DE10146134A1 - Antribsvorrichtung einer Trommelwaschmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einer Antriebsvorrichtung einer Trommelwaschmaschine, dessen in einem Behälter (B) drehbar angeordnete Trommel (T) direkt mit einem Elektromotor (M) antreibbar ist, dessen Rotorteil zumindest nahe des Außendruchmessers der Trommel an dieser und dessen Statorteil in Form wenigstens eines Statorsegments (S) zumindest nahe des Außendruchmessers des Behälters (B) an diesem angeordnet sind, das Statorsegment (S) von außen durch eine Öffnung des Behälters in einen Waschflüssigkeit (L) enthaltenden Zwischenraum (4) eingreift, und der Zwischenraum (4) nach außen durch eine Flüssigkeitsabdichtung (6) verschlossen ist, erstreckt sich das Statorsegment (S) durch die Flüssigkeitsabdichtung (6) hindurch und liegt die Oberfläche (7) des Statorelements (S) im Zwischenraum (4) frei.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung einer Trommelwaschmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Bei der aus DE 17 60 382 A bekannten Antriebsvorrichtung ist der Rotordurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser der Trommel und es liegt der Statorteil in Form von Segmenten nur einem Teil des Rotorumfangs gegenüber. Der Rotorteil besteht aus regelmäßig in Umfangsrichtung verteilten, weichmagnetischen Polen, auf welche durch elektronisch erfolgende, zyklisch wechselnde und rotorstellungsabhängige Einschaltung der Statorsegment Wicklungsstränge ein Reaktanz-Drehmoment ausgeübt wird (elektronische Kommutierung). Jedes Statorsegment weist einen ferromagnetischen und vorzugsweise geblechten U-Kern mit einer einsträngigen Bewicklung auf. Die Pole des Rotorteils können direkt an der Stirnseite oder außen an der Mantelfläche der Trommel befestigt sein. Die Statorsegmente sind an der jeweils gegenüberliegenden Wandung des Behälters befestigt. Jedes Statorsegment sitzt außen auf der Außenwand des Behälters und greift mit seinen U-Schenkeln durch eine Öffnung in den Zwischenraum zwischen den Behälter und die Trommel, so dass die Rotorpole zwischen den in den Zwischenraum eingreifenden Schenkelenden laufen. In die Öffnung in der Außenwand des Behälters ist eine Tasche aus Isolierstoff eingesetzt, die als Flüssigkeitsabdichtung nach außen fungiert, als Negativform des Statorsegments ausgebildet ist und deshalb die Schenkelenden und die Unterseite der Wicklung abdeckt. Kein Teil des Statorsegments tritt direkt in Kontakt mit der im Zwischenraum vorliegenden Waschflüssigkeit. Die Tasche aus Isolierstoff führt zu unerwünscht großen Spaltweiten zwischen dem Statorsegment und dem Rotorteil. Außerdem hemmt die Tasche die Wärmeableitung vom Statorsegment in die Waschflüssigkeit. Die Taschen sind relativ aufwendige, teure Formteile. Die Rotorpole und jedes Statorsegment besitzen ebene und geradlinige Endflächen (Endflächen, die parallel zu Tangentialebenen an den Kreisumfang der Trommel bzw. des Behälters liegen), was bei der Rotation zu variierenden Spaltweiten führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Elektromotor mit verbesserter Effizienz arbeitet und einen geringeren Leistungsverbrauch aufweist, und dessen betriebsbedingte Wärme wirkungsvoller in die Waschflüssigkeit übertragen wird. Ferner soll die Antriebsvorrichtung in der Lage sein, mit möglichst wenigen Einzelkomponenten einer Grundform für unterschiedlich große Waschmaschinen einer Bauserie geeignet zu sein und automatisch bei größeren Waschmaschinen ein größeres, für die Waschmaschine jeweils optimales Drehmoment zu erzeugen als bei kleineren Waschmaschinen der Bauserie.
• Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Da das Statorsegment die Flüssigkeitsabdichtung durchdringt, so dass seine Oberflächen im Zwischenraum frei liegen, lassen sich extrem kleine Spaltweiten realisieren, die die Effizienz des Elektromotors erheblich steigern, und es ermöglichen, den Elektromotor mit verringertem Leistungsbedarf zu betreiben. Ferner erfolgt von den frei liegenden Oberflächen des Statorsegments eine optimale Wärmeübertragung in die Waschflüssigkeit im Zwischenraum. Die Flüssigkeitsabdichtung kann ein einfacher Bauteil sein. Die Radialposition des Statorsegments lässt sich bei dieser Bauweise so wählen, dass ein für die Waschmaschine optimales Drehmoment generierbar ist.
