DE19718321C1 - Process for balancing rotating bodies - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten von rotierenden Körpern unter Verwen dung einer Vorrichtung, bestehend aus mindestens einer mit dem Körper umlaufenden, kon zentrisch zu seiner Rotationsachse angeordneten kreisringförmigen Laufbahn, innerhalb der mindestens zwei Gewichte frei beweglich angeordnet sind.The invention relates to a method for balancing rotating bodies using dung of a device consisting of at least one rotating with the body, con centrically arranged to its axis of rotation, annular raceway, within the at least two weights are freely movable.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 640 192 B1 bekannt. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Kugelauswuchter, bei dem innerhalb der Laufbahn Kugeln frei beweglich angeordnet sind.Such a device is known for example from EP 0 640 192 B1. This is what it is about is a so-called ball balancer, in which balls are released within the track are movably arranged.
Der Nachteil eines Kugelauswuchters besteht darin, daß er seine kompensatorische Wirkung erst oberhalb der Resonanzfrequenz bzw. kritischen Drehzahl des Systems entfaltet, in dem der rotierende Körper gelagert ist (s. bspw. Kellenberger: Elastisches Wuchten; Springer Verlag; S. 402f). Im unterkritischen Drehzahlbereich wird die vorhandene Unwucht sogar verstärkt. Deshalb liegt das Hauptanwendungsgebiet eines automatischen Kugelauswuchters bei schnell rotierenden Maschinen mit einer konstanten Drehzahl oberhalb aller auftretenden Resonanzfrequenzen. Es besteht jedoch der Wunsch, den automatischen Kugelauswuchter beispielsweise auch beim Schleuderhochlauf eines Waschautomaten mit horizontaler Rotationsachse zu nutzen. Dabei sollen sowohl die Amplituden im eingeschwungenen überkritischen Zustand als auch beim Durchfahren durch die Resonanzen reduziert werden.The disadvantage of a ball balancer is that it has a compensatory effect only unfolded above the resonance frequency or critical speed of the system in which the rotating body is supported (see e.g. Kellenberger: elastic balancing; springer Publishing company; P. 402f). In the subcritical speed range, the existing unbalance is even reinforced. Therefore, the main area of application for an automatic ball balancer is in fast rotating machines with a constant speed above all occurring Resonance frequencies. However, there is a desire to use the automatic ball balancer for example, when a washing machine with a horizontal spin-up Use axis of rotation. Both the amplitudes in the steady state supercritical state as well as when driving through the resonances can be reduced.
Aus der EP 0 349 798 B1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Schleudervorgangs bei Wasch maschinen bekannt, bei dem die Trommel aus einer festen, zuvor ermitttelten Position der Unwucht heraus beschleunigt wird. Dieses Verfahren soll zur Verringerung von unwucht bedingten Auslenkungen des schwingenden Systems der Waschmaschine, jedoch nicht zur Beseitigung bzw. Verminderung der Unwucht führen.EP 0 349 798 B1 describes a method for controlling the spin cycle during washing machines known in which the drum from a fixed, previously determined position of the Unbalance is accelerated out. This procedure is designed to reduce unbalance conditional deflections of the vibrating system of the washing machine, but not to Remove or reduce the imbalance.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Aus wuchten von rotierenden Körpern der eingangs genannten Art zu offenbaren, welche(s) im unterkritischen Bereich nicht zu einer Verstärkung der Unwucht führt.The invention thus poses the problem of a method and a device for switching off balancing of rotating bodies of the type mentioned at the outset, which (s) in subcritical range does not lead to an increase in the unbalance.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver fahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen. According to the invention, this problem is solved by a method with that in claim 1 specified features solved. Advantageous developments of the Ver driving and advantageous embodiments of a device for performing this procedure rens result from the following subclaims.
