Verfahren zur Ermittlung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe in einer Waschmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Waschmaschinen mit einer sog. Spar- oder 1/2-Taste auszustatten. Diese Taste bewirkt einen speziellen, für kleine Füllmengen optimierten Wasch-, Spül- und Schleuderprogrammablauf. Vergißt nun der Benutzer das Betätigen der Spartaste, wird zwangsläufig mit unnötig viel Wasser und mit zu hohem Energieverbrauch eine kleine Wäschemenge behandelt. Außerdem ist mit einer solchen Taste auch nur eine Unterscheidung von zwei verschiedenen Beladungszuständen möglich.
Aus der FR-A 2 474 547 ist eine Waschmaschine mit Durchführung eines Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der die Ermittlung der Art und Menge der Beladung durch ein Zählen der Nachtankvorgänge erfolgt. Ein solches Verfahren ist sehr ungenau bei Druckwächtern mit großen Schalthysteresen, Druckwächter mit kleinen Schalthysteresen führen dagegen zu sehr langen Programmlaufzeiten aufgrund des häufigen Nachtankens.
Daneben ist ein Verfahren zur Unwuchterkennung in Haushaltswaschmaschinen mit einem Motor zum Antrieb der Trommel und mit einer Vorrichtung zur Anzeige der Motordrehzahl bekannt, bei dem von dem während der Reversierbewegungen auftretenden Drehzahlschwankungen auf einen "Wäscheverklumpungsgrad" geschlossen wird (DE 42 21 772 A1). Ein solcher Wäscheverklumpungsgrad läßt sich jedoch nicht zur Auswertung von Beladungsstufen und zur Beeinflussung der davon abhängigen Verbrauchswerte heranziehen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein möglichst genaues Verfahren zur Bestimmung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Auswerteschaltung die Beladungsstufe in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten des Drehzahlsignals beim Reversieren in Saugzeiten, wobei die Saugzeiten sich an einzelne Wassereinläufe zu Beginn des ersten Programmabschnitts, insbesondere des Vor- oder Hauptwaschgangs anschließen. Hierdurch ist einerseits eine sehr frühe Erkennung der Beladungsstufe möglich, zum anderen ist die Bestimmung der Beladungsstufe in diesem Stadium sehr genau. Dies ist der Fall, weil sich gerade bei noch nicht vollkommen durchfeuchteter Wäsche eine starke Abhängigkeit des Schwingungsverhaltens des Drehzahlsignals in Abhängigkeit von ihrem Gewicht und von der Wäscheart zeigt. Hervorgerufen wird dies durch unterschiedliche Verteilung bzw. Verklumpung der Beladung, sowie durch unterschiedliches Reibungsverhalten der Beladung an Türdichtring und Türschauglas. Außerdem bilden sich in diesem Stadium des Waschprozesses noch keine durch Wasseraufnahme verstärkten Unwuchten, welche den Drehzahlverlauf ebenfalls stark beeinflussen.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, die Schwankungsbreite des Drehzahlsignals im eingeschwungenen Zustand auszuwerten. Hierdurch kann das von der Charakteristik des Drehzahlreglers abhängige Einschwingverhalten, d. h. die ersten Überschwinger nach dem Drehzahlansstieg, unbeachtet bleiben. Somit ist eine solche Auswertung unabhängig vom eingesetzten Drehzahlregler möglich.
Daneben ist es vorteilhaft, zur Bestimmung der Beladungsstufe das Saugverhalten der Wäsche während der Saugzeiten und/oder die Wassereinlaufmenge hinzuzuziehen. Hierdurch wird die Genauigkeit der Ermittlung der Beladungsstufen vergrößert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, Fehler bei der Bestimmung der Beladungsstufe anhand einer Sensierung der freien Flotte vorzunehmen. Bei Waschmaschinen, bei denen die Wasserstandsregelung durch einen analogen Niveausensor erfolgt, kann dies durch Messung des Wasserniveaus im stationären Zustand, d. h. bei vollkommen durchfeuchteter Wäsche erfolgen. Bei Waschmaschinen mit herkömmlichen schaltenden Druckwächtem kann die Bestimmung der freien Flotte indirekt durch eine Messung des Absinkens der Laugentemperatur im Anschluß an einen Heizvorgang vorgenommen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand von Zeichnungen, Diagrammen und Drehzahlmeßkurven dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen
Die Waschmaschinentrommel (1) ist bei einer Waschmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bekannter Weise im Laugenbehälter (2) drehbar gelagert. Sie wird durch einen Motor (3) angetrieben. Ein mit dem Motor (3) gekoppelter Tachogenerator (4) greift ein Motordrehzahlsignal n(t) zur Regelung ab.
