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Die Erfindung betrifft ein wasserführendes Haushaltsgerät mit einer beweglichen Komponente, welche an einer ortsfesten Komponente des Haushaltsgeräts über ein aus einem metallischen Material gebildetes Lager bewegbar gelagert ist, welches innerhalb einer Lagerkammer angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung.
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Das Interesse richtet sich vorliegend vorzugsweise auf ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken, bei welchem die Wäschetrommel über ein Lager an einem Laugenbehälter drehbar angeordnet ist. Üblicherweise befindet sich das Lager – etwa ein Kugellager – innerhalb einer Lagerkammer, welche mithilfe einer Dichtung von dem Innenraum des Laugenbehälters für Flüssigkeiten abgedichtet abgetrennt ist. Es ist bereits Stand der Technik, dass die Lagerkammer mit Schmieröl oder Schmierfett, nachfolgend zusammengefasst unter dem Begriff „Lagerfett“, befüllt ist. Das Lagerfett übernimmt dabei zwei unterschiedliche Funktionen, nämlich einerseits die Funktion des Schmierens des metallischen Kugellagers und andererseits auch die Funktion des Fernhaltens von Wasser von dem Kugellager. Bei solcher Anwendung stellt das metallische Kugellager nämlich eine Komponente dar, welche gegen Korrosion empfindlich ist. Zwar ist die Lagerkammer – wie bereits ausgeführt – von dem Laugenbehälter, welcher mit Wasser befüllt werden kann, mithilfe einer Dichtung getrennt, jedoch kann über die gesamte Lebensdauer des Haushaltsgeräts nicht ausgeschlossen werden, dass einzelne Wassertröpfchen in die Lagerkammer gelangen können.
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Für die Entstehung von Rost an dem Kugellager müssen gleichzeitig drei Voraussetzungen erfüllt sein: Es müssen rostempfindliches Metall (z. B. Eisen oder eine Eisenbasislegierung), Wasser und Sauerstoff vorhanden sein. Als Rost bezeichnet man dabei das Korrosionsprodukt, welches aus dem Metall durch Oxidation mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasser entsteht. Rost ist somit ein wasserhaltiges Oxid, nämlich eine chemische Verbindung, die zu den Oxiden gehört und zusätzlich noch Wasser und Hydroxidionen enthält. Hinsichtlich der Entstehung von Rost wird auf 1 der beigefügten Zeichnung verwiesen, in welcher eine aus Eisen Fe gebildete Komponente 1 aufgrund eines Wassertropfens 2 korrodiert. Kommt die Komponente 1 aus Eisen mit Wasser, feuchter Luft oder einem anderen Elektrolyt in Kontakt, so greift der im Wasser gelöste Sauerstoff das Metall an, was als „Oxidation“ bezeichnet wird. Es bildet sich eine galvanische Zelle, sodass dem Metall Elektronen entzogen werden und die positiv geladenen Ionen in die Lösung übergehen. Das Metall korrodiert. Dies ist insbesondere bei Waschmaschinen mit einem Nachteil verbunden: Das korrodierte Lager führt zu einer deutlichen Geräuschentwicklung der Waschmaschine, nämlich insbesondere beim Schleudern. Dies führt häufig zu unnötigen Kosten, denn das gesamte Lager kann nur mit relativ großem Aufwand ausgetauscht werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Haushaltsgerät der eingangs genannten Gattung das Lager besonders zuverlässig vor Korrosion geschützt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Haushaltsgerät, wie auch durch eine Verwendung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes wasserführendes Haushaltsgerät umfasst eine bewegliche Komponente, welche an einer ortsfesten Komponente des Haushaltsgeräts über ein aus einem metallischen Material – insbesondere aus Eisen – gebildetes Lager bewegbar gelagert ist. Das Lager ist grundsätzlich einer Korrosion ausgesetzt. Das Lager ist innerhalb einer Lagerkammer angeordnet, welche vorzugsweise mithilfe einer Dichtung von einer Flüssigkeitskammer des Haushaltsgeräts fluidisch getrennt ist, welche mit Wasser befüllt werden kann. Bevorzugt ist die Lagerkammer auch mit Lagerfett befüllt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Lagerkammer ein Opfermaterial mit einem gegenüber dem metallischen Material des Lagers geringeren elektrochemischen Potential zur Vermeidung der Korrosion des Lagers angeordnet ist und zur Verfügung steht.
