DE102011052847A1

DE102011052847A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entstörung von Feuchtesensor-Signalen

Info

Publication number: DE102011052847A1
Application number: DE102011052847A
Authority: DE
Inventors: David J. Kmet; David M. Williams
Original assignee: Whirlpool Corp
Current assignee: Whirlpool Corp
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2012-05-10
Also published as: US8578627B2; US20120096737A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Wäschetrockners mit einem Feuchtesensor, der einen Leitfähigkeits-Stromkreis mit beabstandeten Kontakten aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wäschetrockner können in der Lage sein, den Feuchtegehalt des Trockenguts zu bestimmen. Die entsprechenden Feuchteinformationen lassen sich verwenden, um das Ende des laufenden Trockenprogramms zu ermitteln. Der Feuchtegehalt des Trockenguts lässt sich mit einem Feuchtesensor erfassen. Ein in Wäschetrocknern häufiger Feuchtesensor ist ein Leitfähigkeitskreis mit zwei leitfähigen Metallstreifen, die angeordnet sind, mit dem Trockengut im Wäschetrockner in Berührung zu treten. Werden sie von nassem Trockengut geeigneter Leifähigkeit berührt, kann ein Strom durch das Trockengut hindurch von einem zum anderen Streifen fließen. Die Feuchtewerte lassen sich bewerten, um festzustellen, wann das Trockengut trocken genug ist, um das Trockenprogramm als beendet anzusehen. Das Ausgangssignal des Feuchtesensors kann oft durch verschiedene Störungen – einschl. 60Hz-Netz-, Stromkreis- und Relaisschaltstörungen sowie elektrostatischer Entladungen – gestört bzw. korrumpiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Betreiben eines Wäschetrockners mit einer Trockenkammer und einem Feuchtesensor, der einen Leitfähigkeitskreis mit beabstandeten Kontakten aufweist, die sich in die Trockenkammer erstrecken. Der Feuchtesensor liefert ein Ausgangssignal, das der Leitfähigkeit des Trockenguts entspricht. Das Ausgangssignal ist mit einem anderen Frequenzband als dem des Ausgangssignal zu einem modulierten Ausgangssignal moduliert. Das modulierte Ausgangssignal wird innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbands zu einem Ausgangssignal gefiltert, das die vom Trockengut verursachte elektrische Leitfähigkeit über den beabstandeten Kontakten anzeigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
1 ist eine Perspektivdarstellung eines Wäschetrockners nach einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt als schaubildlichen Schnitt durch den Wäschetrockner der 1 eine Trockenkammer mit einem Feuchtesensor und einer Steuerung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt als Blockdiagramm einen Modulator zum Erzeugen eines modulierten Ausgangssignals nach einer Ausführungsform der Erfindung;
4A stellt graphisch ein Ausgangssignal eines Feuchtesensors mit überlagertem Schwingungssignal dar, um die Arbeitsweise des Modulators der 3 zu zeigen;
4B stellt graphisch das modulierte Signal als Ausgangssignal des Modulators der 3 entsprechend dem Feuchtesensorsignal der 4A dar;
5 stellt graphisch die Frequenzschwankungen des modulierten Ausgangssignals basierend auf einer Simulation und statistischen Analyse der variablen Toleranzen der Stromkreiskomponenten dar, die die Frequenz des modulierten Ausgangssignals beeinflussen, die mit der erwarteten oberen und unteren Regelgrenze gezeigt Ist;
6 zeigt graphisch das modulierte Ausgangssignal mit üblichen Störquellen im Frequenzbereich;
7A zeigt graphisch ein gültiges moduliertes Ausgangssignal des Modulators der 3;
7B zeigt graphisch ein korrumpiertes moduliertes Ausgangssignal des Modulators der 3; und
8 zeigt als Flussdiagramm eine Ausführungsform der Erfindung zum Entstören eines Feuchtesensor-Signals.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Wäschetrockner mit einem Feuchtesensor, der beabstandete Kontakte aufweist, die Trockengut erfassen, das über die Kontakte einen leitfähigen Stromflussweg bildet. Insbesondere betrifft die Erfindung das Bereitstellen eines robusteren Feuchtesensor-Signals durch Anwenden von Modulationstechniken zum Ausfiltern von im Feuchtesensorsystem häufigen Störquellen.
Die 1 zeigt als Perspektive einen Wäschetrockner 10 mit einem Schrankgehäuse aus an ein Chassis angesetzten Wandflächen. Es liegen eine Rückwandfläche 20, Seitenwandflächen 22, eine obere Abschlussfläche 24 sowie eine Vorderwandfläche 26 vor. Die Vorderwandfläche 26 kann eine Öffnung enthalten, wo eine Tür 32 wahlweise öffen- und schließbar ist. Die Tür 32 lässt sich öffnen, um Zugang zu einer Trockenkammer 34 zu gelangen, die als von einer im inneren des Schranks angeordneten Trommel 28 dargestellt ist. Die Trommel 28 kann drehbar sein, um der Trockenkammer 34 eine Drehbewegung zu erteilen. Auf der Vorderwandfläche 26 des Wäschetrockners 10 kann eine Benutzerschnittstelle 36 angeordnet sein, an der ein Benutzer ein vorgewähltes Arbeitsprogramm des Wäschetrockners einstellen oder abändern kann.
