Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2694
Main Title: Zum Einfluss der Aufstellbedingungen auf das Gehäuseschwingungsverhalten von Waschmaschinen – Experiment und Simulation
Translated Title: On the Influence of Installation Conditions on the Housing Dynamics of Washing Machines – Experiment and Simulation
Author(s): Kloss-Grote, Benjamin
Advisor(s): Liebich, Robert
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Beschäftigt man sich mit den Aufstellbedingungen von Haushaltswaschmaschinen (insbesondere Frontladerwaschmaschinen) und ihren Auswirkungen auf das Gehäuseschwingungsverhalten, so stellt man ein eklatantes Missverhältnis zwischen ihrer Bedeutung für die Praxis und ihrer Be-handlung in wissenschaftlichen Veröffentlichungen fest: Jeder Hersteller macht in seinen Betriebsanleitungen genaue Angaben zur Aufstellung und Ausrichtung der Waschmaschinen, deren Nichteinhaltung gravierende Gehäuseschwingungen zur Folge hat, die wohl jeder Besitzer einer Waschmaschine schon einmal beobachtete – schließlich ist das Gehäuse die unmittelbar wahrnehmbare Schnittstelle zum Kunden. Gleichwohl sind in der Literatur die Gehäuse-schwingungen nur am Rande untersucht und die Aufstellbedingungen dabei fast vollständig ignoriert worden, was zur Folge hat, dass die Aussagekraft der publizierten Ergebnisse durch den in der unbestimmten Ausrichtung begründeten systematischen Fehler stark in Frage gestellt wird. In diesem Feld schließt die vorliegende Arbeit viele Lücken zwischen und in Praxis, Theorie und Simulation hinsichtlich Systematisierung der Problematik, neuartiger, vereinfachter Modellie-rungsansätze und Aufklärung der Wirkmechanismen der Gehäuseschwingungen, die sinnvoll nur durch ein sachgerechtes Zusammenwirken aus Experiment und Simulation geleistet werden kann. Motivation für diese Arbeit war das in der Praxis beobachtete Problem, dass bestimmte Wasch-maschinenbaureihen immer ein gutes Gehäuseschwingungsverhalten an den Tag legten, ganz gleich in welchem Haushalt sie aufgestellt waren. Andere Baureihen dagegen zeigten in unter¬schiedlichen Haushalten ein unterschiedliches Verhalten, und das, obwohl die Fußböden augen¬scheinlich ähnlich steif waren. Es zeigte sich, dass bei auch sehr steifen Untergründen (z.B. Stahlbetongeschossdecken) ein signifikanter Fußbodeneinfluss für das Gehäuseschwingungsver-halten existiert, welcher aus der lokalen Drucknachgiebigkeit der Nutz- und Zwischenschichten (z.B. Fliesen, Estrich, Dämmung etc.) erwächst. Zur Systematisierung der Aufstellbedingungen werden die Begriffe Ausrichtung und Fehlaus-richtung eingeführt, bzw. präzisiert und Verfahren zum Ausrichten vorgestellt. Experimentelle Untersuchungen ergeben, dass die Ausrichtung der Maschinen mit der Wasserwaage für die Haushaltsanwendung ausreichend ist, für tiefergehende ingenieurwissenschaftliche Untersu¬chungen aber keine hinreichende Ausrichtgüte bereitstellen kann. Demgegenüber sind das neu entwickelte statische und das erstmalig beschriebene dynamische Ausrichten hierzu in der Lage. Das äußerst komplexe Gehäuseschwingungsverhalten bei Fehlausrichtung wird experimentell untersucht und der Begriff der Empfindlichkeit des Schwingungsverhaltens eingeführt. „Es sind die Füße!“ - Die Simulation des Gehäuseschwingungsverhaltens wird in dieser Arbeit gewissermaßen vom Kopf auf die Füße gestellt. Während bisherige Simulationsansätze mit sehr hohem Aufwand versuchen, das elastische Verzerrungsverhalten des Gehäuses in vielen Frei-heitsgraden abzubilden, der Modellierung der Füße aber kaum Aufmerksamkeit widmen, beschreitet diese Arbeit genau den umgekehrten Weg: Das Verhalten der Füße wird detailliert aber pragmatisch modelliert, die elastische Gehäuseverzerrung dagegen durch nur einen, neu identifizierten Freiheitsgrad, die sogenannte Schuhkartonverzerrung dargestellt. Mit dieser Modellierung ist man in der Lage, sowohl das statische als auch das dynamische Gehäuse¬verhalten bei optimaler und bei Fehlausrichtung zufriedenstellend zu beschreiben. Nach der Identifizierung der Wirkmechanismen steht fest, dass ein wesentlicher Schlüssel zu einer konstruktiven Optimierung des Gehäuseschwingungsverhaltens in der Gestaltung der Feder¬kennlinie der verwendeten Waschmaschinenfüße liegt – wozu Vorschläge gemacht und experimentell bestätigt werden.