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Die Erfindung macht sich das Prinzip der so genannten „Opferanode“ zunutze, welche zur Vermeidung von Korrosion eines aus metallischem Material gebildeten Bauteils eingesetzt werden kann. Um eine Korrosion des Lagers zu verhindern, geht die vorliegende Erfindung den Weg, den kathodischen Korrosionsschutz nach dem Prinzip einer Opferanode einzusetzen. Zu diesem Zwecke wird in der Lagerkammer ein Opfermaterial eingesetzt, welches in der elektrochemischen Spannungsreihe negativer als das metallische Material des Lagers ist, nämlich insbesondere negativer als Eisen. Durch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Opfermaterial einerseits und dem zu schützenden Lager andererseits entsteht ein Primärelement, bei welchem das zu schützende Lager als Kathode und das Opfermaterial als Anode fungiert, sodass ein elektrischer Strom in Richtung des zu schützenden Lagers fließt. Nunmehr gibt das Opfermaterial – und nicht das metallische Lager – seine Elektronen an den Sauerstoff ab und wird oxidiert. Auf diesem Wege gelingt es, das metallische Lager zuverlässig vor Korrosion zu schützen, sodass auch die Geräuschentwicklung des Haushaltsgeräts über einen sehr langen Zeitraum, vorzugsweise seine gesamte Lebensdauer, verhindert werden kann.
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Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Haushaltsgerät ein Gerät zur Pflege von Wäschestücken ist, nämlich insbesondere eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner oder ein Waschtrockner. Dann ist die bewegliche Komponente eine Wäschetrommel zur Aufnahme der Wäschestücke. Die ortsfeste Komponente hingegen kann ein Laugenbehälter sein, welcher als Flüssigkeitskammer zur Aufnahme von Flüssigkeit wie Wasser, und Wasch- oder Spüllauge dient. Gerade bei solchen Haushaltsgeräten soll das metallische Lager besonders zuverlässig geschützt werden.
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Bevorzugt ist die Lagerkammer, in welcher das metallische Lager angeordnet ist, von einer Flüssigkeitskammer (etwa Laugenbehälter) für Flüssigkeiten abgedichtet getrennt, welche mit Wasser befüllt werden kann. Zum Abdichten der Lagerkammer zur Flüssigkeitskammer hin wird bevorzugt eine Dichtung eingesetzt, nämlich insbesondere eine radiale Wellendichtung. Es wird somit grundsätzlich verhindert, dass Wasser von der Flüssigkeitskammer in die Lagerkammer gelangen kann. Zwar kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass Wassertröpfchen in die Lagerkammer gelangen, jedoch übernimmt in diesem Falle das Opfermaterial die Funktion des Schutzes des metallischen Lagers vor Korrosion.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lagerkammer mit Lagerfett befüllt ist und das Opfermaterial dem Lagerfett insbesondere nach Art einer Suspension beigemischt ist. Somit ist das Opfermaterial grundsätzlich an jeder Stelle in der Lagerkammer vorhanden, und es kann somit jedes einzelne Oberflächenstück jedes einzelnen metallischen Bauteils des Lagers, das mit dem Lagerfett in Verbindung steht – insbesondere jede einzelne Kugel im Lager – vor der Korrosion geschützt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht außerdem einen besonders zuverlässigen Schutz eines Kugellagers, bei welchem die Anbringung einer herkömmlichen Opferanode an jeder einzelnen Komponente des Lagers nicht möglich ist. Das Beimischen von Opfermaterial zum Lagerfett verhindert somit insbesondere die Korrosion von einzelnen Kugeln eines Kugellagers.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Opfermaterial in Form von feinen Partikeln bereitgestellt ist. Es kann somit ermöglicht werden, dass bei Vorhandensein von Wassertröpfchen in der Lagerkammer das Opfermaterial stets in elektrischem Kontakt mit allen Bauteilen des Lagers steht.
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Damit die elektrische Verbindung zwischen dem Opfermaterial und dem metallischen Material des Lagers stets sichergestellt werden kann, ist die Größe eines Partikels des Opfermaterials bevorzugt kleiner als die Größe eines einzelnen Wassertropfens. Der Korrosionsschutz des metallischen Lagers ist somit maximal.