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile resultieren daraus, daß die Beschleunigung des Körpers aus einer definierten Position heraus erfolgt, in der die Gewichte die Unwucht zunächst ganz oder teilweise kompensieren. Auf diese Weise können statistisch gesehen geringere Schwingungsamplituden des auszuwuchtenden Körpers als bei einer zufälligen Anfangsver teilung der Gewichte erwartet werden. Dabei wird die Drehzahl vor dem Erreichen der kritischen Drehzahl vorteilhafterweise sprunghaft oder zumindestens sehr schnell erhöht, um das Ausrichten der Gewichte in eine die Unwucht verstärkende Position zu verhindern.The advantages achievable with the invention result from the fact that the acceleration of the Body takes place from a defined position, in which the weights are out of balance first fully or partially compensate. In this way, statistically, less Vibration amplitudes of the body to be balanced than in a random initial ver division of weights are expected. The speed is before reaching the critical speed advantageously increased suddenly or at least very quickly prevent the weights from being aligned in a position that increases the unbalance.
Bei Waschmaschinen ist es vorteilhaft, die Position der Unwucht während des Schleuder hochlaufs im Verteil- oder Anlegedrehzahlbereich festzustellen. Hier hat die Wäsche bereits eine feste Position eingenommen, d. h., die evtl. durch ungünstige Wäscheverteilung ent standene Unwucht ist stationär.In washing machines, it is advantageous to determine the position of the unbalance during the spin cycle start-up in the distribution or landing speed range. Here's the laundry already held a fixed position, d. that may be due to unfavorable laundry distribution standing unbalance is stationary.
Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Laufbahn ein Mittel zur Erhöhung der Laufreibung der Gewichte angeordnet. Bei einer horizontalen Rotationsachse des Körpers wird durch ein solches Mittel sichergestellt, daß die Kugeln mit der Laufbahn rotieren und nicht aufgrund ihrer Schwerkraft im unteren Bereich der Bahn abrollen. Hier bewährt sich ein viskoses Dämpfungsmittel, insbesondere Öl, da Flüssig keiten mit geringer Viskosität den gewünschten Effekt nicht erbringen und hochviskose Massen oder Sand die Ausrichtung der Kugeln im überkritischen Bereich stören. Solche Dämpfungs mittel führen bei ihrer Entsorgung leider zu erheblichen Problemen. Außerdem ist ihre Visko sität stark temperaturabhängig, so daß ihr Einsatz bei rotierenden Körpern mit schwankender Temperatur, beispielsweise bei Waschmaschinentrommeln in Laugenbehältern mit unter schiedlich temperierter Lauge, Schwierigkeiten bereitet.In an advantageous device for performing the method according to the invention, in arranged a means to increase the running friction of the weights. At a horizontal axis of rotation of the body is ensured by such a means that the Balls rotate with the raceway and not due to their gravity in the lower area of the Roll off the web. Here a viscous damping agent, especially oil, proves its worth ness with low viscosity and the highly viscous masses or sand disturb the orientation of the balls in the supercritical area. Such damping Unfortunately, agents lead to considerable problems in their disposal. In addition, her visco sity strongly temperature-dependent, so that their use in rotating bodies with fluctuating Temperature, for example in washing machine drums in tubs with below differently tempered lye, difficult.