• Zweckmäßigerweise ist die Flüssigkeitsabdichtung ein das Statorsegment umfassender Dichtrahmen aus Gummi oder einem Elastomer, wie Silikonkautschuk, der den mechanischen Belastungen, den Temperaturänderungen und der Aggressivität der Waschflüssigkeit im Betrieb über lange Standzeit gewachsen ist. Der Dichtrahmen kann beispielsweise verklebt oder dicht verspannt sein.
• Zweckmäßig ist das Statorsegment in Umfangsrichtung bogenförmig gekrümmt, wobei die konkave Krümmungsseite zur Achse der Trommel weist. Die bogenförmige Krümmung, die in Umfangsrichtung verläuft, weist zu den zweckmäßigerweise entsprechend gekrümmten Oberflächen des Rotorteils, so dass sich im Betrieb gleichbleibende, optimal enge Spaltweiten ergeben.
• Ein besonders wichtiger und von den vorstehenden Merkmalen unabhängiger Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, dass für Trommelwaschmaschinen einer Bauserie, die sich zumindest im Trommel- und/oder Behälterdurchmesser voneinander unterscheiden, jeweils untereinander gleich dimensionierte Statorsegmente mit identischer Bogenkrümmung in Umfangsrichtung eingebaut sind. Dadurch lassen sich die Herstellungs- und Montagekosten verringern. Ferner können identische Dichtrahmen benutzt werden. Über den Radius, auf dem das Statorsegment jeweils mit dem Rotorteil zusammenwirkt, wird automatisch bei größerem Radius (einem größeren Trommelwaschmaschinentyp) ein größeres Drehmoment erhalten, obwohl das Statorsegment baugleich ist mit dem Statorsegment einer kleineren Trommelwaschmaschine. Auch die Lagerhaltung ist vereinfacht, weil für jeden Trommelwaschmaschinentyp der Bauserie die identischen Statorsegmente verwendet werden.
• Das Statorsegment kann dank des Tragsterns an der jeweils zu einem für diesen Waschmaschinentyp optimalen Drehmoment führenden Radialposition fixiert werden.
• Zweckmäßigerweise entspricht die Bogenkrümmung in Umfangsrichtung in etwa der Umfangskrümmung der Trommel und/oder des Behälters und/oder des Rotorteils einer mittleren Trommelwaschmaschinengröße. Bei dieser mittleren Trommelwaschmaschinengröße sind dann die Spaltverhältnisse optimal. Bei größeren oder kleineren Trommelwaschmaschinen dieser Bauserie ergeben sich geringfügig abweichende Spaltverhältnisse, weil die Bogenkrümmung des Statorsegments dann geringfügig von der Bogenkrümmung des Rotorteils abweicht. Diese Unterschiede sind aber für den effizienten Betrieb des Elektromotors vernachlässigbar.
• Jedes Statorsegment ist zweckmäßigerweise in der in etwa zur Trommelachse radialen Stirnwand des Behälters angeordnet, so dass es in axialer Richtung in den Zwischenraum eindringt. Vorzugsweise ist jedes Statorsegment an einem Tragsternarm angeordnet, der entweder in die Stirnwand integriert oder hinter dieser eingebaut ist. Gegebenenfalls sind an einem Tragsternarm mehrere Statorsegmente in Umfangsrichtung verteilt. Der Tragstern ermöglicht die freie Wahl der Radialposition des Statorsegments. Der Rotorteil ist dann zweckmäßigerweise an der zur Behälterstirnwand weisenden Trommelstirnwand angeordnet oder in diese eingebaut. Zumindest die Außenoberflächen der einzelnen Abschnitte des Rotorteils sollten einen Kreis folgen mit in der Trommelachse liegendem Kreiszentrum.
• Alternativ kann jedes Statorsegment in der Behälteraußenwand angeordnet sein und in radialer Richtung in den Zwischenraum eindringen. Bei dieser Anordnung kann der Rotorteil mit dem Außendurchmesser der Trommel ausgebildet werden, oder größer bzw. kleiner als dieser, um ein für den Waschmaschinentyp optimales Drehmoment des Direktantriebs zu erzielen.
