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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein System zum Auswuchten der Ladung in einer
Horizontalachsen-Waschmaschine.
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Zusammenfassung der herkömmlichen
Technik
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Herkömmliche
Horizontalachsen-Waschmaschinen enthalten einen End-Schleuderzyklus,
um von den gewaschenen Gegenständen so viel Wasser wie
möglich zu extrahieren, um die Trockenzeit zu reduzieren.
Jedoch stört sich das Erfordernis einer hohen Schleudergeschwindigkeit
mit einem ruhigen Betrieb. Bei Beginn eines Schleuderzyklus kann
die Waschladung ziemlich stark unausgewuchtet sein, so dass dann,
wenn die Maschine zu beschleunigen versucht, Geräusche
und Vibrationen die Folge sind.
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Das
Mittel, das Waschmaschinenkonstrukteure insoweit verwendet haben,
um die Unwucht der Ladung auszugleichen, ist typischerweise, die
innere Baugruppe auf Federn und Dämpfern aufzuhängen, um
deren Vibration zu isolieren. Die Schwierigkeit liegt darin, dass
diese Aufhängungsanordnungen die Vibration niemals vollständig
isolieren. Wenn die Maschine altert, verschlechtert sie sich, und
das Problem wird schlimmer. Auch erfordern diese Aufhängungsanbaugruppen
einen signifikanten inneren Spielraum, so dass die verfügbare
Beladungskapazität verloren geht, wenn eine Maschine auf
Standardaußendimensionen konstruiert ist. Weil ferner die
innere Baugruppe noch immer den Kräften durch die Unwucht
widerstehen muss, resultieren beträchtliche Extrakosten.
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Der
ideale Ansatz ist es, das Problem an seiner Quelle zu beseitigen,
wofür es verschiedene Lösungen gibt. Die erste
Möglichkeit ist es, sicherzustellen, dass die Waschbeladung
vor dem Schleudern gleichmäßig verteilt wird.
Dies ist eine wirksame Lösung, aber es ist extrem schwierig,
sie in der Praxis zu erreichen. Während Schritte unternommen werden
können, um den Grad der Unwucht, der berücksichtigt
werden muss, zu reduzieren, ist es daher nicht möglich,
sie ausreichend zu eliminieren, um sie anschließend zu
ignorieren. Ein anderer Ansatz ist es, die Größe
und Eigenschaft der Lastunwucht zu bestimmen und eine Unwucht hinzuzufügen,
die der Lastunwucht exakt entgegenwirkt.
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Verfahren
zum Kompensieren der Unwucht in Horizontal-Waschmaschinen sind im
US-Patent 5280600 (Pellerin
et al.),
europäischen
Patent 856604 (Fagor, S. Coop)) offenbart worden. Diese
Offenbarungen beziehen sich auf die Verwendung von drei axial orientierten
Kammern, welche über die Länge der Trommel verlaufen,
und um den Umfang der Trommel gleichmäßig angeordnet
sind. Wenn sie in geeigneten Mengen einzeln mit Wasser gefüllt
werden, können die Kammern dazu benutzt werden, die Unwuchten
in der Drehachse angenähert zu korrigieren.
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In
unserer veröffentlichten PCT-Anmeldung
WO 00/39382 beschreiben wir ein Auswuchtungssystem
für Waschmaschinen, das sowohl die statische als auch dynamische
Unwuchten kompensiert. Das System ist ausreichend akkurat, so dass
die herkömmliche Aufhängung weggelassen wird.
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Jedoch
könnte auch bei diesem System eine Ladung im frühen
Teil des Schleuderzyklus eine ausreichende Unwucht haben, bei der
es nicht möglich ist, die Unwucht mittels des aktiven Auswuchtungssystems
adäquat zu kompensieren. Auch haben unterschiedliche Waschgegenstände
unterschiedliche Wasserhalteeigenschaften. Da das Wasser im Schleuderzyklus
extrahiert wird, kann dies während des Schleuderzyklus
zu einer Änderung der Unwucht führen. Wasserzugaben
in Ausgleichskammern sind während des Schleuderzyklus nicht
reversibel, so dass eine Nachauswuchtung zu einer fortschreitenden
Akkumulation führt, bis die volle Kapazität erreicht
ist. In Kombination mit einer schlechten Anfangsunwucht kann dies
gelegentlich dazu führen, dass die volle Schleudergeschwindigkeit
nicht erreicht werden kann. Dies wiederum erfordert eine ziemlich
strikt geregelte Anfangsunwucht, was wiederum viele Verteilungsversuche
bei Beginn eines Schleuderzyklus erfordern könnte.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Auswuchtsystem für
eine Horizontalachsen-Waschmaschine anzugeben, das, soweit es für seinen
Zweck praktikabel ist, dahin geht, die oben erwähnten Nachteile
zu überwinden.
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In
einem ersten Aspekt kann man sagen, dass die vorliegende Erfindung
allgemein in einer Waschvorrichtung besteht, umfassend:
eine
perforierte drehbare Trommel zum Schleuderentwässern einer
nassen Textilladung,
ein Antriebsmittel zum Erzeugen einer
Beschleunigungskraft, die im Gebrauch eine Drehung der Trommel hervorruft,
ein
Unwuchtsensiermittel zum Erfassen der etwaigen statischen dynamischen
Unwucht bei der Drehung der Trommel, und
einen digitalen Prozessor,
der Eingaben von dem Unwuchtsensiermittel enthält und programmiert
ist, um, in einer Beschleunigungsphase, das Antriebsmittel derart
anzuregen, dass die Ladung innerhalb der Trommel gleichmäßig
verteilt und hierdurch eine etwaige statische oder dynamische Unwucht
minimiert wird, wenn sich die Trommel dreht.
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Bevorzugt überwacht,
während langsamer Drehung der Trommel, in der die Ladung
innerhalb der Trommel umherfällt, der digitale Prozessor
das Unwuchtsensiermittel auf einen ersten Zustand, und beschleunigt,
beim Erfassen des ersten Zustands, die Trommel sofort auf eine höhere
Geschwindigkeit, worin die Ladung zentrifugal gegen die Trommel
gehalten wird.
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Bevorzugt
ist der Prozessor mit Software programmiert, die bewirkt, dass die
folgenden Schritte ausgeführt werden:
- (a)
Anregen des Antriebsmittels, um die Trommel mit einer ersten vorbestimmten
Drehzahl zu drehen, wodurch die Ladung umherfällt;
- (b) Überwachen des Unwuchtsensiermittels;
- (c) Kontinuierliches Bestimmen von einem oder mehreren charakteristischen
Indices der Eingabe von dem Unwuchtsensiermittel; und
- (d) Bestimmen des Vorhandenseins des ersten Zustands durch Vergleichen
der Indices mit einem ersten Kriterium.
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Bevorzugt
ist das erste Kriterium voreingestellt.
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Bevorzugt überwacht
der Prozessor das Unwuchtsensiermittel nach der Beschleunigung der Trommel
auf die zweite Geschwindigkeit, und wenn die Eingabe von dem Sensiermittel
angibt, dass die Unwucht größer als ein vorbestimmter
Schwellenwert ist, dann erlaubt der Prozessor, dass die Trommel
auf die erste Geschwindigkeit verzögert und danach die
Beschleunigungsphase wieder ausgeführt wird.
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Bevorzugt
ist der Prozessor programmiert, um den Zyklus des Ausführens
der Beschleunigungsphase und des Erfassens der Unwucht bei der zweiten
Geschwindigkeit zu wiederholen, bis die Unwucht bei der zweiten
Geschwindigkeit kleiner als ein Schwellenwert ist.
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Bevorzugt
wird der Schwellenwert voreingestellt, aber wird gemäß einem
wiederholten Fehler aufwärts modifiziert, um einen Wert
unterhalb des Schwellenwerts zu erreichen.
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Bevorzugt
ist der digitale Prozessor programmiert, um den Zyklus zu stoppen,
wenn der Schwellenwert innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von
Zyklen oder innerhalb einer vorbestimmten Zeit nicht erreicht wird,
und ist programmiert, um danach einen Schleuderbetrieb innerhalb
der Grenzen seiner Möglichkeit, die unausgewuchtete Ladung
zu handhaben, auszuführen.
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Bevorzugt
sensiert das Unwuchtsensiermittel vertikale Kräfte auf
die Trommel, wobei zumindest eine Komponente der Eingaben von dem
Umwuchtsensiermittel die vertikalen Kräfte die Trommel
repräsentiert, und der Prozessor programmiert ist, um innerhalb
einer einzigen Umdrehung der Trommel bei der ersten Geschwindigkeit
zu erkennen, dass während der gesamten Drehperiode die
Kräfte, die durch das Umherfallen der Ladung in der Trommel
erzeugt werden, gleichmäßig verteilt werden.
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Bevorzugt
ist der Prozessor programmiert, um ein Maß der Verteilung
der Kräfte für ein Bewegungszeitfenster zu berechnen,
das jederzeit der unmittelbar vorangehenden Umdrehung der Trommel entspricht.
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Man
kann auch sagen, dass die Erfindung breithin in den Teilen, Elementen
und Merkmalen besteht, auf die in der Beschreibung der Anmeldung
Bezug genommen wird oder die darin angegeben sind, einzeln oder
gemeinsam, und beliebigen oder allen Kombinationen von beliebigen
zwei oder mehr der Teile, Elemente oder Merkmale, und wobei die
hierin erwähnte spezifische Ganzheiten, die in der Technik bekannte Äquivalente
haben, auf welche sich diese Erfindung bezieht, solche bekannten Äquivalente
als hierin aufgenommen betrachtet werden, als ob sie einzeln angegeben
wären.
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Die
Erfindung steht in dem Vorstehenden und basiert auf Konstruktionen,
von denen nachfolgend Beispiele angegeben sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nun
wird eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung in Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Darstellung des Konzepts der statischen Uwucht.
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2 ist
eine Darstellung des Konzepts der dynamischen Unwucht.
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3 ist
eine weggeschnittene Perspektivansicht einer Waschmaschine gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei der Ausschnitt die Maschine im Wesentlichen
im Querschnitt zeigt.
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4 ist
eine Montagezeichnung in Perspektivansicht der Waschmaschine von 3,
welche verschiedene Hauptteile zeigt, zur Bildung der Maschine zusammenformt.
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5 ist
eine Darstellung der Trommellagerbefestigung.
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6 ist
eine Darstellung der Trommel, die die Ausgleichskammern und Sensoren
zeigt.