Bei einem solchen Anwendungsfall ist es vorteilhaft, wenn eine Temperaturerfassungsein richtung die Umgebungstemperatur der Laufbahn erfaßt und wenn eine Steuereinrichtung den Körper aus einer von der Umgebungstemperatur und der Position der Unwucht abhängigen Stellung auf die zweite Drehzahl beschleunigt. Hierdurch können die Temperatureinflüsse des Dämpfungsmittels auf die Position der Kugeln vor dem Beschleunigen auf die überkritische Drehzahl verringert werden.In such an application, it is advantageous if a temperature detection direction detected the ambient temperature of the career and if a control device Bodies from a dependent on the ambient temperature and the position of the unbalance Position accelerated to the second speed. As a result, the temperature influences of the Damping device on the position of the balls before accelerating to the supercritical Speed can be reduced.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and is described in more detail below. Show it
Fig. 1 eine Trommelwaschmaschine (1) und schematisch die Einrichtung zur Unwuchtsensierung Fig. 1 is a drum washing machine ( 1 ) and schematically the device for imbalance sensing
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Waschmaschinentrommel (3) mit zwei Auswuchtsystemen (11) Fig. 2 is a schematic representation of a washing machine drum (3) with two balancing systems (11)
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Laufbahn, Fig. 3 shows a longitudinal section through a raceway,
Fig. 4 ein Drehzahl-Zeit-Diagramm Fig. 4 is a speed-time diagram
Fig. 5-7 das drehzahlabhängige Verhalten des Auswuchtsystems anhand von Längsschnitten durch eine Laufbahn Fig. 5-7 the speed-dependent behavior of the balancing system based on longitudinal sections through a career
Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein Auswuchtsystem mit Kugelzügen Fig. 8 shows a longitudinal section through a balancing system with ball trains
In der Fig. 1 ist eine Trommelwaschmaschine (1) mit einem schwingfähig aufgehängten Innenaggregat schematisch dargestellt. In einem Laugenbehälter (2) ist eine Wäsche trommel (3) drehbar gelagert und wird von einem Elektromotor (4) angetrieben. Die Regelung (6) des Motors (4) und eine Einrichtung (7) zur Erfassung der Unwucht (15) der Trommel (3) sind in einer Mikroprozessor-Steuerung (5) integriert. Als Indiz für eine eventuell vorliegende Unwucht (15) können die Schwankungen der Drehzahl, der Motorstromaufnahme und/oder des Drehmoments ausgewertet werden. In dem vorliegenden Beispiel erzeugt der mit der Motorwelle verbundene Tachogenerator (8) eine der jeweiligen Drehzahl der Wäsche trommel (3) entsprechende Spannung. Um eine Steuergröße für die Mortorstromregelung (6) zu erhalten, wird z. B. in bekannter Weise die vom Tachogenerator (8) erzeugte Ist-Spannung mit einer der gewünschten Drehzahl entsprechenden Soll-Spannung (Bezugsspannung) verglichen. Je nach Regelabweichung erfolgt eine Beeinflussung der Motorstellgröße.In Fig. 1, a drum washing machine ( 1 ) is shown schematically with an oscillatingly suspended indoor unit. In a tub ( 2 ) a laundry drum ( 3 ) is rotatably mounted and is driven by an electric motor ( 4 ). The control ( 6 ) of the motor ( 4 ) and a device ( 7 ) for detecting the unbalance ( 15 ) of the drum ( 3 ) are integrated in a microprocessor control ( 5 ). The fluctuations in the speed, the motor current consumption and / or the torque can be evaluated as an indication of a possible unbalance ( 15 ). In the present example, the tachometer generator ( 8 ) connected to the motor shaft generates a voltage corresponding to the respective speed of the laundry drum ( 3 ). In order to obtain a control variable for the mortar flow control ( 6 ), z. B. in a known manner, the actual voltage generated by the tachometer generator ( 8 ) with a desired voltage corresponding to the desired speed (reference voltage). Depending on the control deviation, the motor control variable is influenced.
In die Trommelkappe (9) und den Trommelboden (10) sind Auswuchtsysteme eingesetzt (s. Fig. 2), wobei zum Herstellen der kreisringförmigen Laufbahnen (11) ein preisgünstiges Tiefziehverfahren verwendet wird.Balancing systems are used in the drum cap ( 9 ) and the drum base ( 10 ) (see FIG. 2), an inexpensive deep-drawing method being used to produce the annular raceways ( 11 ).
