahlschwankungen in ein Unwuchtsignal umwandelt, wobei das System in einem ersten Verfahrensschritt zur Unwuchterkennung mit einer Drehzahl unterhalb seiner kritischen Drehzahl oder unterhalb der kritischen Drehzahl seines Lagersystems gedreht wird und wobei die Auswuchteinrichtung derart beschaffen ist, dass die Gewichte bei dieser Drehzahl von der (den) Laufbahn(en) mitgenommen werden. Die Erfindung betrifft insbesondere ein solches Verfahren zum Auswuchten der Trommel einer Trommelwaschmaschine.
Eine Auswuchtvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 640 192 bekannt. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Kugelauswuchter, bei dem innerhalb der Laufbahnen Kugeln frei beweglich angeordnet sind.
Der Nachteil dieser Auswuchter besteht darin, dass der Arbeitsbereich elementar vom gewählten Frequenzbereich bzw. der Drehzahl des auszuwuchtenden Körpers abhängt. Eine uneingeschränkte Wirkung ist lediglich im Frequenzbereich oberhalb der größten Resonanzfrequenz (der größten kritischen Drehzahl) des Körpers bzw. seines gesamten Lagersystems, bestehend aus der Aufhängung bzw. Befestigung o. dgl. gewährleistet, zwischen den Resonanzen (kritischen Drehzahlen) kompensiert der Auswuchter nur bedingt Unwuchten (s. bspw. Kellenberger: Elastisches Wuchten; Springer Verlag; S. 402f, insbes. S. 408, Abb. 20.6).
In der DE 197 18 321 wird ein Verfahren zum Auswuchten der Trommel einer Waschmaschine unter Verwendung eines Kugelauswuchters beschrieben: Nach dem Waschgang wird die Trommel auf eine Drehzahl oberhalb der Anlegedrehzahl beschleunigt, so dass die Wäsche aufgrund der Zentrifugalkraft am Trommelmantel haftet und eventuell durch ungleichmäßige Verteilung eine Unwucht ausbildet. Die Position dieser Wäscheunwucht wird dann sensiert. Die Laufbahn des Kugelauswuchters ist mit einem viskosen Dämpfungsmittel (beispielsweise Silikonöl) gefüllt, dessen Viskosität derart dimensioniert ist, dass die Kugeln im Drehzahlbereich der Unwuchtsensierung noch frei abrollen. Anschließend wird die Trommel bei einer bestimmten, zuvor ermittelten Lage von Unwucht und Kugeln so stark beschleunigt, dass die Kugeln vom Dämpfungsmittel mitgerissen werden. Es soll damit erreicht werden, dass sich Unwucht und Kugelschwerpunkt gegenüberliegen und somit schon beim Durchlaufen des kritischen Drehzahlbereichs (Resonanzfrequenz) kompensieren. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der starken Temperaturabhängigkeit der Dämpfungsmittel-Viskosität. Insbesondere bei einem Einsatz von Kugelauswuchtern in Waschmaschinen, bei denen die Laugentemperatur und damit die auch die Temperatur des Dämpfungsmittels zwischen 20°C und 100°C schwanken kann, ist eine Einhaltung der genauen Vorgabe des Reibungsverhaltens nur mit sehr teuren Ölen möglich. Außerdem ist die Phase, in der sich Kugeln und Wäscheunwucht gegenüberliegen, bei jeder Trommelumdrehung nur sehr kurz und es können Fehler bei der Sensierung der Unwuchtposition oder bei der exakten Positionierung der Kugeln auftreten, die beim Durchgang der Trommel durch den kritischen Drehzahlbereich nicht mehr berücksichtigt oder korrigiert werden können. Es kommt dann zu sehr starken Auslenkungen des schwingenden Aggregats.