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7 ist
eine thematische Darstellung der Flüssigkeitszufuhr und
elektrischen Systeme der Waschmaschine von 3.
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8 ist
ein Wellenverlaufsdiagramm, das Beispiele von Ausgangswellenverläufen
von den Vibrationssensoren angibt.
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9 ist
eine Graphik, welche die Gewichtungskurven zeigt.
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10 ist
eine Darstellung des Entscheidungsprozesses in Bezug auf das Füllen
der Ausgleichskammern.
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11 ist
ein Flussdiagramm, das den Unwuchtdetektionsalgorithmus zeigt.
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12 ist
ein Flussdiagramm, das den Auswuchtkorrekturalgorithmus zeigt.
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14 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführung des „Verteilungs-
und Test”-Algorithmus zeigt.
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15 ist
ein Flussdiagramm, das eine Alternative des „Verteilungs-
und Test”-Algorithmus zeigt.
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16 ist
eine diagrammartige Darstellung einer Waschladung innerhalb einer
Drehtrommel.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung wird primär in Bezug auf eine Wäschewaschmaschine
beschrieben, die gemäß unserer PCT-Anmeldung
WO 00/39382 konstruiert
ist, obwohl viele der Prinzipien gleichermaßen auch auf
Wäschetrockenmaschinen anwendbar sind, welche aktive Auswuchtungssysteme
enthalten, welche auf die Trommel wirkende Unwuchtkräfte
sensieren. Die
3 und
4 zeigen
eine Waschmaschine vom Horizontalachsentyp, die mit einer perforierten
Trommel
11, deren Achse im Wesentlichen horizontal gelagert
ist. In der bevorzugten Anordnung ist die Trommel in einer Seite-an-Seite-Orientierung
innerhalb eines Gehäuses angeordnet und hat durch die Seitenwand
der Trommel Zugang.
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Das
Gehäuse 12 enthält Oberflächen,
welche die Trommel verlassende Wasch- oder Spülflüssigkeit
innerhalb einer wasserdichten Hülle einfassen. Einige Teile
der Gehäusestruktur 12 können gemeinsam
mit den Flüssigkeitseinfassungsoberflächen gebildet
werden, z. B. durch doppellagige Thermoformung. Alternativ kann
die Trommel auch in einem von der Gehäusestruktur separaten
Behälter umschlossen sein. Der Behälter kann,
in Bezug auf die Gehäusestruktur, im Wesentlichen starr angebracht
sein.
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Das
Gehäuse kann eine geschlossene Struktur sein, die für
eine einzelstehende Umgebung geeignet ist, oder ein offenes Rahmenwerk,
das in einem Hohlraum in einem Küchen- oder Wäscheschrank
installiert werden kann.
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Das
Wäschebehandlungssystem, das die Trommel und andere Komponenten
enthält, ist bevorzugt in einer Obenlader-Konfiguration
angeordnet. In
3 ist die horizontal gelagerte
Trommel
11 innerhalb eines im Wesentlichen rechteckigen
Gehäuses
12 aufgenommen, mit einem Zugang, der über
einen angelenkten Deckel
14 an der Oberseite der Maschine
vorgesehen ist. Andere Obenlader-Horizontalachsen-Konfigurationen
sind in unserem
US-Patent 6363756 beschrieben,
deren Inhalte unter Bezugnahme hierdurch aufgenommen werden. Es können
auch andere Horizontalachsen-Konfigurationen verwendet werden, wie
etwa Frontlader-Ausführungen. In diesem letzteren Fall
ist die Trommel typischerweise auslegerartig an Lagern gelagert,
die an zwei Stellen auf einer Welle angeordnet sind, die sich von
einem Ende her erstreckt.
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In
der dargestellten Anordnung ist die Trommel 11 an jedem
Ende mit Lagern 15 drehbar gelagert, welche wiederum jeweils
an einem auf einer Trommelstütze 16 abgestützt
sind. In der dargestellten Ausführung sind die Lager außen
auf einer Welle 19 angeordnet, die von dem Nabenbereich 20 der Trommelenden 21, 22 vorstehen.
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Andere
axiale Konfigurationen sind gleichermaßen möglich,
wobei z. B. die Lager innerhalb einer Bohrung in der Außenfläche
des Nabenbereichs der Trommel angeordnet sein können, zur
Anordnung auf einer Welle, die von der Trommelstütze vorsteht.
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Die
Trommelstützen 16 sind jeweils als basisgestützte
Einheit gezeigt. Die Trommelstützen können eine
integrierte Form haben, was wiederum ideal für die Herstellung
durch Doppellagen-Thermoformung, Spritzguss, Blasformung oder dergleichen geeignet
ist, oder z. B. durch Pressen oder Balken aus Stahlblech hergestellt
werden können. Jede Trommelstütze enthält
bevorzugt ein Versteifungsrippenbereich 23, und einen Trommelaufnahmelochbereich 25,
wie dargestellt, um die jeweiligen Trommelenden 21, 22 der
Trommel 1 aufzunehmen.
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Die
dargestellten Trommelstützen 16 stehen mit einer
Unterstruktur in Eingriff, durch Verkopplung innerhalb komplementärer
Oberfächen, die in Seitenwänden 27, 28 vorgesehen
sind. Es sind auch andere Konstruktionen möglich, wie etwa
Rahmenwerke, die aus einzelnen Elementen gebildet sind, oder die Trommelstütze
könnte auch eine Wascheinfassung aufweisen, die im Wesentlichen
die Trommel umschließt und die wiederum in dem Gehäuse
gelagert ist. Die Wascheinfassung kann an jedem Ende Lagerbefestigungen
enthalten. Die Wascheinfassung kann auf einer Basis des Gehäuses
fest abgestützt sein, ohne dass eine Federung erforderlich
ist, und ohne eine Bewegung zwischen dem Trog und dem Gehäuse
benachbart Benutzerzugangsöffnung zu benötigen.
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Die
dargestellten Trommelstützen 16 enthalten jeweils
eine Lagertragbohrung in der Mitte des Bohrungsbereichs 25.
Eine Lagerbefestigung 29 ist innerhalb der Lagertragbohrung
angeordnet, und das Lager 25 sitzt wiederum innerhalb einer
Nabe der Lagerbefestigung 29.
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Diese
strukturellen Details sind nur eine illustrative Ausführung
und stellen nicht Teile der vorliegenden Erfindung dar. Z. B. könnten
die Lager oder Wellen auch in der Wand eines Behälters
angebracht sein, der die Trommel im Wesentlichen umgibt.
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In
der dargestellten Ausführung der Waschmaschine, wie im
näheren Detail in den 3 und 4 gezeigt,
umfasst die Trommel 11 einen perforierten Metallmantel 30,
ein Paar von Enden 21, 22, die die Enden der Hülle 30 umschließt,
um eine im Wesentlichen zylindrische Kammer zu bilden, sowie ein
paar von Flügeln 31, die sich zwischen den Trommelenden 21, 22 erstrecken.
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In
der dargestellten Ausführung der Waschmaschine wird die
Trommel nur von einem Ende 21 her angetrieben, und demzufolge
ist es eine Funktion der Flügel 31, das Drehmoment
auf das nicht angetriebene Trommelende 22 zu übertragen.
Die Flügel sorgen auch für eine Längssteifigkeit
der Trommelbaugruppe 11. Hierzu sind die Flügel 30 breit
und flach, obwohl sie eine ausreichende Tiefe und innere Verstärkung
haben, um Widerstand gegen Verformung aufgrund ausgewuchteter dynamischer
Lasten zu liefern. Die Flügel 30 haben eine bestimmte
Form, einschließlich einem Vorder- und einen Hinterhang, um
das Umherfallen der Waschlast zu unterstützen. Die Flügel 30 sind
in Drehrichtung entgegengesetzt orientiert, so dass unter der Drehung
in der Richtung ein Flügel vorwärts läuft
und der andere rückwärts.
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Diese
Trommelstruktur ist nur illustrativ und stellt nicht Teil der vorliegenden
Erfindung dar. Z. B. kann die Trommel auch aus mehreren perforierten Stahlabschnitten
aufgebaut werden, die an einem Rahmenwerk gesichert sind, das einen
Teil der Trommelenden wie eine Anzahl von Querrippen enthält, die
sich zwischen den Enden erstrecken.
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In
der dargestellten Ausführung der Waschmaschine, die die
Erfindung verkörpert, erhält man Zugang zum Innenraum
der Trommel 11 durch einen Schiebedeckelabschnitt 33 in
der zylindrischen Wand 30 der Trommel. Der Deckelabschnitt
ist durch einen Sperrmechanismus 34, 35, 36, 37, 38 verbunden,
so dass er während des Betriebs verschlossen bleibt. Das
Gehäuse 12 der Waschmaschine ist so ausgebildet,
dass es im Wesentlichen nach Art eines Oberladers Zugang zur Trommel 11 bietet,
an Stelle der traditionellen Frontladeart, die bei Horizontalachsen-Maschinen
weiter verbreitet ist, wo der Zugang durch ein Ende der Trommel
her erfolgt.
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Diese
Anordnung ist nur illustrativ. Das vorliegende Auswuchtungssystem
wurde auch mit anderen Öffnungskonfigurationen verwendet,
wie etwa Frontlader, oder wie in unserem
US-Patent 6363756 umrissen.
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Die
allgemeine Konfiguration eines Waschsteuerungssystems wird in Bezug
auf die 4 und 7 beschrieben.
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Die
Waschmaschine enthält einen Elektromotor
701 (Rotor
39 und
Stator
40, in
4 sichtbar), um eine Drehung
der Trommel während allen Betriebsphasen zu bewirken (Waschen,
Spülen und Schleudertrocknen). In der bevorzugten Ausführung der
Waschmaschine ist der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor
mit Direktantrieb und elektronischer Innen-Außenkommutation.
Der Motor hat einen Permanentmagnetrotor
39, der mit einem
Ende
21 der Trommel
11 gekoppelt ist, sowie einen
Stator
40, der mit der Trommelstütze
16 gekoppelt
ist. Der Rotor kann direkt an der Trommel gesichert sein, oder kann
alternativ an einer der Tragwellen gesichert sein. Diese Optionen
sind auch im Falle einer Frontlademaschine verfügbar, die
die vorliegende Erfindung verkörpert. Ein geeigneter Motor
ist in
EP 0361775 beschrieben
und in vielen anderen Patenten, die sich mit Motorantriebsystemen
für Waschmaschinen befassen.