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Laufbahn (12), wobei einzelne Kugeln (13) als Ge wichte zu erkennen sind. Diese können sich in einer im Querschnitt kreisförmigen Lauf bahn (12) meridional frei bewegen. Um die maximale Kompensation zu gewährleisten, muß jede Laufbahn (12) in dichtester Packung in einem Winkelbereich α ≈ 180° mit Kugeln (13) gefüllt werden. Damit bei horizontaler Rotationsachse die auf die Kugel (13) wirkende Schwer kraft ab einer gewünschten Rotationsgeschwindigkeit überwunden wird und die Kugeln (13) von der Laufbahn mitgenommen werden, muß diese mit einem viskosen Dämpfungsmittel (14) gefüllt werden, wobei vorteilhafterweise Öl verwendet wird. Ohne dieses Dämpfungsmittel (14) würden die Kugeln (13) lediglich der Rollreibung unterliegen und somit an der tiefsten Stelle der Laufbahn (12) abrollen, ohne ihre kompensatorische Wirkung zu entfalten. Fig. 3 shows a longitudinal section through a raceway ( 12 ), with individual balls ( 13 ) as Ge weights can be seen. These can move meridional freely in a raceway ( 12 ) with a circular cross section. To ensure maximum compensation, each raceway ( 12 ) must be filled with balls ( 13 ) in the tightest packing in an angular range α ≈ 180 °. So that with the horizontal axis of rotation the heavy force acting on the ball ( 13 ) is overcome from a desired rotational speed and the balls ( 13 ) are taken along by the track, this must be filled with a viscous damping agent ( 14 ), oil being used advantageously. Without this damping means ( 14 ), the balls ( 13 ) would only be subject to rolling friction and thus roll off at the lowest point of the raceway ( 12 ) without developing their compensatory effect.
Die Funktionsweise der Auswuchtsysteme wird im Folgenden beschrieben:The operation of the balancing systems is described below:
Wie aus dem Diagramm in Fig. 4 zu erkennen ist, durchläuft die Wäschetrommel (3) beim Beschleunigen von einer Waschdrehzahl nW einen Wäscheverteildrehzahlbereich tV. In diesem Verteildrehzahlbereich tV wird die Wäsche gut am Trommelumfang verteilt, damit eine bessere Entwässerung der Wäsche und eine geringstmögliche Unwucht (15) erreicht wird. Je nach Pro grammsteuerung kann im Anschluß an den Wäscheverteildrehzahlbereich tV ein Wäschean legedrehzahlbereich tA mit konstanter Anlegedrehzahl nA durchfahren werden. Im Verteildreh zahlbereich tV und/oder im Wäscheanlegedrehzahlbereich tA wird eine eventuell vorhandene Unwucht (15) von der Mikroprozessor-Steuerung (5) der Trommelwaschmaschine (1) sensiert. Die Sensierung der Größe und der Position der Unwucht (15) erfolgt durch die Auswertung der Schwankungen der Drehzahl, des Motorstroms oder des Drehmoments in bezug auf die Motor ansteuerung. Dabei ist die Größe der Drehzahländerung ein Maß für die Größe der Un wucht (15). Die Drehzahl, die Mortorstromaufnahme bzw. das Drehmoment geben Aufschluß über die Position der Unwucht (15) in der Trommel (3).As can be seen from the diagram in FIG. 4, the laundry drum ( 3 ) runs through a laundry distribution speed range t V when accelerating from a washing speed n W. In this distribution speed range t V , the laundry is distributed well around the drum circumference, so that better drainage of the laundry and the lowest possible imbalance ( 15 ) is achieved. Depending on the program control, following the laundry distribution speed range t V, a laundry speed range t A with constant application speed n A can be run through. In the distribution speed range t V and / or in the laundry speed range t A , any unbalance ( 15 ) that may be present is sensed by the microprocessor control ( 5 ) of the drum washing machine ( 1 ). The size and position of the unbalance ( 15 ) are sensed by evaluating the fluctuations in the speed, the motor current or the torque in relation to the motor control. The size of the speed change is a measure of the size of the unbalance ( 15 ). The speed, the Mortor current consumption and the torque provide information about the position of the unbalance ( 15 ) in the drum ( 3 ).