Aus der DE 198 57 663 ist eine Waschmaschine bekannt, bei der die Laufbahn mit einem viskosen Dämpfungsmittel gefüllt ist, welches die Kugeln bereits bei Waschdrehzahl mitnimmt. Hierdurch ist die Dimensionierung der Viskosität unkritischer. Durch Sensierung der durch die Kugeln gebildeten Festunwucht B und anschließende schnelle Beschleunigung aus einer Position, in der sich die Kugeln in einem vorgegebenen Winkelbereich befinden, soll erreicht werden, dass sich gezielt eine Wäscheunwucht A gegenüber der Festunwucht B ausbildet. Die Lage der beiden Unwuchten zueinander kann dann noch durch kurze Brems- oder Beschleunigungsimpulse verändert werden, so dass der Schleuderhochlauf in dem Moment fortgesetzt und die Schleuderdrehzahl über die kritische Drehzahl hinaus erhöht wird, wenn sich die beiden Unwuchten gegenüberliegen und bestens kompensieren. Da die Lageveränderung der Kugeln rein zufällig erfolgt, können bis zum Erreichen einer zufriedenstellenden Unwuchtverteilung zahlreiche Brems- bzw. Beschleunigungsvorgänge mit anschließender Unwuchtsensierung notwendig sein, was zu sehr langen Wartezeiten führt. Außerdem werden durch die Bremsimpulse der Motor, der Antriebsriemen und die Trommellager belastet.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zum Auswuchten eines rotierenden Körpers der eingangs genannten Art zu offenbaren, bei welchem sicher und in möglichst kurzer Zeit eine Kompensation der Unwucht vor dem Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich bzw. seine Resonanzfrequenzen erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Der mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren erreichbare Vorteil ergibt sich durch die Auswertung relativ niederfrequenter Ausgleichsvorgänge, so dass der Zeitpunkt der Kompensation der Unwucht sehr exakt vorherbestimmt werden kann und damit ein Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich mit der geringsten Unwucht möglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
Figur 1
den asymmetrischen Drehzahlverlauf eines rotierenden Körpers mit horizontaler Drehachse und geregeltem Antrieb
Figur 2
das Unwuchtsignal der aus Wäsche und Gewichten bestehenden Gesamtunwucht über der Zeit
Figur 3
die Hüllkurve des Betrags des Unwuchtsignals
Figur 4
eine Schemaskizze einer Waschmaschine zur Durchführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Auswuchtverfahrens
Figur 5
ein Drehzahl-Zeit-Profil bei einer solchen Waschmaschine
Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde:
Bei rotierenden Körpern mit horizontaler oder annähernd horizontaler Drehachse, welche mit einer Unwucht behaftet sind, ändert sich die Drehzahl periodisch mit der Unwuchtlage. Besitzt der Körper einen geregelten Antrieb, so versucht die Regelung zwar, diese Änderungen auszugleichen, dies führt aber dann zu periodischen, nicht-sinusförmigen Schwankungen im Drehzahlsignal (s. Figur 1).
Deshalb liegt keine ideale kreisförmige Bewegung des rotierenden Körpers vor. Für solche Körper mit dynamischen Auswuchteinrichtungen gemäß Oberbegriff des zu prüfenden Anspruchs 1 gelten deshalb nur bedingt die theoretischen Grundlagen (s. beispielsweise Kellenberger: Elastisches Wuchten; Springer Verlag, S. 402 f), die besagen, dass sich zwischen dem Schwerpunkt der Ausgleichsgewichte und dem Unwuchtschwerpunkt eine konstante Phasenverschiebung einstellt, welche im unterkritischen Drehzahlbereich 0°, im kritischen Drehzahlbereich 90° und im überkritischen Bereich 180° beträgt.
Im unterkritischen Bereich sind die Zentrifugalkräfte wegen der niedrigen Drehzahl nur gering. Deshalb überwiegen die Kräfte in Umfangsrichtung der Laufbahn, die aufgrund der regelungsbedingten Schwankungen auf die Ausgleichsgewichte wirken. Es entsteht dann ein Schlupf zwischen den Gewichten und der Laufbahn und folglich auch zwischen den Gewichten und der als ortsfest angenommenen Körperunwucht. Hierdurch "wandert" die Schwerpunktlage der Ausgleichsmassen permanent im Bezug zum Schwerpunkt der Körperunwucht.