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Ein
Wasserzuführzystem führt der Wäscheladung
Waschwasser zu. Das Wasserzuführsystem kann von herkömmlicher
Bauart sein, das Wasser einem Sumpf zuführt, um einen Pegel
zu erreichen, bei dem der untere Abschnitt der rotierenden Trommel
in die Waschflüssigkeit eingetaucht ist. Das System kann
Ventile 401 enthalten, die dem Sumpf durch ausgewählte
Kammern eines durch Strömungsverteiler 403 Wasser
zuführen. Alternativ oder zusätzlich kann Waschflüssigkeit
durch eine Wasserpumpe 307 von einem Sumpf 405 umgewälzt
werden, zu direkten Einwirkung auf die Kleidung, die in die Trommel geladen
ist. Z. B. durch Sprühen aus Düsen in den Trommelenden.
In der dargestellten Ausführung erfordert dies einen Flüssigkeitszuführweg
zu der rotierenden Trommel, z. B. durch eine hohle Lagerwelle. In
einer Frontladerausführung könnte eine Sprühdüse
an der stationären Struktur angebracht sein, die die offene
Front verschließt.
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Das
Wasserzuführsystem umfasst allgemein einen Wasserzuführhahn
zum Erhalt einer Wasserzufuhr an der Maschine, ein Strömungssteuerventil, das
zumindest für einen Ein- und Ausbetrieb in der Lage ist,
und erforderliche Zuführleitungen innerhalb der Maschine.
Die Waschmaschine kann für Warm- oder Heißwaschbetriebsweisen
ausgelegt sein, wobei in diesem Fall ein Heißwasseraufnahmehahn
und ein Ventil enthalten sein können, oder ein Heizer 705 enthalten
sein kann, z. B. in der Pumpe, um das Wasser im Sumpf oder im Umlauf
in der Maschine zu erhitzen.
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Eine
Ablaufpumpe 703 ist unter der Pumpe vorgesehen, um Wasser
aus dem Waschsumpf aufzunehmen und das gesammelte Wasser zu einem Ablaufrohr
zu pumpen. Die Ablaufpumpe 703 kann zugleich auch als Waschpumpe
zur Wasserumwälzung dienen, wenn enthalten.
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Ein
Motorcontroller erhält Eingaben von einem Positionssensor 52.
Der Positionssensor kann benachbart dem Motor angeordnet sein, z.
B. eine Hallsensorplatine, die vorbeilaufende Permanentmagnetpole
sensiert, oder ein geeigneter Codierer. Alternativ kann der Positionssensor
unter Verwendung der elektromotorischen Gegenkraft oder Stromerfassung
oder beides, in Bezug auf die Motorwicklungen. Der Positionssensor
kann Software des Controllers aufweisen, die die Rückkopplung
vom Motor analysiert. Der Motorcontroller erzeugt Motorantriebssignale
zum Aktivieren von Kommutationsschaltern zu selektieren, um an die
Wicklungen des Motors selektiv Strom anzulegen. Der Motorcontroller
antwortet auf die Anweisung von einer Hauptsteuerung zum Erhöhen
oder verringern des Motordrehmoments. Die Hauptsteuerung kann auf
dem gleichen Controller Software ausgeführt oder kann in
einem gesonderten Controller ausgeführt werden. Der Motorcontroller kann
das Motordrehmoment steuern, indem er effektiven Antriebsstrom erhöht
oder verringert oder indem er den Phasenwinkel zur angelegten Stroms
relativ zur Rotorposition ändert, oder beides.
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Es
ist eine Benutzerschnittstelle 24 vorgesehen, die es dem
Benutzer erlaubt, die Funktionen und dem Betrieb der Maschine zu
steuern. Der Steuermikroprozessor ist mit einem Schnittstellenmodul versehen
und liefert eine elektronische Steuerung über dem Betrieb
der Maschine, einschließlich den Betrieb des Motors, der
Wasserzuführventile, der Umwälz- und/oder Ablaufpumpe,
und ein etwaiges Wasserheizelement.
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Die
beschriebenen Steuerungen können als Software implementiert
werden, die auf einem oder mehreren Mikrocomputer basierenden Controllern ausgeführt
wird, oder als Logikschaltungen, die in programmierbare Logikhardware
geladen ist, oder als festverdrahtete Logik oder elektronische Schaltungen
oder beliebige Kombinationen von diesen, oder andere äquivalente
Technologien.
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Auswuchtsystem
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In
der vorliegenden Erfindung werden die Kräfte, die während
schneller Drehung der Trommel 11, z. B. während
der Schleudertrocknung hervorgerufene Unwuchten entstehen, durch
ein dynamisch gesteuertes/geregeltes Auswuchtsystem minimiert.
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Eine
Ansammlung von Sensoren liefert Ausgaben an einen Controller. Der
Controller bearbeitet diese Sensorausgaben zur Berechnung von Unwuchtdaten,
die wiederum benutzt werden, Auswuchtkorrekturmaßnahmen
zu ergreifen.
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In
einer Ausführung ist jede Lagerbefestigung konfiguriert,
dass sie einen vertikal wirkenden Kraftsensor enthält,
der die vertikale Stütze auf dem Lager sensiert. Befestigung
enthält bevorzugt auch einen Beschleunigungssensor, der
eine vertikale Beschleunigung der Lagerbefestigung sensiert.
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Auswuchtkorrekturmaßnamen
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In
der bevorzugten Implementierung erfolgt die Zugabe von Gegenwuchtmassen
durch die Zugabe von Wasser zu einer oder mehreren der sechs Ausgleichskammern 43, 46, 47, 80, 81, 82,
die in der Trommel angeordnet sind, wie in 6 gezeigt.
Dort sind alle drei Kammern an jedem Ende mit 120°-Abstand
angeordnet und am äußersten Trommelende 21, 22 angeordnet.
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Das
Auswuchtsystem ist im näheren Detail in 7 dargestellt.
Ausgabe von den Lastzellen und Beschleunigungsmessern wird zuerst
durch Filter 50 geleitet, vor einer Verbindung mit den
Eingängen eines Mikroprozessors 51, der wiederum
aufgabenspezifisch sein kann oder der Hauptsteuerprozessor für
die Waschmaschine sein kann. Die verschiedenen Algorithmen (im Detail
später), die in dem Mikroprozessor 51 programmiert
sind, geben Schleuderbefehle (z. B. die beschleunigen/verlangsamen)
an die Motorgeschwindigkeitssteuerung sowie Auswuchtkorrekturen
(z. B. Öffnen/Schließen des Ventils 54)
an den Ventiltreiber 53. Der Motorcontroller 52 wird
wiederum seine Anregung der Motorwicklungen so verändern,
dass sie dem Schleuderbefehl folgen. Der Ventiltreiber 53 wird
das geeignete Auswuchtventil 54 öffnen oder schließen,
das erlaubt, dass Wasser durch den Injektor 44 in den relevanten Schlitz 45 fließt,
woraufhin es zu der geeigneten Kammer kanalisiert wird. Bevorzugt
steuert der Ventiltreiber 53 auch die Wasserströmungsrate.
Z. B. könnte der Ventiltreiber eine hohe oder niedrige
Strömungsventilrate wählen oder einen Druckregler
ansteuern.
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Auswuchtkorrekturprozess
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Um
eine Unwucht zu korrigieren, ist es notwendig, künstlich
gleiche und entgegengesetzte statische und dynamische Unwuchten
hinzuzufügen. Um eine statische Unwucht hinzuzufügen,
braucht man nur einen gewissen Massebetrag an einem bestimmten Radius
und Drehwinkel (oder ”Phasen”-Winkel) hinzuzufügen,
der effektiv den gleichen Ort entlang der Schleuderachse wie der
Schwerpunkt (CoG) hat. Um jedoch eine dynamische Auswucht hinzuzufügen,
erfordert es, effektiv eine gleiche und entgegengesetzte Kompensation
an zwei Stellen entlang der Schleuderachse hinzuzufügen, mit
gleichem Abstand an jeder Seite des Schwerpunkts. Das Endergebnis
ist, dass sowohl statische als auch dynamische Unwuchten korrigiert
werden können, indem an zwei separaten Orten entlang der Schleuderachse
zwei unabhängige Massen (beide können am gleichen
Radius sein) an zwei unabhängigen Phasenwinkeln hinzugefügt
werden.
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Unwuchtdaten
erhält man durch Messen entweder von Beschleunigung, Geschwindigkeit,
Kraft oder Verlagerung an zwei unabhängigen Stellen an dem
Schwingungssystem. Diese Messungen werden bearbeitet, um einen Vektor
für jedes Ende zu berechnen, das die Unwuchtkraft repräsentiert,
die nominell an jedem axialen Gegengewichtsort wirkt. Dieser Vektor
stellt keine Rohsignaldaten von den Kraftsensoren dar, sondern ist
auf Kräfte hin kompensiert worden, die von der Bewegung
der Lagerträger her resultieren.
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Da
die nominale Unwuchtkraft (Betrags und Phasenwinkel) an jeder der
zwei Orte berechnet wird, steuert ein anderer Prozess die Zugabe
einer Korrekturmasse, um die Unwucht zu korrigieren.
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Sensoren
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Das
Auswuchtsystem der bevorzugten Ausführung verwendet elektrische
Signale, die durch Lastzellen in den Lagerträgern und von
zugeordneten Beschleunigungsmessern erzeugt werden, um das Anlegen
einer Gegenausgleichsmasse zu steuern.
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In
der bevorzugten Ausführung ist ein Paar von Lastzellen 42,
jeweils eine an jedem Ende der Welle 1, angeordnet, wie
in 4 gezeigt.
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Die
Lastzelle kann kleine Verlagerungen in einem sehr steifen elastisch
verformenden Trägersystem messen. Ein Dehnungssensor, der
für diese Anwendung geeignet ist, ist die Piezoscheibe.
Dieser Sensortyp erzeugt ein großes Ausgangssignal und wird
durch RFI (Funkfrequenzstörung) nicht signifikant beeinflusst.
Die Figur zeigt ein Beispiel eines möglichen Lagerträgers.
Dieser Lagerträger enthält zwei konzentrische
zylindrische Ringe 46, 47, wie in 5 dargestellt.
Ein Paar von Lastbrücken 40, 41 ist jeweils
an der Ober- und Unterseite des Innenrings 47 sowie mit
entgegengesetzten Teilen des Innenumfangs des Außenrings 46 verbunden.