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Hinsichtlich des Opfermaterials selbst können unterschiedliche Ausführungsformen vorgesehen sein:
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Opfermaterial Aluminium ist. Dies hat den Vorteil, dass das Alupulver in vielfältiger Ausgestaltung auf dem Markt erhältlich ist, nämlich mit verschiedensten Partikelgrößen. Diese Ausführungsform ist somit relativ kostengünstig zu realisieren.
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Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Opfermaterial Zink ist, also ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Zn und der Ordnungszahl 30. Neben den Vorteilen von Aluminium hat Zink auch zusätzlich noch den Vorteil, dass das elektrochemische Potential zwischen Zink und Eisen deutlich geringer als bei Aluminium ist. Somit ist auch die Dauer der Schutzwirkung deutlich länger als bei Aluminium. Zudem sind die Edukte der Zink-Oxidation wesentlich weicher, und damit ist auch ihr Beitrag zum abrasiven Verschleiß deutlich geringer als bei Aluminium.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lagerfett geeignet modifiziert ist, um elektrische Leitfähigkeit aufzuweisen. Dazu ist zum Beispiel ein elektrisch leitendes Polymer geeignet, welches sich in der Lagerkammer neben dem Opfermaterial befindet. Dies bedeutet insbesondere, dass das Lagerfett mit einem solchen elektrisch leitenden Polymer dotiert ist. Als Polymer wird vorzugsweise organisches Polymer verwendet, und zwar bevorzugt in Form von feinen Partikeln. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem metallischen Lager und dem Opfermaterial verbessert werden kann. Insbesondere kann somit die oben erwähnte Einschränkung hinsichtlich der Größe der Partikeln des Opfermaterials umgangen werden.
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Beispielsweise werden dem Opfermaterial Rußpartikeln beigemischt. Dies bedeutet insbesondere, dass das in der Lagerkammer befindliche Lagerfett mit Rußpartikeln dotiert wird, welche die elektrische Leitfähigkeit des in der Kammer befindlichen Mediums verbessern.
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Vorteilhafterweise kann auch die Oberflächenenergie der Mischung aus dem Lagerfett und gegebenenfalls in der Lagerkammer befindlichem Wasser modifiziert bzw. gezielt eingestellt werden. Durch diese Modifikation kann die Größe der im Lagerfett vorhandenen Wassertröpfchen gezielt modifiziert und der Korrosionsschutz weiterhin verbessert werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung des Prinzips einer Opferanode zur Vermeidung einer Korrosion in einem Haushaltsgerät, nämlich insbesondere zur Vermeidung der Korrosion eines Lagers, an welchem eine bewegliche Komponente des Haushaltsgeräts gelagert ist. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Haushaltsgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Verwendung.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung dieser Figuren. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Entstehung von Korrosion;
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2 in schematischer Darstellung eine bewegliche Komponente eines Haushaltsgeräts gemäß einer Ausführungsform, wobei die bewegliche Komponente über ein Lager an einer ortsfesten Komponente gelagert ist;
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3 in schematischer Darstellung das Lager, welches sich in einer Lagerkammer befindet; und
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4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips einer Opferanode.
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In 2 sind in schematischer Darstellung interne Komponenten einer Waschmaschine gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Eine Wäschetrommel 3 dient zur Aufnahme von Wäschestücken und ist um eine horizontal verlaufende Drehachse 4 drehbar gelagert. Die Wäschetrommel 3 ist über eine Welle 5 mit einer Riemenscheibe 6 verbunden. Während die Wäschetrommel 3 innerhalb eines ortsfesten Laugenbehälters 7 liegt, befindet sich die Riemenscheibe 6 außerhalb des Laugenbehälters 7. Die Wäschetrommel 3 stellt eine bewegliche Komponente der Waschmaschine dar, und der Laugenbehälter 7 stellt eine ortsfeste Komponente der Waschmaschine dar.
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Die Wäschetrommel 3 ist an dem Laugenbehälter 7 drehbar gelagert. Zu diesem Zwecke ist eine Lagervorrichtung 8 bereitgestellt, welche ein Lagergehäuse 9 sowie ein im Lagergehäuse 9 angeordnetes Lager 10 aufweist. Das Lager 10 ist im Ausführungsbeispiel ein Kugellager.
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Eine vergrößerte Darstellung der Lagervorrichtung 8 ist in 3 schematisch dargestellt. Das Lager 10 befindet sich in einer Lagerkammer 11, welche mit Lagerfett 12 befüllt ist.