Im überkritischen Drehzahlbereich wirken hohe Zentrifugalkräfte auf die Gewichte und verursachen bei diesen eine hohe Haftreibung der Laufbahn. Die durch die Haftreibung verursachte Reibkraft wirkt den Kräften in Umfangsrichtung der Laufbahn entgegen, die aufgrund der regelungsbedingten Schwankungen entstehen. Deshalb nehmen die Gewichte konstante Positionen ein, wobei zwischen dem Gewichtsschwerpunkt und dem Unwuchtschwerpunkt eine konstante Phasenverschiebung von 180° auftritt. Die Gewichte kompensieren dann die Unwucht.
Der Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich erfolgt in der Regel sehr schnell und kann als Übergang zwischen den beiden vorbeschriebenen Phasen betrachtet werden.
Im unterkritischen Bereich führt der Schlupf zwischen den Gewichten und der Körperunwucht dazu, dass sich zwei sinusförmige Unwuchtsignale (auch die Gewichte stellen bei ungleicher Verteilung in der Laufbahn eine Unwucht dar) mit unterschiedlichen Frequenzen überlagern und zu einer Schwebung des Gesamt-Unwuchtsignals führen (s. Figur 2). Die Ursache liegt darin, dass die Körperunwucht mit der Drehzahl des Körpers umläuft und die Unwucht der Kugeln aufgrund des Schlupfes eine etwas geringere Drehzahl aufweist. Da der Drehzahlunterschied nur sehr gering ist, ist die Schwebung niederfrequent. Sie beträgt bei dem nachfolgend beschriebenen Beispiel einer Waschmaschinentrommel bei einer Trommeldrehzahl von 100 min-1 ca. 60 Sekunden. Im Minimum der Schwebung befinden sich Körperunwucht und Kugelschwerpunkt gegenüber und kompensieren sich.
Bei Körpern mit vertikaler Drehachse kann der nicht-sinusförmige Drehzahlverlauf durch eine gezielte Regelung oder Steuerung erreicht werden, bei der vom Antrieb positive oder negative Beschleunigungsimpulse auf das rotierende System eingeprägt werden. Diese Impulse werden in vorteilhafter Weise derart abgegeben, dass sie periodisch auf das System einwirken. Durch solche gezielten Impulse kann (auch bei Körpern mit horizontaler Drehachse) die Dauer der Schwebung beeinflusst werden.
Im folgenden ist das erfindungsgemäß ausgebildete Verfahren im Einsatz bei einer Trommelwaschmaschine beschrieben:
Die Figur 4 zeigt anhand einer Schemaskizze die für die Erfindung wesentlichen Teile bei einer solchen Waschmaschine. Sie 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 eingestellt werden.
Der Laugenbehälter (1) ist an Federn (7) schwingend im Gehäuse (8) aufgehängt und wird zur Dämpfung dieser Schwingungen im unteren Bereich durch Stoßdämpfer (9) gegenüber dem Gehäuseboden (10) abgestützt. Zur weiteren Dämpfung der Schwingungen sind am Laugenbehälter (1) Zusatzgewichte (11) angeordnet, so dass er beim Durchfahren des kritischen Drehzahlbereichs nicht am Gehäuse (8) anschlägt.