Eine Piezoscheibe 42 ist an die Lastbrücke an
der Seite geklebt, die zum Außenring weist. Die Last von
der Trommel wird durch ein im Innenring 47 angebrachtes
Lager 15, durch die Lastbrücken 48 und
die Lastzelle 42 in den Außenring 46 und
hinaus in die externe Struktur übertragen. Es versteht
sich, dass sich in dieser Weise die Lastbrücken entsprechend
etwaigen vertikalen Kräften im Umlauf der Trommel biegen und
sich daher die Piezoscheibe verformt und ein Signal liefern, das
die Unwuchtkraft repräsentiert.
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Die
Lastbrücken dienen dazu, sich unter angelegten vertikalen
Kräften elastisch vorhersehbar zu verbiegen, allerdings
nur durch kleine aktuelle Verlagerungen. Z. B. sollte die vertikale
Verlagerung des Lagers relativ zur festen Struktur weniger als 10
mm sein. Die Piezoscheibe hat in Bezug auf die angelegte Kraft eine
bestimmte Antwort. Da die Unwuchtkraft proportional zum Quadrat
der Trommelgeschwindigkeit ist und die Antwortmagnitude des Sensors
typischerweise proportional zur Kraft ist, ist die Beziehung zwischen
der Sensorausgabe und der Geschwindigkeit der Trommel kubisch. Jedoch
kann die Trägergeometrie eine nicht lineare Relation zwischen der
Kraft und Verlagerung aufzeigen. Jedenfalls kann der Controller
so programmiert werden, dass er die Sensorausgabe in ein Kraftmaß,
entsprechend einer Formel umwandelt, die die Drehzahl berücksichtigt.
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Steueralgorithmen
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In
der bevorzugten Ausführung ist die Aufgabe des Schleuderns
während der Auswuchtung in zwei Teilaufgaben oder -algorithmen
unterteilt:
Unwuchtdetektionsalgorithmus (IDA)
Auswuchtkorrekturalgorithmus
(BCA)
Schleuderalgorithmus (SA)
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Der
Unwuchtdetektionsalgorithmus (IDA) (in 11 gezeigt)
befasst sich lediglich der Erfassung von unwuchtbezogenen Daten
und ist in die Motorsteuerroutine eingebettet. Diese Funktion ist
immer dann aktiv, wenn der Motor dreht und berechnet Unwuchtvektordaten.
Ein bevorzugter Algorithmus ist in 11 dargestellt.
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Der
Schleuderalgorithmus (SA) befasst sich mit der Ausführung
des angefragten Schleuderprofils. Der Schleuderalgorithmus erhöht
die Geschwindigkeit rampenartig gemäß dem angeforderten
Profil und dem von der IDA bestimmten Vibrationspegel. Ein bevorzugter
Algorithmus ist in 13 dargestellt.
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Der
Auswuchtsteueralgorithmus (BCA) ist zu Zeiten aktiv, die von dem
Schleuderalgorithmus bestimmt werden, und befasst sich mit der Korrektur
einer etwaigen Unwucht, die der IDA bestimmt hat. Der BCA berücksichtigt
zeitabhängige Verhalten sowohl der Maschine als auch des
IDA. Der BCA ist immer dann aktiv, wenn die Drehzahl der Maschine
dazu ausreicht, dass die Last auf die Wänder der Trommel verteilt
wird und angenommen wird, dass sie oberhalb von angenährt
150 UpM ausreichend gleichmäßig verteilt ist.
Ein bevorzugter Algorithmus ist in 12 dargestellt.
-
Gesamtsteuerstrategie – SA
-
In
dem Ausführungsbeispiel wird die gesamte Steuerung über
den Schleuderprozess als Schleuderalgorithmus SA bezeichnet. Er
beginnt mit der Trommelgeschwindigkeit bei Null, und sperrt den BCA.
Seine erste Aufgabe ist es, die Waschladung besser zu verteilen,
um den Beginn des Schleuderns zu erlauben. Wenn bei sehr niedriger
Schleudergeschwindigkeit die Vibration unterhalb des Anfangschwellenwerts
liegt, wird erlaubt, dass sie mit der minimalen BCA-Geschwindigkeit
beschleunigt, an welchem Punkt der BCA freigegeben wird. Wenn die Vibration
nicht unterhalb des Schwellenwerts liegt, wird mehrmals eine Umverteilung
versucht, bevor gestoppt wird und eine Fehlermeldung angezeigt wird. Sobald
der BCA einen Sollwert der Schleudergeschwindigkeit erreicht hat,
wird erlaubt, dass das Schleudern für die gewünschte
Dauer fortgesetzt wird, wonach die Trommel gestoppt wird, die Ventile geschlossen
werden und der BCA gesperrt wird.
-
Dynamische Steuerung und der
BCA
-
In
der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein dynamisches
Steuerverfahren verwendet. Dies ist nicht mit der statischen und
dynamischen Unwucht zu verwechseln, wie zuvor erläutert. Die
dynamische Steuerung bezieht sich lediglich auf die Eigenschaft
der Steuermethodik. Die alternative Steuermethodik ist ”statisch”.
Ein statisches Steuerverfahren nutzt nicht oder hält keine
Daten zum zeitabhängigen Verhalten seines Zielsystems.
Im Ergebnis wird das Verfahren als ”Einzelschuss”-Versuch ausgeführt,
um das Gleichgewicht wieder herzustellen, und es muss erlaubt werden,
dass eine ausreichende Zeit nach jeder Ausführung abläuft,
so dass das System, vor der nächsten Ausführung,
zu einem Dauerzustand (steady state) zurückkehrt. Das dynamische
Steuerverfahren sagt das zeitabhängige Verhalten des Systems
voraus und korrigiert, durch Speichern der zuletzt vergangenen Aktionen,
das System kontinuierlich, auch während das System in einer Übergangsreaktion
ist.
-
Der
Hauptvorteil der bevorzugten dynamische Steuerung ist, dass die
Steuer/Regelschleife Diskrepanzen ausjustieren kann, wann immer
sie erscheinen, anstatt darauf zu warten, dass die nächste Ausführungszeit
wiederkommt. Bei Systemen mit einer langsam Zeitreaktion ist dies
ein beträchtlicher Vorteil. Damit der Controller effizient
arbeitet, wird er gemäß einer Schätzung
der zeitabhängigen Reaktion des Zielsystems programmiert.
Jedoch braucht dies nur grob angenähert werden. Der dynamische Controller
läuft bevorzugt auf einer schnellen Entscheidungsschleife.
Rauschen auf den Eingangsparametern könnte in der Durchführung
von vielen kleinen Korrekturen resultieren, die vollständig
unnötig sind. Aus diesem Grund enthält das bevorzugte
Programm einen minimalen Schwellenwertkorrekturpegel, bevor eine
Korrektur durchgeführt wird.
-
Die
Hauptquellen des zeitabhängigen Verhaltens enthalten:
- • Wenn eine plötzliche Änderung
im Auswuchtzustand der Maschine gegeben ist, wird es eine Verzögerung
von einigen Umdrehungen geben, bis der Dauerzustand der Vibration
erreicht ist.
- • Um eine plötzliche Schwankung in der Sensorausgabe
zu kompensieren, wird auf die Lastzellendatenerfassung ein Vergessfaktorfilter
angewendet, aber dies bedeutet, dass die aufgemittelten Daten eine
Anzahl von Umdrehungen benötigen, um auf einen neuen Vibrationszustand
zu reagieren.
-
Die Änderung
im Auswuchtzustand der Maschine ist niemals plötzlich;
Z. B. fordert die Wasserzugabe etwa von 0,1 bis 60 Sekunden, bis
sie stattfindet und sich stabilisiert.
-
Die
Wasserextraktion von der Ladung bedeutet, dass sich der Auswuchtzustand
der Maschine ziemlich schnell ändern kann, wenn die Schleuderdrehzahl
zunimmt.
-
Wenn
der Schleuderzyklus der Maschine in etwa drei Minuten von 100 auf
1000 UpM beschleunigen soll, dann wird die Maschine über
die Dauer der Periode ziemlich sicher in einem Zustand der Übergangsreaktion
sein. Der vorliegende Controller ist in der Lage, auf Änderungen
im Wuchtungszustand der Maschine zu reagieren, ohne dass die Maschine
jemals in einen Dauerzustand (steady state condition) ist.
-
Für
die dynamische Steuerung wird der vorliegende Controller mit einer
Annäherung des zeitabhängigen Verhaltens der Maschine
programmiert. Der Controller wird programmiert, um vergangene Ausgleichszugaben
zu berücksichtigen, wenn er entscheidet, welche Korrekturen,
falls erforderlich, implementiert werden sollen. Für jede
Wasserkammer kann die Summe einer geeignet gewichteten vergangenen
Historie der Wasserzugabe als ”Warteeffekt” betrachtet
werden. Das Steuerprogramm sagt voraus, dass sich der Effekt einer
gewissen Menge von hinzugefügtem Wasser immer auf die Signale
durchschlägt. Um dies zu kompensieren, subtrahiert der Controller
einen geschätzten ”Warteeffekt” von dem gegenwärtigen
Unwuchtvektor, bei der Bestimmung, welche Ventil ein- und welche
ausgeschaltet werden sollten.
-
Um
dies zu implementieren, erhält der Controller eine Aufzeichnung
der zuletzt vergangenen Aktionen. Die erforderliche Historie ist
von der Maschinenmechanik, den Sensoren und dem Unwuchtberechnungsalgorithmus
abhängig. Bei der hier beschriebenen Konfiguration verfolgt
der Controller z. B. zumindest die letzten 10 Sekunden der Aktivität. Bevorzugt
zeichnet der Controller die gegenwärtige Aktion jede Sekunde
auf. Dies wäre jedes mal dann, wenn die Steuerschleife
ausgeführt wird, oder die Steuerschleife könnte
viel schneller ausgeführt werden und die Aktualisierung
könnte häufiger sein, jedoch größer
in der Zahl.
-
Der
Controller könnte bei jedem Schleifenzyklus eine Serie
von Datenpunkten aufzeichnen, die sich auf die eingeschalteten Ventile
beziehen, sowie auf eine Tabelle von Wichtungswerten. Wenn wir diese
Punktezahl N nennen, dann erfordert es, um die Historie von sechs
Steuerausgangskanälen mit N Punkten aufzuzeichnen, 6 N
Datenpunkte. Um dann den Effekt dieser Historie zu berechnen, erfordert dies
6 N Multiplikationen. Eine Vereinfachung wäre es, die bevorzugte Wichtungskurve 60 mit
einer ”Tabellen” Kurve 61 anzunähern,
wie in 9 gezeigt. Dies eliminiert dann das Erfordernis
nach einer gespeicherten Welle von Wichtungswerten und reduziert
die 6 N Multiplikationen auf 6 N Additionen.