Zur Wasserstandsmessung ist mit dem Abflußbereich (5) des Laugenbehälters (2) eine Steigleitung (6) versehen, innerhalb der ein Niveausensor (7) angeordnet ist. Der Zulauf des Frischwassers in den Laugenbehälter (2) erfolgt über eine Leitung (8), in der sich ein Magnetventil (9) befindet. Vorzugsweise kommen Magnetventile (9) mit einem geringen Volumenstrom-Toleranzbereich über einen möglichst großen Druckbereich zum Einsatz. Der Wasserzulauf ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt, so daß nur der Zufluß über den Waschmitteleinspülkasten (10) symbolisiert ist.
Die Erhitzung des zugelaufenen Wassers erfolgt durch eine Heizung (11) im Abflußbereich (5) des Laugenbehälters (2), wobei die Wassertemperatur über einen Temperatursensor (12) geregelt wird. Aus Sicherheitsgründen erfolgt ein Einschalten der Heizung (11) erst, nachdem durch den Niveausensor (7) ein Niveau Nmax seniert wird. Beim Rückgang des Wasserstands auf ein Niveau Nmin erfolgt eine sofortige Abschaltung. Hierdurch wird ein Trockenheizen vermieden.
In Figur 2 ist das Zusammenwirken der Bauelemente zur Ermittlung der Beladungsstufe in einem Blockschaltbild dargestellt. Zentrales Regel- und Steuerungsorgan ist der Steuerrechner µP (13) der Programmsteuereinrichtung µC (14). Er regelt die Motordrehzahl, die Wassertemperatur und den Wasserstand im Laugenbehälter (2) mit Hilfe von Stellelementen (Leistungsteil (17), Heizungsrelais (18), Magnetventil (9)), in Abhängigkeit von Zustandssignalen, die er durch die Sensoren (Tachogenerator (4), Temperatursensor (12), Niveausensor (7) erhält. Dabei erfolgt die Regelung bzw. Steuerung programmabhängig und zusätzlich in Abhängigkeit einer sogenannten Beladungsstufe. Eine solche Beladungsstufe ist im wesentlichen durch das Saugvermögen der Wäsche charakterisiert, was wiederum von deren Art und der Menge abhängt.
In Abhängigkeit von der vorgenannten Beladungsstufe werden dann weitere Programmparameter, beispielsweise Wassermengen in einzelnen Programmabschnitten, die Dauer von Programmabschnitten, die Anzahl von Spülgängen, Schleuderdrehzahlen oder Unwuchtschwellen eingestellt. Daneben kann selbstätig ein von der Beladungsstufe abhängiges Programm ausgewählt werden, was besonders bei Mischwäsche vorteilhaft ist.
Die Ermittlung der Beladungsstufe erfolgt über eine in der Programmsteuereinrichtung integrierte Auswerteschaltung (15), welcher das Drehzahlsignal n(t) während des Reversierzyklus in einem ersten Programmabschnitt, insbesondere im Vorwaschprogramm oder im Hauptwaschprogramm, zugeführt wird und die in Abhängigkeit von dessen Schwingungsverhalten einen Wert bestimmt. Neben dem Drehzahlsignal n(t) können der Auswerteschaltung (15) noch weitere durch Sensoren erfaßte Zustandssignale wie z. B. die Schaltzeiten der Magnetventile (9) und des Niveausensors (7) und Temperaturwerte zugeführt werden. Anstelle der Motordrehzahl kann bei Gleichstrommotoren auch die Schwankung des Motorstroms ausgewertet werden. Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, die zu unterschiedlichen Phasen eines solchen Programmabschnitts durchgeführt werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung der Beladungsstufe zu Beginn des ersten Programmabschnitts, insbesondere des Vor- oder Hauptwaschgangs während des Wassereinlaufs und der Durchfeuchtung der Wäsche. Die Figuren 3a zeigt ein Wasserstands-Zeit-Diagramm und das dazugehörige Drehzahl-Zeit-Diagrammm bei einer Trommelbeladung von 2kg Baumwollgewebe. Figur 3b zeigt die entsprechenden Diagramme bei einer Beladung von 4kg Baumwollgewebe. Die Niveaukontrolle erfolgt durch einen schaltenden Druckwächter mit einem Schaltpunkt Nmax und einem Rückschaltpunkt Nmin. Der erste Einlauf erfolgt vom Niveau 0mm und, wie bei allen folgenden Füllschritten, bei stillgesetzter Trommel (1). Dabei wird die Zeit tE1 bis zum Erreichen des Schaltpunkts Nmax gemessen. Nach dem Erreichen des Schaltpunkts wird die Zeit tE1 mit einem konstanten Faktor F1 multipliziert und die Einschaltdauer des Magnetventils (9) um die so erhaltenene Zeit t1' verlängert. Auf diese Weise wird ein Füllniveau NÜ1,2 erreicht. Anschließend wird das Magnetventil (9) geschlossen und die Trommel (1) gedreht. Die Zeit vom Schließen des Magnetventils (9) bis zum Erreichen des Rückschaltniveaus Nmin, die Saugzeit tS1, wird gemessen und der Auswerteschaltung zugeführt. Außerdem wird von der Auswerteschaltung (15) die Schwankungsbreite Sdn der mit dem Tachogenerator (4) gemessenenen Motordrehzahl n(t) bestimmt. Als Schwankungsbreite Sdn wird die Standardabweichung des Drehzahlsignals n(t) im eingeschwungenen Zustand, d. h. im dargestellten Bereich I unter Nichtbeachtung der ersten Überschwinger verstanden.