In die Trommelkappe (im vorderen Trommelbereich, nicht dargestellt) und eventuell zusätzlich in den Trommelboden (im hinteren Trommelbereich, nicht dargestellt) ist als Auswuchtsystem ein sogenannter Kugelauswuchter eingesetzt. In dessen Laufbahn (12) 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 vorgegebenen Winkelbereich mit Kugeln gefüllt werden. Durch Festlegen der Größe und Anzahl der Kugeln (13) kann eine Unwucht in der Größenordnung ihres Gesamtgewichts erzeugt und somit auch kompensiert werden. Bei einseitig gelagerten Waschmaschinentrommeln (2), ist ein Kugelauswuchter an der Trommelkappe ausreichend. Unwuchtmassen im hinteren Teil der Trommel (2) haben nur einen kleinen Hebel, im vorderen Teil der Trommel (2) einen großen Hebelarm. Die Unwuchtkräfte werden von der Trommel (2) über die Lager (nicht dargestellt) an die schwingende Einheit (Laugenbehälter (1), Federn (7), Stoßdämpfer (9)) weitergegeben. Bei einem großen Drehmoment der Trommel (2) wird die gesamte Belastung der schwingenden Einheit steigen. Die Belastung ist also auf das Drehmoment und damit auf das Produkt von Unwuchtmasse, Beschleunigung und Hebelarm zurückzuführen. Es ist daher ausreichend, die Unwuchtmassen mit dem großen Hebelarm in der vorderen Trommelhälfte auszuwuchten.
Damit bei horizontaler Rotationsachse die auf die Kugeln (13) wirkende Schwerkraft ab einer gewünschten Rotationsgeschwindigkeit überwunden wird und die Kugeln (13) von der Laufbahn (12) mitgenommen werden, ist diese mit einem viskosen Dämpfungsmittel (14) gefüllt, wobei vorteilhafterweise Öl verwendet wird. Ohne dieses Dämpfungsmittel (14) würden die Kugeln (13) lediglich der Rollreibung unterliegen und somit an der tiefsten Stelle der Laufbahn (12) abrollen, ohne ihre kompensatorische Wirkung zu entfalten. Es wird ein Öl mit sehr hoher Viskosität verwendet, so dass sichergestellt ist, dass die Kugeln (13) bereits bei Waschdrehzahlen um 50 min-1 mitgenommen werden. Sie erzeugen dann im unterkritischen Bereich eine mit der Trommel umlaufende Festunwucht B. Nach dem Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich verteilen sie sich, um die aus einer ungleichmäßigen Wäscheverteilung resultierende Wäscheunwucht B ganz oder mindestens teilweise zu kompensieren.
Ein Wegsensor (15), 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). Die auf die Unwuchten A und B bzw. auf die daraus resultierende Gesamtunwucht C wirkende Zentrifugalkraft überlagert sich vektoriell der Gewichtskraft, so dass das Gewichtssignal unwuchtabhängigen periodischen Schwankungen ausgesetzt ist, die zur Unwuchtermittlung durch die Rechnerschaltung (6b) herangezogen werden können. Anstelle des Wegsensors (14) kann beispielsweise ein aus der DE 195 22 393 bekannter Beschleunigungssensor zur Unwuchtsensierung verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ zu dieser Methode kann eine weitere Rechnerschaltung (6c) die Unwucht durch Auswertung der Schwankungen eines drehzahlabhängigen Signals (Motorstrom, Schlupf ...) oder der Drehzahl selbst (mit einem Tachogenerator (15)) ermitteln.
Eine in der Mikroprozessor-Steuerung integrierte Auswerteschaltung (6d) bereitet das während der Trommeldrehung gemessene Unwuchtsignal der Rechnerschaltung(en) (6b,c) derart auf, dass nur die Hüllkurve des Betrags des Unwuchtsignals ermittelt und zur weiteren Motorreglung ausgewertet wird (s. Figur 3).
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswuchten der Trommel einer Waschmaschine ist anhand eines Drehzahl-Zeit-Profils in Figur 5 dargestellt und arbeitet folgendermaßen:
Nach dem Waschvorgang erfolgt zunächst ein Abpumpen der Lauge aus dem Laugenbehälter (1). Anschließend wird der Schleuderhochlauf gestartet. Er beginnt mit dem Anfahren einer Messdrehzahl nMess1 oberhalb der Wäscheanlegedrehzahl nA, jedoch unterhalb der niedrigsten Resonanzdrehzahl nR1. Zur Vorentwässerung der Wäsche und zur genaueren Unwuchtsensierung kann direkt nach dem Verteilen der Wäsche am Trommelmantel (2c) die Drehzahl für einen kurzen Moment auf eine Entwässerungsdrehzahl nE erhöht werden, jedoch muss der Wert immer geringer als die niedrigste Resonanzdrehzahl nR1 sein. Die Drehzahl wird dann wieder auf die Messdrehzahl nMess1 abgesenkt.