Während die Erfindung hier an Hand eines Wäschetrockners beschrieben ist, ist sie auch auf andersartige Wäschebehandlungsgeräte anwendbar, in denen getrocknet wird – bspw. auf Kombinationsautomaten, die sowohl waschen als auch trocknen.
2 zeigt einen Schnitt durch den Wäschetrockner mit der von der Trommel 28 gebildeten Trockenkammer 34 und dem Luftführungssystem, den Sensoren und den Steuerelementen. Die Luftführung enthält einen Luftzulauf 42 zur Trockenkammer 34, der Luft über einen Zuluftkanal 38 erhält, und einen Luftablauf 46 aus der Trockenkammer 34, an dem Luft über einen Abluftkanal 50 abgeführt wird. Während zur vereinfachten Darstellung der Zu- und der Ablauf 42 bzw. 46 in der gleichen Wand bzw. dem gleichen Schott gezeigt sind, befinden sie sich in vielen Fällen auf gegenüberliegenden Wänden bzw. Schotts.
Im Zuluftkanal 38 kann ein Heizelement 40 angeordnet sein, mit dem die durch das Luftführungssystem strömende Luft erwärmbar ist. Ein Gebläse 60 mit fester oder variabler Drehzahl Im Abluftkanal 50 kann Luft durch das Luftführungssystem ziehen. Die in die Trockenkammer 34 einströmende Luft ist durch Ein- und Ausschalten des Heizelements 40 wahlweise erwärmbar. Ein Motor 54 kann vorgesehen sein, um über einen Riemen 52 die Trommel 28 zu drehen; auch ein Motor mit Direktantrieb ist einsetzbar.
Ein Zulufttemperatur-Sensor 44 kann in Strömungsverbindung mit dem Luftführungssystem vorgesehen sein, um die Zulufttemperatur zu erfassen. Der Zulufttemperatur-Sensor 44 kann beliebig im Zuluftkanal 38 liegen und ist hier am Luftzulauf 42 dargestellt. Auch ein Ablufttemperatur-Sensor 48 kann zum Erfassen der Ablufttemperatur in Strömungsverbindung mit der Luftführung angeordnet sein, der beliebig im Abluftkanal 50 liegen kann und am Luftablauf 46 dargestellt ist. Beim Zu- und Ablufttemperatur-Sensor 42 bzw. 48 kann es sich um einen Thermistor oder jede andere bekannte Vorrichtung zur Temperaturerfassung handeln. Ein Feuchtesensor 70 zum Erfassen von Feuchtigkeit kann in der Trockenkammer 34 vorliegen; er kann zwei beabstandete Kontakte 72 – oft auch als „Leitfähigkeitsstreifen” bezeichnet – aufweisen, um die Kontakte 72 überbrückende nasse Wäsche zu erfassen (auch als „Treffer” bezeichnet).
Elektrische Übertragungsleitungen 58 können eine Steuerung 80 mit den verschiedenen elektronischen Komponenten des Wäschetrockner 10 verbinden – einschl. des Benutzer-Bedienfeldes (Benutzerschnittstelle) 36, des Heizelements 40, des Zu- und des Ablufttemperatur-Sensors 44, 48, des Feuchtesensors 70, des Motors 54 und des Gebläses 60. Die Steuerung 80 kann mit einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller, einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA), einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder jeder anderen bekannten Schaltung für die Steuerung elektronischer Komponenten arbeiten. Die Steuerung 80 kann einen elektronischen Speicher 92 zur Aufnahme von Informationen aus den verschiedenen elektronischen Komponenten enthalten. Die Steuerung 80 kann auch weitere Schaltungen wie einen Oszillator 82, eine Eingangsschaltung 84 für den Feuchtesensor, einen Komparator 86, ein Filter 88 sowie Logik-Schaltungen 90 aufweisen.