-
Eine
alternative Ausführung verwendet eine negative exponentielle
Wichtungskurve 62, wie sie auch in 9 gezeigt
ist. Für jeden Wassersteuerkanal wird dies durch eine ”Warteeffekt”-Variable
implementiert. Jedes Mal, wenn die Steuerschleife ausgeführt
wird, wird die Warteeffektvariable mit einem bestimmten Faktor multipliziert,
und es wird zu der Variablen ein Inkrementwert addiert, wenn das
Wassersteuerventil für diesen Kanal während der
letzten Schleife eingeschaltet war. Diese Implementierung erfordert
nur sechs Multiplikationen und sechs Additionen bei jeder Ausführung
der Steuerschleife.
-
Der
Faktor ist ein Vergessfaktor und ist ein Wert zwischen Null und
eins. Z. B. könnte dies der Effekt von hinzugefügtem
Ausgleichswasser sein, der sich in der berechneten Unwucht widerspiegelt.
Niedrigere Faktoren indizieren eine schnelle Reaktion. Um zu vermeiden,
dass man unterschiedliche Vergessfaktoren in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit benötigt, könnte dieser
Teil der Steuerschleife auf Drehzahlbasis ausgeführt werden.
Dies wird erreicht durch Ausführung eines Wuchtungssteuercode
einmal pro Umdrehung bei diesem Ansatz, direkt nach der Datenerfassung,
und eines Konversionscodes. Alle Wassermengen werden im Hinblick
auf die Drehzahlen der gegenwärtigen Geschwindigkeit, anstelle der
Zeit, berechnet, aber dies ist eine einfache Sache darin, dass sich
der Magnituden-Kalibrierfaktor linear mit der Drehzahl ändert.
-
Wenn
die für ein Ende berechnete Unwuchtlast direkt entgegengesetzt
zu einer der Kammern an diesem Ende ist, dann wird die Datenerfassungsroutine
diese Kammer als jene identifizieren, die primär Wasser
benötigt. Jedoch könnte der Algorithmus auch bestimmen,
dass auch eine der anderen Kammern eine geringe Wassermenge benötigt.
-
Diese
zweite Wasseranforderung könnte viel kleiner sein als die
andere. Wenn die Auswuchtsteuerroutine diese sekundären
kleinen Wasseranforderungen dann über eine relativ lange
Zeitperiode des Ansprechens der primären Kammer sowie auch
die primären Kammeranforderungen anspricht, wird der Controller
auch allmählich die anderen Kammern füllen. Dies
würde etwas von dem Wasser negieren, das in die primäre
Kammer geht, und weniger Freiraum für weitere Wuchtungskorrekturen
belassen. Dementsprechend spricht, in der bevorzugten Ausführung,
der Wuchtungscontroller zwei Kammern an einem Ende nicht auf einmal
an.
-
Der
bevorzugte Controller ist programmiert, um dieses Problem anzusprechen,
indem er die maximale Wasseranforderung von den sechs Kammern identifiziert
und dann einen dynamische ”Rausch” Schwellenwert
setzt, der gleich der Hälfte dieses Wasserwerts ist. Ein
Beispiel hiervon ist in 10 dargestellt.
In diesem Beispiel stellt für jede Kammer die linke Säule
die gegenwärtige Anforderung dar, die sich direkt aus der
gegenwärtigen Unwucht ergibt. Der mittlere Balken bezeichnet
den gegenwärtigen Warteeffekt für diese Kammer.
Die rechte Säule bezeichnet einen Wert, der gegenwärtig
angefordert ist, ohne den dynamischen Rausch-Schwellenwert (die Hälfte
der größten gegenwärtigen Anforderung), ohne
den Warteeffekt. Somit ist im Beispiel der gegenwärtig
angeforderte Wert 70 gleich 7. Dies geschieht auch für
den höchsten angeforderten Wert über die Kammern
hinweg, so dass der dynamische Rausch-Schwellenwert als 3,5 gesetzt
wird (0,5 × 7). Der Warteeffekt-Wert 71 für
die Kammer 5 ist 2. Die Resultierende 72 ist 1,5
(7 – 3,5 – 2). Eine ähnliche Berechnung
ist für die anderen Kammern ersichtlich, die einen gegenwärtigen
Anforderungswert zeigen. Hiervon hat nur die Kammer 2 ein
Resultat. Nach dieser Berechnung wird ein Ventil nur dann aktiviert, wenn
das Resultat für die Kammer oberhalb eines weiteren Schwellenwerts
liegt. Dieser Schwellenwert bezieht sich auf die Wassermenge, die
vor der Iteration der nächsten Schleife zugeführt
werden würde. Unser bevorzugter Controller führt
eine Magnitudenkalibrierung ein, indem dieser Schwellenwert proportional
zur Trommelgeschwindigkeit justiert wird.
-
Ein
kleiner Hysteriesebetrag ist nützlich, um Wiederholungen
von kurzen Ventilaktivierungen zu verhindern. Dies könnte
erreicht werden durch Anwendung der obigen Kriterien zur Entscheidung, wann
an Ventil eingeschaltet werden soll, aber unter Verwendung unterschiedlicher
Kriterien, wenn entschieden wird, wann das Ventil wieder ausgeschaltet werden
soll. In dem bevorzugten Steuerprogramm sind die Aus-Kriterien vorwärts
gerichtet: Ein Wasserventil wird ausgeschaltet, sobald seine berechnete gegenwärtige
Anforderung weniger ist als das Ventil seines variablen Warteeffekts.
Mit anderen Worten, sobald das Ventil eingeschaltet ist, wird es
nicht ausgeschaltet, bis seine Kammeranforderungen angesprochen
sind, obwohl andere Ventile zwischenzeitlich ein- und ausgeschaltet
werden können.
-
Dynamische Wuchtung – BCA
-
Im
näheren Detail beginnt der in 12 gezeigte
Auswuchtkorrekturalgorithmus mit der Kalibrierung der Phaseninformation
aus dem IDA. Der Schritt der Vektorrotation ist optional von der
verwendeten Methode abgängig (eine Alternative ist es,
an die Sinustabelle einen Offset anzulegen). Danach werden die Vektoren
normalisiert und es werden Unwuchtvektoren berechnet. Wenn das Freigabeflag wahr
ist und der Betrag Magnitude der Vektoren unter einer vordefinierten
kritischen Grenze liegt, beginnt der Entscheidungsdurchführungsprozess.
Zuerst wird der Betrag der Unwuchtvektoren mit einer Anzahl von
Schwellenwerten verglichen, um zu prüfen, ob eine Erhöhung
der Trommelgeschwindigkeit möglich ist. Dann wird in Abhängigkeit
vom Betrag der Unwuchtvektoren eine Grobkorrektur ermöglicht (niedrige
oder hohe Strömungsrate an den Ventilen). Die Warteeffektwerte
werden aktualisiert, um aktive Werte für den jüngsten
Zyklus widerzuspiegeln, und zusammen mit der gegenwärtigen
Auswuchtanforderungsvektorinformation und dem Status jedes Ventils wird
eine Entscheidung getroffen, ob jedes Ventil geöffnet oder
geschlossen werden soll. Wenn dann das Trommelgeschwindigkeitstiefhalte-Flag
nicht freigegeben ist, d. h. die Beschleunigung erlaubt wird, und die
Geschwindigkeit gegenwärtig nicht auf dem gewünschten
Sollpegel liegt, wird erlaubt, dass die Trommelgeschwindigkeit auf
den Sollwert hin erhöht wird. An diesem Punkt schleift
der BCA zum Start und beginnt eine andere Iteration, mit effektiver
kontinuierlicher Korrektur und Beschleunigung, bis sie die Sollgeschwindigkeit
erreicht.
-
Signalanalyse – IDA
Prozess
-
Um
die Unwucht in der Ladung zu bestimmen, berechnet der IDA den Betrag
(Magnitude) und den Phasenwinkel der Sinuskomponente einmal pro Umdrehung
in jedem der Signale. Unglücklicherweise sieht das Signal
nicht wie ein klarer Sinoid aus, sondern ist wegen struktureller
Nichtlinearitäten in der Maschine sowie Funkfrequenzstörung
(RFI) unordentlich. Das Controllerprogramm bestimmt die Komponente
einmal pro Umdrehung oder ”Grundkomponente” durch
digitales Abtasten des Signals und Verwendung der diskreten Fouriertransformationstechnik.
Die bevorzugte Implementierung berechnet nicht die gesamte Transformation
sondern nur die Grundkomponente. Z. B. kann dies erfolgen, indem jeder
der Signaldatenpunkte mit einem Wert einer Kosinuswelle (der Trommeldrehfrequenz)
bei der äquivalenten Phasenwinkelverzögerung nach
einer Drehfrequenzmarkierung multipliziert wird, jedes dieser Ergebnisse über
eine gesamte Umdrehung aufsummiert wird, und dann durch die Anzahl
der Ergebnisse dividiert wird. Dies ergibt eine (z. B. die X-Achsen)-Komponente
des resultierenden Vektors. Die imaginäre (oder Y)-Komponente
erhält man mittels der gleichen Technik, aber durch Verwendung
von Sinuswellenwerten anstatt von Kosinuswellenwerten. Die resultierenden
Werte kann man dann in eine polare Form umwandeln, was die Magnitude
und den Phasenwinkel der Grundkomponente in dem Signal relativ zu
der Referenzmarkierung ergibt.
-
Das
Programm kann dann jedes bekannte Verfahren verwenden, um die Magnitude
und Phase der Grundkomponente der Sensordaten herzuleiten. Das beschriebene
Beispiel ist nur eine häufige Technik.
-
Um
in der bevorzugten Ausführung einen Treppeneffekt zu verhindern,
läuft das Eingangssignal durch einen Analogfilter, vor
dem Prozess zum Beseitigen von Frequenzkomponenten, die höher sind
als die Hälfte der Abtastfrequenz.