Nach dem erneuten Erreichen der Messdrehzahl nMess1 erfolgt das Sensieren der Gesamtunwucht C durch die Rechnerschaltung(en) (6b,c). Aus dem Unwuchtsignal wertet die Auswerteschaltung die Hüllkurve des Signalbetrags aus, um im Schwebungsminimum den Resonanzdurchgang zu starten. Hierzu wird der Schleuderhochlauf fortgesetzt und die Trommel (2) auf eine Drehzahl oberhalb der Resonanzfrequenz nR1 beschleunigt.
Die Schwebungsfrequenz (s. Figur 2) lässt sich durch starke periodische Beschleunigungsimpulse verringern, so dass die Dauer bis zum Durchgang durch das Schwebungsminimum zeitlich verkürzt wird.
In einer verbesserten Erweiterung des Verfahrens wird ein Startzeitpunkt für den Schleuderhochlauf gewählt, der vor dem Erreichen des Schwebungsminimums liegt. Da die Kugeln (13) durch den Schlupf bis zum Durchgang durch die Resonanzdrehzahlen weiterwandern und die Beschleunigung zur Schleuderdrehzahl selbst den Schlupf stark erhöht, kann so erreicht werden, dass zum Zeitpunkt des Durchfahrens der kritischen Drehzahl ein Minimum an Unwucht wirkt und damit die Auslenkung der schwingenden Einheit klein gehalten wird.
Hierzu wird das erste Minimum der Hüllkurve sensiert und dieser Wert abgespeichert. Dann wartet die Auswerteschaltung (6d) solange, bis die Gesamtunwucht eine vom ersten Minimum, von der Gesamtbeladung, von der Wäscheart und vom Hochlaufverfahren abhängige Schwelle, die größer als das zunächst sensierte Minimum ist, unterschreitet. Danach beginnt der eigentliche Schleuderhochlauf durch die Resonanzdrehzahlen nRi.
Eine schnellere Alternative hierzu ist die Berechnung eines Startzeitpunktes für den Schleuderhochlauf durch die Auswerteschaltung (6d), der vor dem ersten Schwebungsminimum liegt. Dieser Zeitpunkt ist abhängig vom Betriebspunkt (Lastzustand) der Waschmaschine und kann durch einen Algorithmus aus der Hüllkurve berechnet werden. Der optimale Punkt liegt im Bereich des Wendepunktes der Hüllkurve, in jedem Fall vor dem Erreichen des ersten Minimums.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, Wäscheunwuchten hinsichtlich Größe und/oder Position bewusst zu erzeugen. Die bisher bekannten Verfahren zum Anlegen der Wäsche verfolgen das Ziel, dieselbe möglichst gleichmäßig am Trommelmantel (2c) zu positionieren. Da sowohl die Wäscheart als auch die Wäschemenge durch Sensierung unterschiedlicher Parameter (z. B. Saugzeiten, Laugenbehälterabsenkung, etc.) als bekannt vorausgesetzt werden kann, lässt sich durch einen Drehzahlimpuls eine zur Kompensationskapazität der Kugeln (13) korrespondierende Wäscheunwucht erzeugen. In diesem Fall wird im Schwebungsminimum nahezu die gesamte Wäscheunwucht durch das Kugelkonglomerat kompensiert. Durch die gezielte Positionierung der Wäscheunwucht zum Kugelkonglomerat kann die Zeit bis zum Auffinden des Minimums erheblich verkürzt werden.