Im Normalbetrieb kann die Steuerung 80 das Ausgangssignal des Feuchtesensors sequentiell für ein vorbestimmtes Zeitintervall abtasten und die Anzahl der Hinweise auf ein Kurzschließen der Kontakte 72 durch feuchtes Trockengut als „Nasstreffer” zählen. Dieser Zählwert und das entsprechende Tastverhaltnis lassen sich verwenden, um den Trockenheitsgrad des Trockenguts oder die Zeit bis zum Ende seiner Trocknungsbehandlung zu bestimmen. Die (Anzahl der) Nasstreffer und das Tastverhaltnis zeigen, dass das Trockengut zwischen den Kontakten 72 Leitfähigkeit herstellt, die ihrerseits in Beziehung zur Feuchte des Trockenguts steht. M. a. W.: Gerät elektrisch leitfähiges Trockengut in Berührung mit beiden Kontakten 72, stellt es zwischen ihnen einen elektrischen Stromflussweg her, was die Steuerung 80 probenmäßig als Nasstreffer mit einem spezifischen Tastverhaltnis erfasst. Die Arbeitsweise eines geeigneten Feuchtesensors 70 ist in der US-PS 6 446 357 (C. J. Woerdehoff u. a.) beschrieben, auf die hier in ihrer Gänze Bezug genommen ist und die Teil der vorliegenden Anmeldung sein soll.
Ebenfalls angemerkt sei, dass die beabstandeten Kontakte 72 „schwimmende” bzw. hochliegende Elektroden darstellen und als solche stark anfällig für elektromagnetische Störungen (EMI) und andere Störeinflüsse sind. Auch sind an die Kontakte 72 außerhalb der Trommel 28 evtl. längere Verdrahtungsleitungen angeschlossen, die als Antenne wirken und anfällig für EMI sind und sie weiterleiten. Bei diesen Störungen kann es sich um 60 Hz-Netzstörungen, durch Spannungen und Ströme eingestreute Signale, verschiedene Schaltstörungen sowie elektrostatische Entladungen (ESD) handeln. Diese verschiedenen Störungen können das Aufnehmen genauer Messwerte aus dem Feuchtedetektor und das genaue Erfassen von Nasstreffern stören. Die Erfindung stellt ein robusteres Verfahren zum Erfassen des Signals aus dem Feuchtesensor 70 im umgebenden Störnebel bereit, indem es Modulations- und Filtertechniken auf das Ausgangssignals des Feuchtesensors 70 anwendet.
3 zeigt als Blockschaltbild einen Modulator zum Erzeugen eines modulierten Ausgangssignals nach einer Ausführungsform der Erfindung. Der Modulator weist einen Oszillator 82 zum Erzeugen eines Bezugssignals, eine Eingangsschaltung 84 zum Aufnehmen des Ausgangssignals aus dem Feuchtesensor 70 und einen Komparator 86 auf, mit dem zum Ausführen der Modulation das Bezugssignal und das Ausgangssignal des Feuchtesensors verglichen wird.
Der Oszillator 82 kann ein Bezugssignal 94 wie bspw. eine zeitvariable Wellenform erzeugen, die hier als Dreieckswelle mit vorbestimmter Schwingungsfrequenz dargestellt ist. Für die in einem Wäschetrockner zu erwartende Störumgebung kann die Schwingungsfrequenz etwa 200 Hz betragen.
Die Eingangsschaltung 84 für den Feuchtesensor hat elektrische Eingänge, an die jeweils einer der Kontakt 72 des Feuchtesensors 70 angeschlossen ist. Die Schaltung 84 hat einen Ein- und einen Ausgangswiderstand, die mit der Leitfähigkeit des Trockenguts in Wechselwirkung stehen derart, dass die Spannung 96 über das periodische Signal 94 wesentlich variiert, um die über dem Eingang erfasste Leitfähigkeit zu einem Tastverhältnis des modulierten Ausgangssignals zu kodieren. Das Ausgangssignal der Eingangsschaltung 84 ist eine Spannung 96 über den beabstandeten Kontakten des Feuchtesensors 70.
Sowohl das Ausgangssignal als auch das Bezugssignal werden auf den Komparator 86 gegeben. Der Komparator 86 vergleicht das relative Niveau der beiden Eingangssignale. Ist das Bezugssignal größer als das Ausgangssignal des Feuchtesensors, gibt der Komparator ein hohes Ausgangssignal (H-Signal) ab; ist es kleiner als das Ausgangssignal, gibt er ein niedriges Ausgangssignal (L-Signal) ab. Der Komparator 86 liefert also eine Rechteckwelle der gleichen Frequenz wie das Bezugssignal, wobei das Tastverhältnis der Rechteckwelle von der relativen Höhe des Bezugs- zum Ausgangssignal in einem gegebenen Zeitpunkt abhängt. M. a. W.: das Ausgangssignal wird moduliert, indem der Modulator 86 das Ausgangssignal des Feuchtesensors 70 mit dem Bezugssignal aus dem Oszillator 82 vergleicht. Das Tastverhaltnis des modulierten Ausgangssignals 98 kann auf eine Leitfähigkeit hinweisen, die das Trockengut über den beabstandeten Kontakten herstellt. Das Ausgangssignal des Komparators 86 kann ein impulsbreitenmoduliertes (PWM-)Ausgangssignal 98 des Ausgangssignals des Feuchtesensors 70 sein, das den Feuchtegehalt des Trockenguts darstellt.