• Der Elektromotor lässt sich den Anforderungen in einer Trommelwaschmaschine entsprechend einfach und verlustarm steuern, wenn es sich um einen SR-Motor (switched reluctance) handelt, vorzugsweise einen Kurzschluss- oder Normalschluss- Relaktanzmotor. SR-Motoren zeichnen sich durch hohe Effizienz, geringes Laufgeräusch, feinfühlige Geschwindigkeitssteuerung, hohes Drehmoment und hohe Betriebssicherheit aus.
• Grundsätzlich kann jeder beliebige Typ eines bürsten- oder kollektorlosen Elektromotors eingebaut werden.
• Um Schäden am Statorsegment durch die Aggressivität der Waschflüssigkeit zu vermeiden, sind zweckmäßigerweise die freien Oberflächen des Statorsegments, zumindest im Zwischenraum, durch eine Imprägnierung, Lackierung oder sonstige Beschichtung geschützt, deren Auftragsstärke vernachlässigbar ist oder nur im Zehntelmillimeterbereich liegt.
• Die Lage der Achse der Trommel kann beliebig sein, d. h., horizontal, vertikal oder schräg im Raum. Zweckmäßig wird der jeweils zum Fixieren der Statorsegmente benutzte Tragstern oder Tragrahmen an die Einbaugegebenheiten angepasst.
• Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt (Schnittebene I-I in Fig. 2) der Hauptkomponenten einer Trommelwaschmaschine mit einem Elektromotor als Drehantrieb für die Wasch-Trommel,
• Fig. 2 eine schematisierte Axialansicht zu Fig. 1, und
• Fig. 3 diagrammartig das Gestaltungsprinzip der Antriebsvorrichtung für unterschiedlich große Trommelwaschmaschinen einer Bauserie.
• Eine Trommelwaschmaschine W (z. B. Frontlader mit horizontaler Trommelachse X) weist in einem Gehäuse 1 eine Drehlagerung 2 für eine Welle 3 auf, an der eine innere Waschtrommel T gehalten ist. Die Trommel T ist mit einem allseitigen Zwischenraum 4 in einem Waschbehälter B, z. B. ebenfalls zylindrischer Form, untergebracht, in welchem sich im Waschbetrieb Waschflüssigkeit L befindet, die am Austreten nach außen gehindert ist. Die Trommel T hat, der Drehlagerung 2 zugewandt, eine Stirnwand 9, während der Behälter B eine Außenwand 14 und eine Stirnwand 10 besitzt. Hinter der Stirnwand 10 oder in diese eingegliedert ist ein Tragstern 11 mit mehreren Tragsternarmen oder ein Tragrahmen vorgesehen.
• Die Antriebsvorrichtung der Trommel T ist ein sogenannter Direktantrieb mit einem bürsten- oder kollektorlosen Elektromotor M, der aus einem Statorteil am Behälter B und einem Rotorteil R an der Trommel T besteht. Die elektronische Steuerung des Elektromotors M ist nicht dargestellt. Zweckmäßigerweise handelt es sich beim Elektromotor M um einen kurzschlussumschaltbaren oder normalschlussumschaltbaren Relaktanzmotor. Jedoch könnte der Elektromotor M auch ein anderer beliebiger Typ sein.
• Der Rotorteil R ist beispielsweise ringförmig aus einzelnen Elementen zusammengesetzt, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend (gegebenenfalls mit Zwischenabständen) an der Stirnwand 9 oder in der Stirnwand 9 festgelegt sind. In Umfangsrichtung ist zweckmäßigerweise die Umfangsfläche des Rotorteils R mit einer Bogenkrümmung mit dem Kreiszentrum in der Trommelachse X ausgebildet. Der Statorteil umfasst wenigstens ein Statorsegment S. dessen Umfangslänge nur einen kleinen Bruchteil der Umfangslänge des Behälters B beträgt. Das Statorsegment S ist am Tragstern 11 an der jeweils passenden Radialposition fixiert, z. B. mit dem Radius r möglichst weit außen, oder gestrichelt in Fig. 2, fallweise weiter innen. Die gewählte Radialposition soll in einem für den Waschmaschinentyp optimalen Drehmoment resultieren.