-
Die
diskrete Fourieranalyse ist vorwärtsgerichtet, wenn die
Abtastung mittels einer festen Anzahl von Abtastzahlen pro Umdrehung
ausgeführt wird, anstatt bei einer festen Frequenz. Dies
erfordert Drehpositionsdaten, die in dieser Anwendung von dem Motorcontroller
zur Verfügung gestellt werden. In der bevorzugten Ausführung
tastet der Controller eine Anzahl von Punkten pro Umdrehung ab,
die exakt in die Anzahl von Kommutationen vom Motor ausgeführter
Umdrehung unterteilt ist. Die Sinuswerte für die Positionen
werden als Tabelle (die ”Sinustablle” genannt)
gespeichert. Das Programm fragt die Kosinuswerte von der gleichen
Tabelle ab, durch Vorwärtsversatz um ein Viertel der Anzahl
von Abtastungen pro Periode.
-
Es
ist nützlich, eine vernünftige Anzahl von Abtastpunkten
pro Umdrehung zu haben, so dass die Anzahl der Oberschwingungen,
die auf die Grundkomponente aufgelagert sind, gut jenseits der Sperrfrequenz
des Tiefpassfilters liegen. Bevorzugt ist die Anzahl der Abtastpunkte
zumindest 12, um eine zuverlässige Abtastung bei Geschwindigkeiten
oberhalb von 200 UpM zu erhalten. Bevorzugt gibt es eine gerade
Anzahl von Punkten pro Umdrehung für die Abtastung, so
dass die Sinustabelle perfekt symmetrisch ist – die positive
Sequenz und die negative Sequenz sind, abgesehen von ihrem Vorzeichen,
identisch. Dies stellt sicher, dass der DC Offset am Eingangssignal
k einen Einfluss auf die Grundkomponente hat. 8 stellt
das Signal nach der Filterung 57 sowie die extrahierte
Grundkomponente 58 dar.
-
Alternativ
kann, wenn ein ausreichend leistungsfähiger Mikroprozessor verfügbar
ist, dann durch Maximierung seiner Datenerfassungsfähigkeiten
das Rauschproblem weiter reduziert werden. Dies würde bedeuten,
dass, anstelle der festen Abtastung auf pro-Umdrehung-Basis, dies
auf einer Festfrequenzbasis – mit einer höheren
Rate – wäre. Die Sinus- und Kosinuswerte könnten
entweder berechnet oder aus einer Tabelle interpoliert werden, was
die Berechnung stark vereinfacht.
-
Sobald
die Grundkomponente jedes der Quellensignale erhalten ist, wird
diese unvermeidlich eine gewisse Rauschkomponente enthalten. Aufeinanderfolgende
Messungen werden noch immer eine gewisse Varianz haben. Um dies
zu minimieren, ist die bevorzugte Signalquelle akkurat, sauber und
hat eine lineare Reaktion. Das Programm verwendet bevorzugt Aufmittelungstechniken,
um etwaiges Restrauschen zu berücksichtigen.
-
In
der bevorzugten Ausführung ist der Steuerprozessor programmiert,
um einen ”Vergessfaktor” zu implementieren. Jedes
Mal, wenn eine neue Messung erfasst wird, ist ein neuer Mittelwert
gleich einem Prozentsatz des alten aufgemittelten Werts plus einem
Kehrwertprozentsatz der neuen Messung. Z. B. wird mit einem Vergessfaktor
von 0,3, 0,3 des alten Mittelwerts subtrahiert und durch 0,3 der
neuen Messung ersetzt. Diese Form der Aufmittlung ist für eine
mikroprozessorbasierende Anwendung geeignet, da sie in Bezug sowohl
auf Speicherplatz als auch auf Prozessorzeit billig ist.
-
Der
Hauptnachteil dieser Aufmittlung der Messungen ist es, dass die
Reaktionszeit der Unwuchtdetektion reduziert wird. Das aufgemittelte
Ergebnis enthält verschiedene Messungen, um das Rauschen
zu reduzieren. Je niedriger der Vergessfaktor ist, desto mehr erinnert
sich der aufgemittelte Wert an die vergangenen Messungen, und um
stabiler ist der Wert, wobei aber langsamer auf eine Änderung
in der Maschinenvibration anspricht.
-
Die
Unwucht einer Ladung ändert sich, wenn Wasser extrahiert
wird, so dass die Auswuchtung über eine längere
Periode erreicht werden muss. Daher glauben wir nicht, dass man
in der Lage sein muss, auf einen ”Schlag” eine
perfekte Wuchtung zu erhalten.
-
In
der beschriebenen Ausführung werden die Messdaten bearbeitet,
um Vektoren in einem kartesianischen Format (x & y) zu erhalten, wohingegen die möglichen
Wuchtungsreaktionen im polaren Format sind (Magnitude & Phase). Während
es möglich sein könnte, eine Formatkonversion
herkömmlich auszuführen, verwendet das bevorzugte
Steuerprogramm einen effizienteren Ansatz. Die Phasen der Reaktion werden
direkt in die diskrete Fouriertechnik als Offsets von jeder ganzen
Anzahl von Punkten eingebaut, unter Bezug auf die Tabelle von Sinuswerten. Diese
Offsets werden justiert, wenn sich die Maschinengeschwindigkeit ändert,
zur Phasenwinkelkalibrierung. Alternativ kann die Phasenkalibrierung
mittels einer Rotationsmatrix ausgeführt werden, die auf die
berechneten Vektoren einwirkt, ohne dass irgendein Offset auf die
Sinustabelle angewendet wird. Die Magnitudenkalibrierung wird jedoch
in der dynamischen Steuerroutine später ausgeführt.
-
Nach
Erhalt eines Unwuchtvektors an jedem Ende der Trommel berechnet
der IDA, wieviel Wasser jede Kammer an jedem Ende benötigt.
Die Kammern der bevorzugten Ausführung haben einen Abstand
von 120°. Die Maschine könnte vier Kammern an
jedem Ende mit 90° Abstand enthalten (d. h. orthogonal
wie die x- und y-Achsen), und dann würden es diese x- und
y-Komponenten sein, die bereits in der Fouriertransformation berechnet
wurden. Jedoch würde dies vier Kammern in jedes Ende und
somit zwei Wassersteuerventile sowie zugeordnete Treiber mehr benötigen,
als erforderlich. In der bevorzugten Ausführung berechnet
der Steuerprozessor die Projektion des Signalvektors auf Achsen,
die 120°-Abstand haben, die gleichen wie die Kammern.
-
Die
beschriebene Fouriertechnik verwendet Sinus- und Kosinuswellen und
verläuft zur Extraktion der orthogonalen x- und y-Projektionen.
Dies folgt ziemlich natürlich aus der Tatsache, dass eine
Kosinuswelle eine Sinuswelle ist, die um 90° verschoben worden
ist. Um die Signalvektoren in Projektionen aufzutrennen, die den
120° Abstand haben, führt das Steuerprogramm eine ähnliche
Berechnung aus, die den Kosinuswellenverlauf durch einen Sinuswellenverlauf
ersetzt, der um 120° verschoben worden ist.
-
Die
phasenkalibrierten Signale repräsentieren nun die Projektion
der Unwucht auf die ersten zwei Kammern. Das Steuerprogramm findet
die Projektion der Unwucht auf die dritte Kammer unter Verwendung
der Vektoridentität, die die Summe der drei Vektoren gleichen
Betrags ist, und alle 120° Abstände gleich Null
sein müssen. Daher muss die Summe aller drei Projektionen
Null sein, und die Projektion auf die dritte Kammer ist die negative
Summe der Projektionen auf die ersten zwei Kammern. Durch Addieren
einer halben Umdrehung zu den Reaktions-Phasenwinkeln werden die
drei erhaltenen Werte so gemacht, dass sie die Projektion des erforderlichen
wiederherstellenden Wasserausgleichs zu jeder Auswuchtkammer repräsentieren.
-
Schließlich
wird zumindest eine dieser drei Projektionen negativ, was repräsentiert,
das Wasser von dieser Kammer entfernt werden muss. Dies kann nicht
mit unserem gegenwärtigen Auswuchtsystem gemacht werden,
und daher addiert stattdessen das Steuerprogramm eine Konstante
zu allen drei Zahlen, so dass die negativste Zahl zu Null wird und
die anderen zwei positiv werden.
-
Alternativ
könnte das Steuerprozessorprogramm annehmen, dass die Kammer,
deren Winkelerstreckung den Auswuchtvektor enthält (oder
dem Unwuchtvektor am nächsten ist) kein Wasser erhält. Die
Korrekturvektoren für die anderen zwei Kammern sollten
dann zu dem Unwuchtvektor addiert werden, so dass sie Null ergeben.
-
Es
wird angenommen, dass die Richtung dieser Vektoren radial zur Mitte des
jeweiligen Auswuchtkammerbogens ist. Die Beträge der Vektoren werden
durch Trigonometrie leicht berechnet.
-
Berechnung der Unwuchtkraft
-
Insofern
haben wir nicht im Detail beschrieben, wie der Steuerprozessor die
Unwuchtkraft aus dem Kraftsensor-Eingaben berechnet, kompensiert auf
die Maschinenbewegung und die Trommelpräzession.
-
Das
Ersatzfedersystem, das die Schleudertrommel 100, den Maschinenrahmen 102 und
die Referenzoberfläche repräsentiert, ist in 14 gezeigt. Die
erste Feder 106 zwischen der Schleudertrommel 100 und
dem Maschinenrahmen 102 repräsentiert effektiv
die Elastizität der Lastbrücke, die den Lagerträger
mit dem Trommelträger oder Rahmen der Waschmaschine verbindet.
Die Brücke bildet auch die Basis der Lastzelle, die die
Kräfte zwischen der Trommel und dem Rahmen der Waschmaschine misst.
Die zweite Federkomponente 108 repräsentiert in
diesem Fall die Elastizität der Trägerfläche,
z. B. flexiblen hölzernen Bodenbrettern, und den Maschinenrahmen.
Die zweite Feder 108 ist komplex und enthält eine
Dämpfkomponente 110.
-
In
der bevorzugten Ausführung der Erfindung misst die Sensorpackung
die Beschleunigung oder Verlagerung der Trommel 100 an
jedem Ende relativ zur Referenzfläche 104. Z.
B. ist ein Beschleunigungsmesser 112 mit entweder einem
nicht drehenden Teil des Lagers selbst oder mit einem benachbarten
Abschnitt der Lastzellenbrücke verbunden. Dieser Beschleunigungsmesser
misst an jedem Ende die Beschleunigungen in einer zur Trommelachse
senkrechten vertikalen Ebene.