Beim Oszillator 82 kann es sich um eine beliebige bekannte Oszillatorschaltung handeln – einschl. (ohne Einschränkung der Erfindung) eines Phasenschieber- oder Quarz-Oszillators, eines Multivibrators, eines Ring- oder eines Schmitt-Trigger-Oszillators. Obgleich hier als Dreiecksoszillator dargestellt, kann der Oszillator jede bekannte Art eines Signals erzeugen – einschl. (ohne Einschränkung der Erfindung) eines reinen, gestutzten oder gleichgerichteten Sinus-, eines Trapez-, eines Sägezahn- oder eines Rechtecksignals. Generell erhält man mit Bezugssignalen niedriger Flankensteilheit einen größeren Dynamikbereich des modulierten Ausgangssignals.
Die Eingangsschaltung 84 für den Feuchtesensor kann ausschließlich mit passiven Bauteilen arbeiten, wie Widerständen, Kondensatoren und Spulen. Alternativ kann sie aktive Komponenten wie Operationsverstärker, Dioden oder Transistoren enthalten. In einigen Fällen kann die Eingangsschaltung 84 Störungen (bspw. HF-Störungen) bereits teilweise aus dem Ausgangssignal 102 des Feuchtesensors ausfiltern, bevor es an den Komparator 86 gelegt wird. Dies insbesondere, wenn am Eingang der Schaltung 84 ein kapazitiver oder ein Klemmdioden-Nebenschluss liegt.
Der Komparator 86 kann ein beliebig gearteter Komparator sein – bspw. (ohne Einschränkung der Erfindung) ein Operationsverstärker-Komparator oder ein dynamisch gerasteter Komparator. Einige Komparatoren 88 können mit eingebauter Hysterese arbeiten, die schnelle Änderungen in Folge von Störungen im Eingangssignal des Komparators im Ergebnis ausfiltert. Dabei kann es sich auch um HF-Störungen im Ausgangssignal des Feuchtesensors handeln.
Zur Darstellung sei das Modulieren eines realistischen Feuchtesensor-Signals an Hand der 4A und 4B erläutert. 4A zeigt graphisch ein Feuchtesensor-Signal 102, das einem Bezugssignal 100 der Schwingungsperiode 1/f aus dem Oszillator 94 überlagert ist, wobei f die Frequenz des Bezugssignals ist. Die 4B zeigt graphisch das modulierte Ausgangssignal 104 des Komparators entsprechend dem Feuchtesensor-Signal der 4A. Zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ ist das Ausgangssignal 102 des Feuchtesensors niedriger als das Ausgangssignal 100 des Oszillators 82, so dass in diesem Intervall das modulierte Ausgangssignal 104 ein H-Signal ist. Im Intervall von t₂ bis t₃ ist das modulierte Ausgangssignal 102 größer als das Bezugssignal 100 aus dem Oszillator 82, so dass das modulierte Ausgangssignal 104 in diesem Intervall ein L-Signal ist. Das Gleiche gilt für die Intervalle zwischen t₄ und t₅, t₆ und t₇, t₈ und t₉, t₁₀ und t₁₁, t₁₂ und t₁₃, t₁₄ und t₁₅ und t₁₆ und t₁₇. Auch hier ist im Intervall zwischen t₃ und t₄ das Ausgangssignal 102 des Feuchtesensors geringer als das Bezugssignal 100 aus dem Oszillator 82 und daher das modulierte Ausgangssignal 104 in diesem Intervall ein H-Signal. Analoges gilt für die Intervalle zwischen t₅ und t₅, t₇ und t₈, t₉ und t₁₀, t₁₁ und t₁₂, t₁₃ und t₁₄, t₁₅ und t₁₆ und t₁₇ und t₁₈.
Ein L-Signal 102 des Sensorausgangs weist auf nasses Trockengut, das die beabstandeten Kontakte 72 kurzschließt, und daher auf einen hohen Feuchtegehalt des Trockenguts hin. Bei hohem Feuchtegehalt des Trockenguts hat das modulierte Ausgangssignal 104 ein größeres Tastverhältnis als bei hoher Feuchte.
Das modulierte Ausgangssignal 104 und sein zeitvariables Tastverhältnis lassen sich mittels der Logik-Schaltungen 90 der Steuerung 80 überwachen, um den Feuchtegehalt des Trockenguts zu ermitteln. Bspw. kann die Steuerung 80 einen gleitenden Mittelwert des Tastverhältnisses des modulierten Ausgangssignals ermitteln und daraus den Feuchtegehalt des Trockenguts voraussagen. Desgl. kann die Steuerung 80 aus dem modulierten Ausgangssignal 104 die anfängliche oder eine aktualisierte Abschlusszeit des Trockenprogramms voraussagen; sie kann weiterhin auf Grund des modulierten Ausgangssignals 104 Änderungen am Arbeitsprogramm des Wäschetrockners ausführen. Bspw. kann die Steuerung 80 das Arbeitsprogramm des Wäschetrockners 10 anhalten, wenn ein vorbestimmter Feuchtegehalt, wie er vom modulierten Ausgangssignal 104 angezeigt wird, oder ein gleitender Mittelwert oder ein vordefinierter gefilterter Wert des modulierten Ausgangssignals 104 erreicht wird. In einem anderen Fall kann die Steuerung 80 auf einen alternativen Mechanismus der Feuchtebestimmung – bspw. einen auf die Zu- und die Ablufttemperatur arbeitenden Algorithmus – umschalten, wenn ein vorbestimmter Feuchtegehalt, wie ihn das modulierte Ausgangssignal 104 anzeigt, erreicht ist.