• Gemäß Fig. 1 und 2 ist jedes Statorsegment S axial durch eine passende Öffnung 5 in der Stirnwand 10 des Behälters B in den Zwischenraum 4 zwischen dem Behälter B und der Trommel T eingesteckt, und zwar vorzugsweise derart, dass der im Zwischenraum 4 liegende Teil des Statorsegments von außen her dem Rotorteil R zugeordnet ist, und zwar mit einem Radialspalt 8 minimaler Weite.
• Der Rotorteil R liegt zumindest nahe beim Außendurchmesser der Trommel T. Das Statorsegment S kann sogar außerhalb des Außendurchmessers der Trommel T oder weiter innen als gezeigt platziert sein.
• In der Öffnung 5, durch welche das Statorsegment S in den Zwischenraum 4 ragt, ist eine Flüssigkeitsabdichtung 6, z. B. ein Dichtrahmen aus Gummi oder einem Elastomer, wie Silikonkautschuk, eingesetzt, der die im Behälter B stehende Waschflüssigkeit L am Austreten hindert. Die Abdichtung 6 wird von dem Statorsegment S durchsetzt, so dass im Zwischenraum 4 vorliegende Oberflächen 7 des Statorsegments S frei liegen.
• Zweckmäßigerweise tragen die Oberflächen 7 eine Imprägnierung, Lackierung oder Beschichtung extrem dünner Auftragdicke als Schutz gegen die aggressive Waschflüssigkeit L. Auch der Rotorteil R könnte auf diese Weise gegen die Waschflüssigkeit L geschützt sein.
• Gemäß Fig. 2 sind z. B. drei Statorsegmente S an den Tragsternarmen 11 um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet. Grundsätzlich reicht ein Statorsegment S aus. Zwei Statorsegmente können zur Vermeidung einseitiger Kräfte auf die Trommel verwendet werden. Die Anzahl der Statorsegmente S ist wie die Anzahl der Tragsternarme beliebig.
• Jedes Statorsegment (Fig. 2) ist mit einer Bogenkrümmung 12, zumindest an den nach innen zum Rotorteil R weisenden Oberflächen ausgebildet. In Fig. 2 entspricht die Bogenkrümmung 12 einem Kreisbogen annähernd mit dem Radius r zur Trommelachse X. Die Bogenkrümmung 12 ist zweckmäßigerweise um die Weite des Radialspaltes 8 größer als die Bogenkrümmung des Außenumfangs des Rotorteils, so dass sich eine gleichförmige Weite des Radialspaltes 8 ergibt.
• Besonders zweckmäßig wird für Trommelwaschmaschinen W, W1, W2 einer Trommelwaschmaschinen-Bauserie D (Fig. 3) jeweils das gleiche Statorsegment S mit der Bogenkrümmung 12 verwendet. Die Trommelwaschmaschinen W, W1, W2 unterscheiden sich voneinander zumindest hinsichtlich des Trommel- und/oder Behälterdurchmessers. Die Bogenkrümmung 12 bzw. der Radius r der Bogenkrümmung 12 entspricht zweckmäßigerweise der Bogenkrümmung des Behälters B und/oder der Trommel T und/oder des Rotorteils R der Trommelwaschmaschine W einer mittleren Baugröße mit dem Radius R. Bei der Waschmaschine W1, deren Trommel T und/oder Behälter B mit einem kleineren Radius R1 ausgebildet ist, ist die Bogenkrümmung 12 des Statorsegments S mit dem Radius r etwas größer als die Bogenkrümmung mit dem Radius R1. Bei der Trommelwaschmaschine W2 mit dem großen Durchmesser des Behälters B und/oder der Trommel T ist die Bogenkrümmung 12 des Statorsegments S mit dem Radius r etwas kleiner als die Bogenkrümmung der Trommel T und/oder des Behälters B mit ihrem Radius R2. In jeder Trommelwaschmaschine W, W1 oder W2 wird jedoch das gleiche, d. h. dimensionsgleiche und leistungsgleiche, Statorsegment S eingebaut. Die Anzahl der Statorsegmente kann zwischen den unterschiedlichen Trommelwaschmaschinen W, W1, W2 differieren oder auch gleich sein. Allein durch die unterschiedlichen Radien R, R1, R2 ergibt sich bei gleicher, zwischen jedem Statorsegment S und dem in Fig. 4 nicht gezeigten Rotorteil erzeugter Kraft F in Umfangsrichtung ein anderes Drehmoment zum Antreiben der Trommel T. Das Statorsegment S und der zugehörige Rotorteil R können so weit radial von der Trommelachse X entfernt angeordnet sein, dass jeweils ein optimales, typspezifisches Drehmoment entsteht. Mit anderen Worten wird innerhalb einer Bauserie unterschiedlich großer Trommelwaschmaschinen W, W1, W2 jede Trommelwaschmaschine mit dem selben Typ des Statorsegments ausgestattet, und werden dennoch typspezifische Leistungscharakteristika erzielt.