-
Unser
US-Patent 6477867 beschreibt
ein Auswuchtsystem, das praktisch implementierbar ist und bis zu
moderaten Geschwindigkeiten akzeptabel arbeitet, z. B. bis zu 1000
UpM. Der gesamte Inhalt der
US
6477867 wird hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen.
-
Vorgeschlagene
aktive Systeme unterscheiden sich von Lernsystemen darin, dass sie
ein vorbestimmtes Modell des Arbeitskraftsystems implementieren.
Kraft- und Beschleunigungsdaten werden als Eingaben einem dieses
Modell implementierenden Algorithmus zugeführt. Das Modell
gleicht Wuchtungsvektoren oder empfohlene Wuchtungskorrekturdaten
aus.
-
Das
am höchsten entwickelte herkömmliche aktive System
für Waschmaschinen ist das, das in der
US 6477867 offenbart ist. Das dort
implementierte Basismodell verwendet einen Kraftsensor an jedem
Trommelende. Das Modell bestimmt die Unwuchtkraft für jedes
Ende als den Drehvektor des Kraftsensoreingangswellenverlaufs, der
der Trommeldrehung synchronisiert.
-
Der
vollständigere Modus, der in
US 6477867 beschrieben
ist, verwendet einen zusätzlichen Beschleunigungsmesser
an jedem Trommelende. Der Beschleunigungsmesser wirkt auf die gleiche Achse
wie der Kraftsensor die Bewegung der Tragstruktur unmittelbar benachbart
der Lagerachse der Trommel misst. Das Modell korrigiert die Unwuchtberechnung,
indem es die direkten Kräften subtrahiert, die von der
bewegenden Tragstruktur einwirken.
-
Die
vorliegende Erfindung verwendet diese Unwuchtdaten oder Rohkraftdaten,
um Entscheidungen in einem frühen Teil des Schleuderzyklus
zu treffen. Diese Entscheidung erhöht die Wahrscheinlichkeit,
dass zu Beginn der Schleuderphase die Ladung gut verteilt ist.
-
Vorteile
-
Die
Vorteile für die Waschmaschine, die das aktive Auswuchtsystem
verwendet sind:
- • Kräfte
aufgrund von Unwucht werden vor der Lagermontage eliminiert. Somit
werden die strukturellen Anforderungen reduziert, was ermöglicht, dass
weniger und/oder billigeres Material verwendet wird.
- • Die Federung, die verschleißt und altert,
erübrigt sich.
- • Waschzylinder-Spielräume sind reduziert,
was es möglich macht, die Beladungskapazitäten
einer Maschine von Standardgröße zu vergrößern.
- • Die Komplexität des Türöffnungsmechanismus wird
auch reduziert, weil sie nicht mehr an Höhenänderungen
an einer Federung angepasst sein muss.
- • Immer ruhiges glattgängiges Schleudern.
-
Verteilungs- und Testprozedur
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung enthält der Schleuderzyklus eine
Verteilungs- und Testprozedur, die die Auswahl eines geeigneten
Moments zum Erhöhen der Trommel (Geschwindigkeit) von einer
Umherfallgeschwindigkeit beinhaltet.
-
Bei
Umherfallgeschwindigkeit wird eine Ladung in der Trommel während
einer gesamten Trommelumdrehung durch zentrifugale Kräfte
nicht an den Trommelseiten gehalten, und unterliegt daher einer Umherfallbewegung.
Wenn Die Trommelgeschwindigkeit auf langsames Schleudern (Zentrifugalgeschwindigkeit)
erhöht wird, liegt die Kleidung und Zentrifugalkräfte
werden während der gesamten Umdrehung der Trommel an der
Trommel an. Die Kriterien zum Auswählen eines geeigneten
Moments, um die Beschleunigung von einer Umherfallgeschwindigkeit
auf langsames Schleudern zu beginnen, wird bevorzugt zu einem erhöhten
Anteil von ”ausgeglichenen” Lastverteilungen zu ”unausgeglichenen” Lastverteilungen
führen, im Vergleich zum gleichen Verhältnis für
zufällig begonnene Beschleunigungen. Der ”Verteilungs-
und Test”-Algorithmus wird daher vor dem Auswuchtkorrekturalgorithmus
durchgeführt, um die Größe der Unwucht
zu reduzieren, die kompensiert werden muss.
-
In
Bezug auf 16 ist eine allgemeine Umherfallaktion
einer Kleidungsbeladung innerhalb der Trommel dargestellt. Die Trommel 180 dreht
sich in Gegenuhrzeigerrichtung, wie mit dem Fall 182 angegeben.
Die Kleidungsbeladung durch den ansteigenden Seitenwandabschnitt 186 aufwärts
mitgenommen, wie mit dem Pfeil 187 angegeben. Die Umherfallgeschwindigkeit
reicht aus, um während der gesamten Umdrehung die Kleidung
an der Trommeloberfläche zu halten, und die Kleidung fällt
von dem Oberseitenabschnitt 188 der Trommel hinunter, wie mit
dem Pfeil 189 angegeben.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, eine Umherfallgeschwindigkeit
auszuwählen, bei der die Kleidung eine Umwälzumherfallwirkung
unterliegt, die sich für eine Mehrzahl von vollen Trommelumdrehungen
fortsetzt. Jedoch ist die Dauer dieses Umherfallwirkung ungewiss,
und es hat sich herausgestellt, dass sie innerhalb eines Anteils
einer Trommelumdrehung ohne Warnung von gleichmäßigem
oder verteiltem Umherfallen zu einem verklumpten Umherfallen degeneriert.
Bei gleichmäßigem oder verteiltem Umherfallen
kann man annehmen, dass die Kleidung allgemein einen Umfangsabschnitt eines
Zylinders belegt und über diesen gesamten Abschnitt gleichmäßig
verteilt ist. Bei der verklumpten Formation besteht die Tendenz,
dass sich die Kleidung zusammen fast oder in einer einzelnen Masse sammelt.
Scheinbar ohne Warnung kann die Beladung von dieser verklumpten
Formation zu der verteilten Formation gelangen.
-
Es
hat sich auch herausgestellt, dass dann, wenn die Trommel rasch
beschleunigt, beginnend zu einem Moment, wenn die Kleidungsbeladung
in der gleichmäßigen Umherfallformation ist, eine
stark vergrößerte Chance besteht, dass die Beladung
gleichmäßig verteilt wird, wenn die Trommel die
Zentrifugalgeschwindigkeit erreicht. Dies wird nicht immer erreicht,
da die Beladung auch während dieser kurzen Beschleunigungsperiode
zum verklumpten Zustand zurückzukehren kann (gewöhnlich
weniger als eine Einzelumdrehung der Trommel). Es scheint möglich zu
sein, dass die Beschleunigung der Trommel ein gewisses Ansammeln
des plötzlich herabfallenden Anteils der Ladung bewirkt,
wenn die Trommel beschleunigt. Nichtsdestoweniger gibt die beginnende Beschleunigung,
wenn die Kleidung gleichmäßig umherfällt,
einen höheren Anteil von positiven Ergebnissen, als der
Beginn zu einem zufälligen Moment.
-
Das
Folgende beschreibt zwei Ausführungen eines Lastverteilungsalgorithmus
zum Erhöhen der Wahrscheinlichkeit, eine gleichmäßiger
verteilte Beladung zu erzielen, wenn die Zentrifugalgeschwindigkeit
erreicht wird. Diese Ausführungen variieren in ihrer Effizienz,
sind aber für unterschiedliche Betriebszustände
und Waschmaschinenvorrichtungen geeignet.
-
In
einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird
ein Algorithmus vorgesehen, der für eine Maschine geeignet
ist, die in der Lage ist, quantitative Unwuchtdaten direkt bereitzustellen.
Diese Ausführung der vorliegenden Erfindung ist nützlich, wo
die Maschine in der Lage ist, eine Unwucht der Trommel direkt zu
messen. Diese Daten können dann direkt dazu benutzt werden,
einen geeigneten Moment zur Beschleunigung der Trommel zu bestimmen.
-
In
Bezug auf 14 ist ein ”Verteilungs-
und Test”-Algorithmus gemäß einer ersten
Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Schritt 170 lässt
der Controller anfänglich die Trommel bei Umherfallgeschwindigkeit
laufen, und in Schritt 171 bewacht der Controller Unwuchtdaten.
In Schritt 172 errechnet der Controller kontinuierlich
einen Unwuchtfaktor aus den Unwuchtdaten entsprechend den letzten
360° der Drehung nach Art eines ”bewegenden Fensters”.
-
In
Schritt 173 vergleicht der Controller den in Schritt 172 berechneten
Unwuchtfaktor mit einem Schwellenwert. Wenn der Unwuchtfaktor nicht
innerhalb der gewünschten Grenzen liegt und die Prozedur
für weniger als die maximal gewünschte Zeit gelaufen
ist (Schritt 176), dann schleift der Controller in Schritt 175 zu
Schritt 172 zurück. Wenn der Unwuchtfaktor innerhalb
der Grenzen entsprechend einer geeignet verteilten Last liegt, beschleunigt
der Controller sofort (Schritt 174) die Trommel auf Zentrifugal- oder
niedrige Schleudergeschwindigkeit, z. B. 150 UpM. Bei niedriger
Schleudergeschwindigkeit wird die Ladung durch Zentrifugalkräfte
an den Trommelseiten gehalten und ist relativ zur Trommel zumindest angenähert
stationär.
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Nachdem
die Trommel auf niedrige Schleudergeschwindigkeit beschleunigt ist,
wird Schritt 177 vom Controller ein zweiter Unwuchtfaktor
errechnet, für zumindest 360° Drehung der Trommel.
Dieser Schritt ist notwendig, um sicherzustellen, dass sich während
der Beschleunigung von der Umherfallgeschwindigkeit auf niedrige
Schleudergeschwindigkeit die Beladung nicht umverteilt hat. In Schritt 178 vergleicht
der Controller den in Schritt 177 berechneten Unwuchtfaktor
mit einem Schwellenwert. Wenn der Unwuchtfaktor nicht innerhalb
der gewünschten Grenzen liegt, nachdem die Trommel beschleunigt worden
ist, dann kehrt der Controller zum Start der ”Verteilungs-
und Test”-Prozedur in Schritt 190 zurück
und reduziert die Trommelgeschwindigkeit hinunter zur Umherfallgeschwindigkeit.
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Alternativ
könnte das Rückschleifen zum Start auch einen
Schritt 191 beinhalten, um den Schwellenwert zu justieren.