Alternativ lässt der Komparator 86 sich so ausführen, dass ein L-Signal erzeugt wird, wenn das Bezugssignal größer als das Ausgangssignal des Feuchtesensors ist. In diesem Fall ergibt weniger Feuchte im Trockengut ein größeres Tastverhältnis des modulierten Ausgangssignals.
Ein Vorteil des beschriebenen Modulationsverfahrens ist, dass das Ausgangssignal des Feuchtesensors mit einem breiten Frequenzspektrum sich durch ein moduliertes Ausgangssignal mit verhältnismäßig schmalem Spektralbereich darstellen lässt. 5 zeigt eine numerische Schaltungssimulation, bei der die Frequenz über einer linearen Skala mehrerer Abtastwerte eines modulierten Ausgangssignals 110 aufgetragen ist: Sämtliche Abtastwerte liegen in einem schmalen Frequenzband mit 197,77 Hz Mittenfrequenz, aber keine Punkte außerhalb der Aussteuerungsgrenzen von ±3σ.
6 zeigt eine Spektraldarstellung des modulierten Ausgangssignals sowie übliche Störquellen im Frequenzbereich über einer logarithmischen Abszisse aufgetragen. Bei niedrigeren Frequenzen (bspw. unter 100 Hz) können 60-Hz-Netzstörungen (bzw. 50-Hz-Netzstörungen in Europa und anderen Ländern) vorherrschen. Die 60-Hz-Netzspannung und deren Harmonische können ein zeitvariables elektrisches Feld der gleichen Frequenz einstreuen, das eine Spannungsänderung über den beabstandeten Kontakten 72 des Feuchtesensors 70 influenziert und dadurch dessen Ausgangssignal 102 stört. Diese Störungen können in einem Spektralbereich liegen, der Teile des Spektralbereichs des Ausgangssignals des Feuchtesensors überlappt. Bei Frequenzen um 100 kHz und höher herrschen Schaltstörungen aus dem Umschalten von Relais, dem Betätigen elektromechanischer Vorrichtungen, dem Durchschalten von Transistoren u. dergl. vor. Der Wäschetrockner enthält mehrere Relais und Schalter, die dem Heizelement 40, dem Motor 54 und dem Gebläse 60 zugeordnet sind; ein Betätigen aller dieser Einrichtungen 40, 54, 60 kann eine elektromagnetische Welle auslösen oder ein zeitvariables elektrisches Feld influenzieren, das eine Spannungsänderung über den beabstandeten Kontakten 72 des Feuchtesensors 70 verursacht. Im gleichen allgemeinen Frequenzband wie die Schaltstörungen treten auch Störungen aus elektrostatischen Entladungen (ESD) auf. Beim Umwälzen des Trockenguts in der Trockenkammer 34 des Wäschetrockners 10 können sich auf einem oder mehreren Trockengutartikeln elektrostatische Ladungen aufbauen. Wenn stark genug, können sie zwischen den Trockengutartikeln, auf die Trommel 28 oder direkt auf die Kontakte 72 des Feuchtesensors überschlagen, wodurch dann über oder in den Kontakten 72 des Feuchtesensors 70 eine Spannung bzw. ein Strom auftritt.
Das Fenster des modulierten Ausgangssignals 104 liegt in diesem Fall bei 200 Hz, kann aber irgendwo zwischen etwa 200 Hz und 50 kHz und dennoch spektral weit genug von den häufigsten Störquellen getrennt liegen. Wie in 5 und 6 gezeigt, kann das Fenster des modulierten Ausgangssignals, das bei etwa 200 Hz liegt, nahe an der dritten Harmonischen der 60-Hz-Netzstörungen (180 Hz) oder der vierten Harmonischen von 50-Hz-Netzstörungen (200 Hz) auftreten. Es ist jedoch damit zu rechnen, dass Störungen aus diesen Harmonischen höherer Ordnung erheblich abgeschwächt sind.