Looking at the installation conditions of household washing machines (especially front loading washing machines) and their influence on the housing vibration behaviour, a striking disproportion between their relevance for the practical application and their coverage in scientific publications becomes obvious: Every manufacturer specifies precisely the positioning and alignment of the washing machines. The consequences of violating these specifications are significant housing vibrations which every owner of a washing machine certainly has observed from time to time, since the housing is the directly perceivable interface to the customer. Nevertheless, the housing dynamics have only been briefly touched on by the scientific literature whereby the influence of the installation conditions has been almost completely ignored. The consequence is that the validity of many published results is severely called into question by the underlying systematic error resulting from an undefined alignment. In this respect, this thesis closes many gaps in praxis, theory and simulation regarding the systemization of this complex of problems, new simplified modelling approaches and the investigation of the underlying mechanisms of the housing vibrations. Reasonable results can only be achieved by the proper combination of experiments and simulations. Observations from real life household application were the motivation for this thesis: Some specific washing machine model series always showed a good housing vibration behaviour, regardless of where they had been installed. In contrast to that, other model series demonstrated different behaviours in different households, although the floor stiffness seemed to be the same. This thesis shows that even for very stiff floors (e.g. reinforced concrete) there is a significant influence of the floor on the housing dynamics which comes from the local (compression) elasticity of the top and inter layers (e.g. tiles, screed, insulation etc.). The terms alignment and misalignment are introduced and/or defined more precisely for systemizing the installation conditions. Procedures for aligning the washing machine are presented. Experiments show that aligning the machine with a water level is sufficient for household applications, but it cannot provide an adequate alignment quality for in-depth scientific engineering investigations. In contrast to that, static alignment, developed in this thesis, and dynamic alignment, first described in this thesis, are capable of delivering the respective alignment quality that is required. The extremely complex housing vibration behaviour due to misalignment is experimentally investigated. The term sensitivity of housing vibration behaviour is introduced. ‘The feet are the key!’ – In a manner of speaking, the simulation of the housing vibration behaviour is put back on its feet by this thesis: Previous simulation approaches went to great pains to model the elastic deformation behaviour of the housing with many degrees of freedom while almost no effort is spent in modelling the feet. In contrast to that, this thesis follows a reciprocal way: The behaviour of the feet is modelled in a detailed but pragmatic way, while the elastic housing deformation is described by one single, newly identified degree of freedom – the so called shoe-box-deformation. This modelling approach is capable of describing both the static and the dynamic housing behaviour with optimal alignment and with misalignment. After the identification of the underlying effects it can be stated that a fundamental key to a design with an optimized housing vibration behaviour is the composition of the spring characteristic of the washing machine feet in combination with a concerted housing torsional stiffness. Proposals for optimized load deflexion characteristics for the feet of existing housings are presented and experimentally confirmed.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-29172
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2991
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2694
Exam Date: 30-Jul-2010
Issue Date: 17-Jan-2011
Date Available: 17-Jan-2011
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Ausrichten
Fehlausrichtung
Gehäuseschwingungen
Waschmaschine
Waschmaschinenfüße
Alignment
Housing Vibrations
Misalignment
Washing Machine
Washing Machine Feet
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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