Zwecks weiterer Optimierung lassen sich diese Algorithmen auch zwischen den einzelnen Resonanzbereichen nRi wiederholen. Durch die geschickte Wahl des Hochlaufprofils kann der zwischen einzelnen Resonanzfrequenzen nRi liegende Wuchtbereich nmessi ebenfalls für die weitere Unwuchtminimierung genutzt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Auswuchten eines Körpers, der durch einen geregelten Antrieb in Rotation versetzt wird, unter Verwendung einer Auswuchtvorrichtung, bestehend aus mindestens einer mit dem Körper umlaufenden, konzentrisch zu seiner Rotationsachse angeordneten kreisringförmigen Laufbahn (12), innerhalb der Gewichte (13) frei beweglich angeordnet sind, und unter Verwendung einer Unwuchterkennungseinrichtung (6b,c), die die unwuchtbedingten Auslenkungen des aus dem Körper und der Auswuchteinrichtung bestehenden Systems während der Rotation und/oder dessen unwuchtbedingte Drehzahlschwankungen in ein Unwuchtsignal umwandelt, wobei das System in einem ersten Verfahrensschritt zur Unwuchterkennung mit einer Drehzahl unterhalb seiner kritischen Drehzahl oder unterhalb der kritischen Drehzahl seines Lagersystems gedreht wird und wobei die Auswuchteinrichtung derart beschaffen ist, dass die Gewichte (13) bei dieser Drehzahl von der (den) Laufbahn(en) (12) mitgenommen werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Auswerteschaltung (6d) die Hüllkurve des Betrags des Unwuchtsignals ermittelt und im Bereich ihres Minimums oder bei Unterschreiten eines Grenzwertes den Körper auf eine Drehzahl oberhalb seiner kritischen Drehzahl oder der kritischen Drehzahl seines Lagersystems beschleunigt.
  2. Verfahren zum Auswuchten eines rotierenden Körpers nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auswerteschaltung unter Berücksichtigung von Betriebsparametern einen Wert zum Starten der Beschleunigung auf eine Drehzahl oberhalb der kritischen Drehzahl des Körpers oder seines Lagersystems ermittelt, wobei der Wert vor dem Erreichen des ersten Minimums der Hüllkurve des Betrags des Unwuchtsignals liegt.
  3. Verfahren zum Auswuchten eines rotierenden Körpers nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf den Antrieb wirkende Drehzahlstell- bzw. Regelungsmittel während einer vollständigen Umdrehung des Systems mindestens einen positiven oder negativen Beschleunigungsimpuls auf das System abgeben.
  4. Verfahren zum Auswuchten eines rotierenden Körpers nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die positiven oder negativen Beschleunigungsimpulse periodisch auf das System einwirken.
  5. Verfahren zum Auswuchten eines um eine annähernd horizontale Drehachse rotierenden Körpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
    gekennzeichnet durch die Verwendung eines in der (den) Laufbahn(en) (12) angeordneten Mittels zur Erhöhung der Laufreibung der Gewichte oder des Strömungswiderstandes der Laufbahn(en).
  6. Verfahren zum Auswuchten eines um eine annähernd horizontale Drehachse rotierenden Körpers nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Mittel zur Erhöhung des Strömungswiderstandes der Laufbahn(en) (12) aus einem viskosen Dämpfungsmittel (14) besteht, dessen Viskosität derart beschaffen ist, dass die Gewichte (13) in dem Drehzahlbereich, in dem die Unwuchterkennung erfolgt, mitgenommen werden.
  7. Verfahren zum Auswuchten der Trommel (2) einer Trommelwaschmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Unwuchterkennung oberhalb einer Drehzahl erfolgt, bei der die Wäsche durch Zentrifugalbeschleunigung am Trommelmantel (2c) anliegt (Anlegedrehzahl).
  8. Verfahren zum Auswuchten einer Trommel (2) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine nach Größe und/oder Position vorgegebene Wäscheunwucht erzeugt wird.
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