Die Diskussion wird sich nun auf das modulierte Ausgangssignal und darauf konzentrieren, wann es gültig und wann korrumpiert ist. Die 7A zeigt ein Beispiel eines gültigen modulierten Ausgangssignals 120 über der Zeit aufgetragen. Die Frequenz des Signals 120 ist zeitlich konsistent mit drei vollständigen Perioden des Signals, die in dem Graph gezeigt sind. Jede Periode ist definiert als die Zeit von einer zur nächsten ansteigenden Flanke des modulierten Ausgangssignals. Das Taktverhältnis – bzw. die Dauer des Verbleibens des modulierten Ausgangssignals 120 auf dem H-Pegel – hängt vom Ausgangssignal 120 des Feuchtesensors ab. Das Signal aller in 7A gezeigten Perioden kann im Frequenzband des modulierten Ausgangssignals liegen – bspw. zwischen 180,39 Hz und 215,16 Hz, wie in 5 gezeigt.
Die 7B zeigt andererseits ein Beispiel eines korrumpierten (gestörten) modulierten Ausgangssignals 122. In diesem Fall weist die erste sowie die vierte Periode des Signals 122 über der Zeit eine ähnliche Frequenz auf. Während dieser zwei Male ist das modulierte Ausgangssignal 122 gültig. Die zweite Periode, die von der zweiten zur dritten ansteigenden Flanke des modulierten Ausgangssignals 122 definiert ist, ist jedoch kürzer als dessen erste Periode, die definiert ist als der Abstand der ersten von der zweiten ansteigenden Flanke des modulierten Ausgangssignals 122. Während dieses Intervalls kann die Frequenz des Signals höher als die des Bezugssignals 100 sein. Das Signal ist während dieses Intervalls daher korrumpiert. Entsprechend ist die dritte Periode, definiert als der Abstand der dritten von der vierten ansteigenden Flanke des modulierten Ausgangssignals 122, kürzer als dessen erste Periode. Im dritten Intervall ist daher das modulierte Ausgangssignal 122 korrumpiert und es liegt außerhalb von dessen Frequenzband.
Das modulierte Ausgangssignal 122 kann von 60-Hz-Netzstorungen, Schaltspitzen oder ESD-Störungen korrumpiert sein, bevor oder nachdem das Ausgangssignal 102 des Feuchtesensors zum Ausgangssignal 122 moduliert wurde. Dies kann sich in Form der korrumpierten Teile des modulierten Ausgangssignals 122 der 7B zeigen. Auch sehr kurze Stör- bzw. Zufallsberührungen der Kontakte durch Trockengutartikel werden als ungültig ausgefiltert, da eine Modulation auf der Basis des Taktverhältnisses nicht vollständig durchgeführt wird, wenn die Berührung mit nassem Trockengut innerhalb einer einzigen Periode des periodischen Signals erfolgt und wieder ausfällt.
Das modulierte Ausgangssignal kann auch durch Aliasing-Fehler während des Modulierens korrumpiert werden. Aliasing kann auftreten, wenn beim Modulieren das Nyquist-Kriterium nicht erfüllt wird. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass mit mindestens der doppelten Frequenz des Basisbandsignals abgetastet bzw. moduliert wird. M. a. W.: ist die Frequenz des Bezugssignals 100 nicht mindestens das Doppelte der höchsten Frequenz des Ausgangssignals 102 des Feuchtesensors, können beim Abtasten und der Modulation des Ausgangssignals 102 desselben Fehler auftreten. Dieser Modulationsfehler kann sich als die korrumpierten Teile des modulierten Ausganssignals 122 manifestieren, wie in 7B gezeigt, wo Frequenzanteile des modulierten Ausgangssignals 102 außerhalb dessen Soll-Frequenzbands liegen.
Generell führt eine höhere Frequenz des Bezugssignals 100 und daher ein höheres Frequenzband des modulierten Ausgangssignals 104, 120, 122 zu einem geringeren Aliasing-Fehler. Es können jedoch bei einer höheren Modulationsfrequenz andere Kompromisse nötig sein. Um mit einer höheren Modulationsfrequenz arbeiten zu können, kann neue Hardware nötig sein. Bspw. kann für hohe Modulationsfrequenzen eine andere, potenziell teurere und energieintensivere Komparatorschaltung mit Einschränkungen hinsichtlich einer höheren Flankensteilheit erforderlich sein.
Liegt das Signal außerhalb des Frequenzbands des modulierten Ausgangssignals, kann es mit der Filterschaltung 88 gefiltert werden. Das Filter 88 zum Filtern korrumpierter Teile eines modulierten Ausgangssignals 122 kann beliebig sein – bspw. u. a. ein Tiefpass-, Hochpass- oder Bandpass-Filter. Soll ein gültiges moduliertes Ausgangssignal 120 durchgelassen, aber Teile eines korrumpierten modulierten Ausgangssignals 122 außerhalb der Frequenz des modulierten Ausgangssignals gesperrt werden, können Bandpassfilter besonders geeignet sein. Das Bandpass-Filter 88 kann eine Bandbreite haben, die größer ist als das Frequenzband des modulierten Ausgangssignals 104, 120, 122. M. a. W.: Das Frequenzband des modulierten Ausgangssignals 104, 120, 122 kann innerhalb des Durchlassbereichs des Bandpass-Filters 88, also im Bereich zwischen den 3dB-Punkten liegen. Das Filter kann passiv oder aktiv sein oder mit digitalen Signalverarbeitungstechniken arbeiten – einschl. des Bewerten der Informationen zum Taktverhältnis als gültig oder ungültig, wenn die Signalfrequenz innerhalb definierter Frequenzgrenzen liegt.