Bei Drehung mit Wäscheanlegedrehzahl nA unterliegen die Kugeln (13) noch der Schwerkraft und versuchen, zur tiefsten Stelle der Laufbahn (12) abzurollen. Durch Rollreibung und durch das viskose Dämpfungsmittel (14) erfolgt jedoch bereits eine Auslenkung in Drehrichtung (s. Fig. 5). Erfolgt nun ein relativ schneller Hochlauf auf die Schleuderdrehzahl nS, so ver harren die Kugeln (13), wie in Fig. 6 dargestellt, als kompakte Kompensationsmasse beim Durchgang durch die Resonanzdrehzahl nR, bevor sie sich in der überkritischen Phase oberhalb nR korrekt verteilen (s. Fig. 7).When rotating with laundry application speed n A , the balls ( 13 ) are still subject to gravity and try to roll to the lowest point of the raceway ( 12 ). Due to rolling friction and the viscous damping means ( 14 ), however, there is already a deflection in the direction of rotation (see FIG. 5). If there is now a relatively rapid run-up to the spin speed n S , the balls ( 13 ), as shown in FIG. 6, remain as a compact compensation mass when passing through the resonance speed n R before they are correct in the supercritical phase above n R distribute (see Fig. 7).
Wenn sich die Unwucht (15) unmittelbar vor dem Schleuderhochlauf (Rechtslauf), wie in Fig. 6 dargestellt, gegenüber dem Schwerpunkt des Gewichts, also dem Gesamtschwerpunkt S aller Kugeln (13) befindet, ist sichergestellt, daß die Zentrifugalkraft der Kugeln (13) und der Unwucht (15) einander entgegenwirken. Statistisch gesehen können dann geringere Ampli tuden beim Resonanzdurchgang erwartet werden.If the unbalance ( 15 ) is immediately before the centrifugal run-up (clockwise rotation), as shown in Fig. 6, relative to the center of gravity of the weight, i.e. the total center of gravity S of all balls ( 13 ), it is ensured that the centrifugal force of the balls ( 13 ) and counteract the imbalance ( 15 ). Statistically speaking, lower amplitudes can then be expected during the resonance passage.
Die Mikroprozessor-Steuerung (5) sensiert deshalb zuerst die Lage der Unwucht (15) und, startet den Schleuderhochlauf erfindungsgemäß genau dann, wenn sich Unwucht (15) und Kugelschwerpunkt diametral gegenüberstehen. Dabei ist zu beachten, daß der Mikroprozessor- Steuerung (5) die Lage des Schwerpunktes (S) bekannt sein muß. Eine Sensierung mit Hilfe von Positionssensoren ist bei einer Verwendung von mehreren Einzelkugeln (13) mit vertretbarem Aufwand nicht möglich. Deshalb muß das Abrollverhalten der Kugeln (13) zuvor in Versuchsreihen beobachtet und die reibungsabhängige Position des Schwerpunktes (S) in einem Speicher der Mikroprozessor-Steuerung abgelegt werden. Entscheidend ist dabei die Tatsache, daß die viskose Dämpfung über einen bei Trommelwaschmaschinen (1) mit unterschiedlicher Laugentemperatur relevanten Temperaturbereich zwischen 20°C und 70°C mindestens um den Faktor 2 variiert, da keine viskosstabileren Flüssigkeiten bekannt sind. Der Phasenwinkel der Unwuchtposition beim Schleuderhochlauf muß deshalb in Abhängigkeit von der Temperatur (θ) variiert werden, da sich je nach viskoser Dämpfung die Ablaufposition der Kugeln (13) im unterkritischen Drehzahlbereich ändert. Ebenso muß die Hochlaufbe schleunigung modifiziert werden, weil sich die Zeit zum Verteilen der Kugeln (13) je nach Viskosität des Dämpfungsmittels (14) ändert und erst damit eine Amplitudenreduktion beim Resonanzdurchgang gewährleistet wird. Die Temperatur (θ) des Dämpfungsmittel ist mit der Laugentemperatur identisch und kann deshalb durch einen vorhandenen Temperaturfühler (18) am Laugenbehälter (2) erfaßt werden.The microprocessor control ( 5 ) therefore first senses the position of the unbalance ( 15 ) and, according to the invention, starts the