• Alternativ kann das Statorsegment S. das in den Fig. 1 und 2 axial in die Stirnwand 10 eingesetzt ist, radial von außen durch die Umfangswand 14 des Behälters B gesteckt werden. Der Rotorteil R kann dann nach außen verlagert sein, gegebenenfalls sogar an der Außenumfangswand der Trommel T.
• Die Lage der Trommelachse X kann auch vertikal oder schräg gewählt werden.

Claims (11)

1. Antriebsvorrichtung einer Trommelwaschmaschine, deren in einem Behälter (B) drehbar angeordnete Trommel (T) direkt mit einem Rotor- und Statorteile aufweisenden Elektromotor (M) antreibbar ist, wobei der Rotorteil (R) zumindest nahe dem Außendurchmesser der Trommel (T) an dieser und der Statorteil in Form wenigstens eines Statorsegments (S) zumindest nahe dem Außendurchmesser des Behälters (B) an diesem angeordnet sind, das Statorsegment (S) von außen durch eine Öffnung (5) des Behälters (B) in einen Waschflüssigkeit (L) enthaltenden Zwischenraum (4) zwischen dem Behälter (B) und der Trommel (T) eingreift, und der Zwischenraum (4) nach außen durch eine in der Öffnung (5) angeordnete Flüssigkeitsabdichtung (6) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Statorelement (S) durch die Flüssigkeitsabdichtung (6) hindurch erstreckt, und dass die Oberfläche (7) des Statorelementes (S) im Zwischenraum (4) frei liegt.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (5) des Behälters (B) ein das Statorsegment (S) umfassender Dichtrahmen, vorzugsweise aus Gummi oder einem Elastomer, wie Silikonkautschuk, als die Flüssigkeitsabdichtung (6) angeordnet ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorsegment in Umfangsrichtung bogenförmig gekrümmt ist und die konkave Krümmungsseite (12) des Statorelementes (S) zur Achse (X) der Trommel (T) weist.

4. Antriebsvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Trommelwaschmaschine-Bauserie (D), deren Trommelwaschmaschinen (W, W1, W2) sich zumindest im Trommel- und/oder Behälterdurchmesser (2 × R, 2 × R1, 2 × R2) voneinander unterscheiden, untereinander gleich dimensionierte Statorsegmente (S) mit identischer Bogenkrümmung (r) eingebaut sind.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Statorsegment (S) an einem Tragsternarm (11) fixiert ist, vorzugsweise auf einem Durchmesser (2 × r), der mit einem für die Trommelwaschmaschine mit ihrem Trommeldurchmesser (2 × R; 2 × R1; 2 × R2) optimalen Drehmoment (F × r) korreliert ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenkrümmung (r) des in der Bauserie (D) in jede Trommelwaschmaschine (W, W1, W2) eingebauten Statorsegments (S) in etwa der Umfangskrümmung (R) der Trommel (T) und/oder des Behälters (B) mit einem mittleren Trommel- und/oder Behälterdurchmesser (2 × R) zwischen dem größten und dem kleinsten in der Bauserie vorkommenden Trommel- und/oder Behälterdurchmesser (2 × R2, 2 × R1) entspricht.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Statorsegment (S) in der in etwa zur Trommelachse (X) radialen Stirnwand (10) des Behälters (B), vorzugsweise an einem Tragsternarm (11), angeordnet ist und in axialer Richtung in den Zwischenraum (4) eindringt.

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorteil (R) an der zur Behälterstirnwand (10) weisenden Trommelstirnwand (9) und im Zwischenraum (4) angeordnet ist.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Statorsegment (S) an der Behälteraußenwand (14) angeordnet ist und in radialer Richtung in den Zwischenraum (4) eindringt.

10. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (M) ein SR-Motor (switched reluctance) ist, vorzugsweise ein Kurzschluss- oder Normalschluss-Relaktanzmotor.

11. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen bürsten- oder kollektorlosen Elektromotor (M).