8 ist ein Flussdiagramm, das das hier beschriebene Verfahren zur Störbefreiung des Feuchtesensors 70 zusammenfasst. Zunächst wird bei 130 vom Oszillator 82 das Bezugssignal erzeugt. Dann wird das modulierte Ausgangssignal erzeugt, indem bei 132 der Komparator 86 das Bezugssignal mit dem Ausgangssignal des Feuchtesensors vergleicht. Das modulierte Ausgangssignal wird bei 134 von der Filterschaltung 88 gefiltert oder sortiert. Das gefilterte modulierte Ausgangssignal dient dann zum Bestimmen des Feuchtegehalts des Trockenguts bei 136 durch die Steuerung 80 und die dort enthaltenen Logik-Schaltungen 90. Bei 138 wird ermitelt, ob der Feuchtegehalt den Trockenheitsgrad des Trockenguts bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert erfüllt. Falls ja, kann bei 160 ein bestimmter Steuerungseingriff erfolgen. Ist jedoch bei 138 ein vorbestimmter Feuchtegehalt nicht erreicht, wiederholt sich das Verfahren von 130 an und wird das Ausgangssignal des Feuchtesensors 70 moduliert und gefiltert, um aus dem modulierten und gefilterten Signals den Feuchtegehalt und damit zu bestimmen, ob ein bestimmter Trockenheitsgrad erfüllt ist. Der Steuerungseingriff bei 160 kann u. a. das Beenden des Arbeitsprogramms, einen Übergang zur nächsten Trockenphase, eine Mitteilung an den Benutzer, dass der vorbestimmte Trocknungsgrad erreicht ist, ein Umschalten auf ein anderes Verfahren der Trocknungsgradermittlung, ein Berechnen der Trockendauer bzw. der Rest-Trockendauer und das visuelle Ausgeben der Trockendauer bzw. der Rest-Trockendauer beinhalten.
Es ist ersichtlich, dass die hier offenbarten Verfahrensweisen den Ausgangssignalen des Feuchtesensors in einem Wäschetrockner Störimmunität erteilen und sie robuster machen. Dies erfolgt hauptsächlich durch Modulieren des Ausgangssignals des Feuchtesensors und dann Filter des modulierten Ausgangssignals, um Störungen zu beseitigen. Das Modulationsverfahren erlaubt ein Kodieren (bspw. durch Impulsbreitenmodulation) des Ausgangssignals und ein Verschieben desselben aus dem ursprünglichen Basisband in ein anderes Frequenzband. Damit erhält man zweifachen Nutzen: Erstens wird ein breitbandiges Signal zu einem schmalbandigen Signal kodiert, das ein Filtern nach dem Modulieren ermöglicht, und zweitens lässt das Frequenzband des modulierten Ausgangssignals sich so wählen, dass es das Spektrum bekannter Störquellen nicht überlappt.
Während die Erfindung speziell an Hand bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, dass dies nur zur Erläuterung erfolgte, die Erfindung aber nicht einschränken soll. Im Rahmen der voranstehenden Offenbarung und der Zeichnungen sind sinnvolle Varianten und Abänderungen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Bezugszeichenliste
Fig. 3

82: Oszillator
84: Eingangsschaltung f. d. Feuchtesensor
86: Komparator
94: zeitvariable Wellenform
96: Gleichspannung
98: Komparator-Ausgangssignal
Comparator Input ...: Komparator-Eingangssignal
Comparator Output ...: Komparator-Ausgangssignal
Modulated ...: moduliertes Ausgangssignal
Time: Zeit
To: Sensor zum Sensor
Volts: Spannung [V]

Comparator ...: Komparator-Eingangssignal
Modulated ...: moduliertes Ausgangssignal
Time: Zeit
Volts: Spannung [V]

AVG: Mittelwert
Frequency: Frequenz
Modulated Output ...: Frequenz-Simulation f. d. modulierte Ausgangssignal
Sample: Abtastwert
LCL: Untergrenze
UCL: Obergrenze

60 Hz Noise: 60-Hz-Störungen
ESD and ...: ESD- und Relaisschaltstörungen
Freq ...: Frequenz [Hz]
Volts: Spannung [V]
Valid Modulated ...: Fenster f. d. gültige modulierte Ausgangssignal

Corrupted: Korrumpiert
Corrupted ...: Korrumpiertes moduliertes Ausgangssignal
Good Signal: Gut-Signal
Invalid: Ungültig
Time: Zeit
Valid: Gültig
Valid Modulated ...: gültiges moduliertes Ausgangssignal
Volts: Spannung [V]

130: Bezugssignal erzeugen
132: Moduliertes Ausgangssignal durch Vergleich des Ausgangssignals mit dem Bezugssignal erzeugen
134: Moduliertes Ausgangssingal filtern oder sortieren
136: Feuchtegehalt des Trockenguts aus gefiltertem moduliertem Ausgangssignal bestimmen
138: Zeigt Feuchtegehalt vorbestimmten Trocknungsgrad an?