spin-up precisely when the unbalance ( 15 ) and the center of gravity of the ball are diametrically opposed. It should be noted that the microprocessor control ( 5 ) must know the location of the center of gravity (S). Sensing with the help of position sensors is not possible with a reasonable effort if several individual balls ( 13 ) are used. Therefore, the rolling behavior of the balls ( 13 ) must be observed beforehand in test series and the friction-dependent position of the center of gravity (S) must be stored in a memory of the microprocessor control. The decisive factor here is the fact that the viscous damping varies by at least a factor of 2 over a temperature range between 20 ° C. and 70 ° C. which is relevant for drum washing machines ( 1 ) with different alkali temperature, since no more viscous liquids are known. The phase angle of the unbalance position during spin-up must therefore be varied as a function of the temperature (θ), since the position of the balls ( 13 ) changes in the subcritical speed range depending on the viscous damping. Likewise, the acceleration acceleration must be modified because the time for distributing the balls ( 13 ) changes depending on the viscosity of the damping means ( 14 ) and only then is an amplitude reduction in the resonance passage guaranteed. The temperature (θ) of the damping agent is identical to the suds temperature and can therefore be detected by an existing temperature sensor ( 18 ) on the suds container ( 2 ).
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der statt einzelner Kugeln (13) Kugelzüge (16) verwendet werden. An den Enden eines jeden Kugelzuges (16) befindet sich jeweils ein Bimetallplättchen (17), welches je nach Temperatur die Spaltweite zu den Rändern der Lauf bahn (12) variiert und damit die viskose Dämpfung der Kugelzüge (16) konstant hält. In diesem Falle wird das Anpassen der Hochlaufbeschleunigung sowie die temperaturabhängige Änder ung des Phasenanschleuderwinkels entbehrlich. Ein weiterer Vorteil der Kugelzüge (16) besteht darin, daß die Gleitreibung untereinander und das Zusammenstoßen der Kugeln (13) unterbunden wird, was sich positiv auf die Geräuschsituation auswirkt. Fig. 8 shows another embodiment in which ball trains ( 16 ) are used instead of individual balls ( 13 ). At the ends of each ball train ( 16 ) there is a bimetallic plate ( 17 ) which, depending on the temperature, varies the gap width to the edges of the raceway ( 12 ) and thus keeps the viscous damping of the ball trains ( 16 ) constant. In this case, it is not necessary to adjust the acceleration due to acceleration or the temperature-dependent change in the phase angle. Another advantage of the ball trains ( 16 ) is that the sliding friction with each other and the collision of the balls ( 13 ) is prevented, which has a positive effect on the noise situation.
Claims (11)
- 1. Beschleunigen des Körpers auf eine erste Drehzahl (nV; nA), in der sich eine stationäre Unwucht (15) ausbildet,
- 2. Erfassen der Position der Unwucht (15);
- 3. Weiterbeschleunigen des Körpers auf eine zweite Drehzahl (nS) oberhalb der kritischen Drehzahl des Körpers oder seines Lagersystems aus einer Position heraus, in der sich die Unwucht (15) gegenüber dem Schwerpunkt (S) der Gewichte befindet.
- 1. Accelerating the body to a first speed (n V ; n A ) in which a stationary unbalance ( 15 ) forms,
- 2. Detect the position of the unbalance ( 15 );
- 3. Accelerate the body to a second speed (n S ) above the critical speed of the body or its bearing system from a position in which the unbalance ( 15 ) is located relative to the center of gravity (S) of the weights.
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