Im zweiten Füllschritt wird die Zeit tE2 vom Einschalten des Magnetventils (9) bei Nmin bis zum Erreichen des Schaltpunkts Nmax gemessen. Um wieder das Füllniveau NÜ1,2 zu erreichen, wird tE2 mit einem konstanten Faktor F2 multipliziert und die Einschaltzeit des Magnetventils (9) um die so erhaltene Zeit t2' verlängert. Auch hier erfolgt das Auffüllen bei stillgesetzter Trommel (1). Anschließend wird die Trommel (1) gedreht und wiederum die Schwankungsbreite Sdn bestimmt und die zweite Saugzeit tS2 gemessen.
Im Anschluß an den zweiten Füllschritt bestimmt die Auswerteschaltung (15) in Abhängigkeit von der Schwankungsbreite Sdn, den Saugzeiten tS1 und tS2 und der insgesamt zugelaufenen Wassermenge die Beladungsstufe. Hierzu ist in einem Speicher (16) eine mit einem Fuzzy-Logic-Algorithmus erstellte Tabelle mit Beladungsstufen B = B(Sdn,tSi,V)abgelegt, aus der die Auswerteschaltung (15) entsprechende Werte abruft. Eine Bestimmung der zugelaufenen Wassermenge V kann über die Summe der Öffnungszeiten tEi des Magnetventils (9) oder über einen Wassermengenzähler vorgenommen werden. Anstelle einer Bewertung der zugelaufenen Wassermenge kann diese auch lediglich zur Korrektur einer nach den Saugzeiten ermittelten Beladungsstufe B = B(Sdn,tSi) verwendet werden. Auf diese Weise ist die Ermittlung der Beldungsstufe und die hiervon abhängige Weiterführung des Programms schneller möglich. Anstelle der gemessenen Saugzeiten kann bei Verwendung eines hochauflösenden Drucksensors zur Volumenmessung die Änderung des Drucksignals, insbesondere der Gradient des Drucks ausgewertet werden. Hierdurch werden Fehler durch auftretende Hystereseschwankungen bei Drucksensoren vermieden.
Bei Betrachtung der Diagramme 3a und 3b fällt auf, daß mit der Menge der Beladung die Schwankungsbreite Sdn zunimmt und die Saugzeiten abnehmen. Im fortlaufenden Programm erfolgt eine Korrektur des so ermittelten Beladungsstufen-Wertes anhand einer Berechnung der freien Flotte. Bei Waschmaschinen mit analogen Niveausensoren (7) ist dies direkt durch Messung des Wassemiveaus möglich. Bei Waschmaschinen mit schaltenden Druckwächtem ist die Abkühlgeschwindigkeit der Waschlauge ein Indiz für die Menge der freien Flotte. Die ermittelte Beladungsstufe wird, wie bereits vorbeschrieben, zur Beeinflussung von Programmparametem verwendet.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird das Schwingungsverhalten des Drehzahlsignals im Anschluß an die Wassereinlaufphase verarbeitet. Figur 4 zeigt den Drehzahlverlauf bei einer Waschmaschine während des Reversierens im Hauptwaschprogramm bei unterschiedlichen Beladungen. Dabei wertet die Auswerteschaltung (15) die Überschwinger beim Drehzahlanstieg nach der Reversierpause, die Überschwinger in der Reversierpause, die Schwankungsbreite und deren zeitliche Änderungen bei bekannter Regelcharakteristik aus. Bei genauer Betrachtung fällt auf, daß das Drehzahlverhalten folgende Charakteristika aufweist:
Trommel (1) leer
Teilbeladung (2,5 kg Frottier)
Volle Beladung (5 kg Frottier)