140: Steuereingriff
No: Nein
Yes: Ja

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6446357 [0021]

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Wäschetrockners mit einer Trockenkammer und einem Feuchtesensor, der einen Leitfähigkeits-Stromkreis mit beabstandeten Kontakten aufweist, die in die Trockenkammer hinein verlaufen, und der ein Ausgangssignal liefert, das zur Leitfähigkeit des Trockenguts in Beziehung steht, gekennzeichnet durch: Modulieren des Ausgangssignals in ein Frequenzband, das sich vom Frequenzband des Ausgangssignals unterscheidet, um so ein moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen; und Filtern des modulierten Ausgangssignal in einem vorbestimmten Frequenzband, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das anzeigt, dass das Trockengut über die beabstandeten Kontakten elektrische Leitfähigkeit hervorruft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin das Modulieren des Ausgangssignals das Erzeugen eines Bezugssignals bei einer vorbestimmten Frequenz beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugssignal ein Schwingungssignal ist, das bei der vorbestimmten Frequenz oszilliert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulieren des Ausgangssignals weiterhin einen Vergleich des Ausgangssignals mit dem Bezugssignal beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulieren des Ausgangssignals weiterhin das Erzeugen eines impulsbreitenmodulierten Ausgangssignals beinhaltet, das den Feuchtegehalt des Trockenguts auf Grundlage des Vergleichs des Ausgangs- mit dem Bezugssignal darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulieren des Ausgangssignals weiterhin das Erzeugen einer Impulsbreitenmodulation des Ausgangssignals mit einem Arbeitszyklus beinhaltet, das anzeigt, dass das Trockengut zwischen den beabstandeten Kontakten elektrische Leitfähigkeit hervorruft.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszyklus einen Feuchtegehalt im Trockengut anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern des modulierten Ausgangssignals weiterhin ein Bandpassfiltern beinhaltet, bei dem das vorbestimmte Frequenzband im Wesentlichen durchgelassen und andere Frequenzbänder im Wesentlichen gesperrt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gesperrten Frequenzen diejenigen sind, die im modulierten Ausgangssignal bekanntermaßen Störungen hervorrufen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den gesperrten Frequenzen u. a. um WS-Netzstörungen, WS-Netzkopplung, Schaltstörungen bzw. -spitzen, elektrostatische Entladungen sowie Harmonische aller dieser Störfrequenzen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Frequenzband mindestens 179 Hz und höchstens 216 Hz beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeiten des Wäschetrockners beendet wird, wenn das modulierte Ausgangssignal anzeigt, dass ein Feuchtegehalt des Trockenguts unter einen vorbestimmten Wert abgefallen ist.
Wäschetrockner, gekennzeichnet durch: eine Trockenkammer zur Aufnahme von Trockengut; einen Feuchtesensor, der einen Leitfähigkeits-Stromkreis mit beabstandeten, in die Trockenkammer hinein verlaufenden Kontakten aufweist und ein Ausgangssignal liefert, das zur Leitfähigkeit des Trockenguts in Beziehung steht; eine Modulatorschaltung, die das Ausgangssignal in ein Frequenzband moduliert, das sich von dem des Ausgangssignals unterscheidet, um ein moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen; und eine Filterfunktion, mit der das modulierte Ausgangssignal in einem vorbestimmten Fequenzband filterbar ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das anzeigt, dass das Trockengut zwischen den beabstandeten Kontakten Leitfähigkeit hervorruft.
Wäschetrockner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator weiterhin einen Oszillator zum Erzeugen eines Bezugssignals und eine Eingangsschaltung aufweist, die das Ausgangssignal des Feuchtesensors aufnimmt.
Wäschetrockner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator weiterhin eine Komparatorschaltung aufweist, mit der das Ausgangs- mit dem Bezugssignal vergleichbar ist.
Wäschetrockner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin das Filtern eine Bandpassfilterfunktion beinhaltet, das das vorbestimmte Frequenzband durchlässt.
Wäschetrockner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Steuerung vorgesehen ist, mit der sich ein Steuerungseingriff ausführen lässt, wenn das modulierte Ausgangssignal anzeigt, dass das Trockengut über den beabstandeten Kontakten Leitfähigkeit hervorruft.