Dieser optionale Schritt 191 ist in 14 mit
einem gepunkteten Kasten gezeigt. Dieser zusätzliche Schritt
kann implementiert werden, um die Kriterien für nachfolgende
Versuche zu verändern, die Waschbeladung zu verteilen,
nachdem vorangehende ”Verteilungs- und Test”-Versuche fehlschlugen.
Wie jeder nachfolgende Versuch, die Ladung auszugleichen, könnte
das Ergebnis gegenüber einem höheren Schwellenwert
testen, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Ausgangs zu erhöhen.
Der an die Erhöhung des Schwellenwerts erlaubt, dass die
Vor-Auswuchtungsroutine einen geeigneten Kompromiss zwischen optimaler
Wuchtung und der zeigt, die optimale Wuchtung zu erreichen, zu bekommen.
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Wenn
der in Schritt 177 berechnete Unwuchtfaktor innerhalb der
gewünschten Grenzen liegt, dann setzt der Controller die
geeigneten Variablen und gibt sie zur nächsten Routine
vor Beendigung der ”Verteilungs- und Test-”Prozedur
in Schritt 179.
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Die ”Verteilungs-
und Test-”Prozedur kann auch die maximale Zeitgrenze enthalten.
Wenn die ”Verteilungs- und Test-”Prozedur innerhalb
einer vorbestimmten Zeitgrenze keine ausreichend gleichmäßige
Lastverteilung erzeugen kann (Schritt 176), kann die Prozedur
ein Flag setzen (192), um anzuzeigen, dass die Prozedur
nicht erfolgreich war, bevor die Prozedur endet.
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In
einer zweiten Ausführung ist ein Algorithmus vorgesehen,
der für eine Maschine geeignet ist, die quantitative Daten
bereitstellt, die vertikale Kräfte wiederspiegeln, die
auf die Trommel wirken. Diese Ausführung der vorliegenden
Erfindung ist in Maschinen geeignet, wo Unwuchtdaten nicht direkt
zu Verfügung stehen, aber wo einige Kraftdaten verfügbar sind.
Einige Komponenten der Kraftdaten sprechen allgemein den Stößen
von einzelnen Gegenständen der Waschladung auf die Unterseite
der Trommel, wenn sie von der Oberseite herabfallen. Es hat sich herausgestellt,
dass, so lange die Kraftsensoren eine signifikante Komponente ihrer
Antwort haben die von Kräften in der vertikalen Richtung
herkommt, dann die Stöße dektiert und effizient
benutzt werden können, um einen Faktor zu errechnen, der
die Gleichmäßigkeit der Waschladungsverteilung
der gesamten Trommel repräsentiert.
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In
Bezug auf 15 ist ein Algorithmus gemäß der
zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In Schritt 195 läuft die Trommel anfänglich
mit Umherfallgeschwindigkeit, wobei der Controller in Schritt 196 die
Ausgabe von verschiedenen Lastsensoren überwacht. In Schritt 197 berechnet
der Controller einen Gleichmäßigkeitsfaktor für die
letzten 360° Umdrehung der Trommel, der die Wuchtung/Unwuchtung
der Waschladung innerhalb der Trommel repräsentiert. Die
Gleichmäßigkeitsfaktorberechnung ist eine Berechnung
vom Typ mit kontinuierlichem ”bewegenden Fenster”.
In Schritt 198 vergleicht der Controller den in Schritt 197 berechneten
Gleichmäßigkeitsfaktor mit einem Schwellenwert. Wenn
der Gleichmäßigkeitsfaktor nicht innerhalb geeigneter
Grenzen liegt und die maximal abgelaufene Zeit nicht erreicht worden
ist (Schritt 200), schleift der Controller in Schritt 199 zurück
zu Schritt 197. Nach dem Rückschleifen lässt
der Controller die Trommel weiter mit Umherfallgeschwindigkeit laufen
und aktualisiert den Gleichmäßigkeitsfaktor für
die letzte Drehung (Schritt 197).
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Wenn
der in Schritt 197 berechnete Gleichmäßigkeitsfaktor
innerhalb der geeigneten Grenzen liegt, beschleunigt der Controller
in Schritt 201 sofort die Trommel auf niedrige Schleudergeschwindigkeit. Bei
niedriger Schleudergeschwindigkeit wird die Ladung durch Zentrifugalkräfte
an den Trommelseiten gehalten.
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Nachdem
die Trommel auf ihre niedrige Sollschleuderdrehzahl beschleunigt
ist, berechnet der Controller (in Schritt 202) einen Gleichmäßigkeitsfaktor
für die letzten 360° der Trommeldrehung. Dieser Schritt
dient zur Bestimmung, ob die Last umverteilt wurde und während
der Beschleunigung der Trommel ungleichmäßig geworden
ist. In Schritt 203 vergleicht der Controller den in Schritt 202 berechneten Gleichmäßigkeitsfaktor
mit einem Schwellenwert. Wenn der Unwuchtfaktor innerhalb akzeptabler Grenzen
liegt, betrachtet der Controller die ”Verteilungs- und
Test”-Routine als erfolgreich, liefert geeignete Variablen
zur Verwendung im nächsten Algorithmus und beendet die
Verteilungs- und Trestprozedur. Nach der erfolgreichen Ausführung
des ”Verteilungs- und Test”-Algorithmus wird der
nächste Schritt des in 13 dargestellten
Schleuderzyklus eingeleitet.
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Wenn
der in Schritt 202 berechnete Ungleichmäßigkeitsfaktor
nicht innerhalb geeigneter Grenzen liegt, kehrt der Controller zum
Beginn des Algorthmus in Schritt 204 zurück, wo
die Trommel mit Umherfallgeschwindigkeit läuft (Schritt 195),
und versucht die ”Verteilungs- und Test”-Routine
erneut.
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Alternativ
könnte das Rückschleifen zum Start auch einen
Schritt 206 enthalten, um den Schwellenwert zu justieren.
Dieser optionale Schritt 206 ist in 15 mit
einem gepunkteten Kasten gezeichnet. Dieser zusätzliche
Schritt kann implementiert werden, um die Kriterien für
nachfolgende Versuche zu verändern, die Waschladung zu
verteilen, nachdem vorherige ”Verteilungs- und Test”-Versuche fehlgeschlagen
sind. Jeder nachfolgende Versuch, die Ladung auszugleichen, kann
das Ergebnis gegenüber einem höheren Schwellenwert
testen, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Ausgangs zu
erhöhen. Der Anstieg der Schwellenwerte erlaubt es, dass
die Vorauswuchtroutine einen geeigneten Kompromiss zwischen optimaler
Wuchtung und der Zeit, die optimale Wuchtung zu erhalten, zu bekommen.
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Die ”Verteilungs-
und Test”-Prozedur kann auch eine maximale Zeitgrenze enthalten.
Wenn die ”Verteilungs- und Test”-Prozedur keine
ausreichend gleichmäßige Lastverteilung innerhalb
einer vorbestimmten Zeitgrenze erzeugen kann (Schritt 200), kann
die Prozedur einen Flag setzen (Schritt 205), um anzuzeigen,
dass die Prozedur nicht erfolgreich war, bevor die Prozedur endet.
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Während
die voranbeschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung
einen Faktor berechnen, der die Uniformität oder Gleichmäßigkeit der
Waschladung für einen Schwellenwerttest repräsentiert,
wird auch avisiert, dass viele andere Wucht/Unwucht-Detektionsverfahren
verwendet werden könnten. Mit der vorliegenden Erfindung
wird jedes Verfahren angewendet, wo Information, die die Wuchtung
der Trommel und der Waschbeladung repräsentiert, mit einem
geeigneten Schwellenwert verglichen werden kann. Ferner gibt es,
wie die zweite bevorzugte Ausführung, andere Wege, Stöße
von Waschgegenständen, die während des Umherfallens herunterfallen,
zu detektieren. Z. B. erzeugen vor allem die Gegenstände
ein Schlappgeräusch, wenn sie auftreffen. Ein über
der Trommel angebrachter Schallwandler könnte geeignet
sein, um an den Prozessor eine Ausgabe zu liefern. Diese Ausgabe
wird das Rauschen der Waschladung auf einen ziemlich konstanten
oder periodischen Hintergrundrauschen enthalten. Die Analyse der
Ausgabe erlaubt es, die Gleichmäßigkeit der umherfallenden
Ladung zu detektieren.
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In
den zuvor beschriebenen ”Verteilungs- und Test”-Algorithmen
wird ein Faktor, der ein Maß der ”Gleichmäßigkeit” repräsentiert,
berechnet, während sich die Trommel bei Umherfallgeschwindigkeit dreht,
und wird erneut nach der Beschleunigung der Trommel auf Zentrifugalgeschwindigkeit
berechnet, um zu Prüfen, ob sich die Waschladung während
der Beschleunigung umverteilt. Es wird avisiert, dass die zwei Schritte
des Vergleichens eines Maßes der Trommelunwucht mit einem
Schwellenwert unterschiedliche Verfahren anwenden könnten.
Z. B. könnte der Schwellenwertpegel unterschiedlich sein, könnte
der Typ der von den Sensoren enthaltenen Eingangsdaten unterschiedlich
sein und könnte auch das Verfahren der Berechnung des ”Gleichmäßigkeits”-Faktors
unterschiedlich sein. Die Auswahl des geeigneten Verfahrens kann
von den Daten abhängig sein, die von einer bestimmten Waschmaschinenkonfiguration
verfügbar sind, oder können ausgewählt
werden, um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen.
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Zusammenfassung
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Eine
Waschvorrichtung umfasst eine perforierte drehbare Trommel zum Schleuderentwässern einer
nassen Textilladung, einen Elektromotor zum Erzeugen einer Beschleunigungskraft,
die im Gebrauch eine Drehung der Trommel bewirkt, Lastsensoren zum
Detektieren einer statischen dynamischen Unwucht bei der Drehung
der Trommel, und einen Controller, der Eingaben von den Lastsensoren
erhält und programmiert ist, um in einer Beschleunigungsphase
den Elektromotor so anzuregen, dass die Ladung innerhalb der Trommel
gleichmäßig verteilt und hierdurch eine etwaige
statische oder dynamische Unwucht minimiert wird, wenn sich die
Trommel dreht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5280600 [0005]
- - EP 856604 [0005]
- - WO 00/39382 [0006, 0037]
- - US 6363756 [0040, 0051]
- - EP 0361775 [0053]
- - US 6477867 [0113, 0113, 0115, 0116]