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Die Lagerkammer 11 ist mithilfe einer Dichtung 13 (hier Wellendichtung) zum Innenraum 14 des Laugenbehälters 7 bzw. zum Innenraum der Wäschetrommel 3 hin abgedichtet. Die Dichtung 13 ist in Form eines umlaufenden Rings bereitgestellt. Sie ist im Längsschnitt L-förmig ausgeführt und weist ein radial verlaufendes Ringelement 15 auf, von welchem im Bereich der Welle 5 zwei Lippen in axialer Richtung abstehen, nämlich einerseits eine erste Lippe 16 in axialer Richtung zum Innenraum 14 hin sowie andererseits eine zweite Lippe 17 in axialer Richtung zur Lagerkammer 11 hin. Während die erste Lippe 16 unmittelbar an der Welle 5 anliegt und somit das Eindringen von Wasser in die Lagerkammer 11 verhindert, liegt die zweite Lippe 17 in radialer Richtung an einem Gleitring 18, welcher mit der Welle 5 verbunden und an einem dem Innenraum 14 zugewandten Ende mit einem O-Ring 19 abgeschlossen ist. Der Gleitring 18 stellt also eine Hülse dar, welche auf die Welle 5 beispielsweise aufgesteckt ist. Die zweite Lippe 17 ist mithilfe einer Spiralfeder 20 in radialer Richtung zum Gleitring 18 hin gedrückt und somit in ihrer Lage gesichert. Sie stellt eine zweite dichtende Barriere dar, deren Dichtwirkung durch die Andrückkraft der Spiralfeder 20 noch weiter verbessert wird.
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Selbst bei einer derartigen, besonders zuverlässig abgedichteten Lagerkammer 11 kann über die gesamte Lebensdauer der Waschmaschine nicht hundertprozentig ausgeschlossen werden, dass Wassertröpfchen in die Lagerkammer 11 gelangen. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, ein Opfermaterial in die Lagerkammer 11 einzusetzen, welches nach dem Prinzip einer Opferanode die Korrosion des Lagers 10 verhindert. Und zwar weist das Opfermaterial ein gegenüber dem metallischen Material des Lagers 10, zum Beispiel Eisen oder Eisenbasislegierung, geringeres elektrochemisches Potential auf und ist somit in der Spannungsreihe negativer als das metallische Material des Lagers 10. Es wird dabei sichergestellt, dass das Opfermaterial mit dem Lager 10 stets in elektrischer Verbindung steht. Es entsteht dann ein Primärelement, bei welchem das zu schützende Lager 10 als Kathode und das Opfermaterial als Anode fungiert. Anstelle des Lagers 10 gibt nun das Opfermaterial seine Elektronen an den Sauerstoff ab und oxidiert. Dies bedeutet, dass anstelle des Lagers 10 das Opfermaterial korrodiert.
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Um den elektrischen Kontakt zwischen dem gesamten Lager 10 und dem Opfermaterial sicherzustellen, ist das Opfermaterial in Form von feinen Partikeln bereitgestellt, welche dem Lagerfett 12 beigemischt sind. Die Größe dieser Partikeln kann insbesondere kleiner als die Größe eines Wassertropfens sein, damit die elektrische Verbindung zwischen dem Opfermaterial und dem Lager 10 gewährleistet ist. Dabei kann als Opfermaterial beispielsweise Aluminium und/oder Zink verwendet werden. Dem Lagerfett 12 können außerdem Polymerpartikeln oder Rußpartikeln beigemischt werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des in der Lagerkammer 11 befindlichen Mediums verbessert wird.
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Die Wirkung des Opfermaterials wird mit Bezug auf 4 näher erläutert. Anders als in der Darstellung gemäß 1 befindet sich nun an der aus Eisen ausgebildeten Komponente 1 ein Opferpartikel 21 aus dem Opfermaterial, hier aus Aluminium. Wie aus 4 hervorgeht, ist die Größe dieses Opferpartikels 21 deutlich geringer als die Größe des Wassertropfens 2. Die zu schützende Komponente 1 fungiert hier als Kathode, während die Opferpartikel 21 als Anode fungiert. Es fließt ein elektrischer Strom in Richtung der Komponente 1, sodass anstelle dieser das unedlere Opfermaterial seine Elektronen an den Sauerstoff abgibt und oxidiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Komponente
- 2
- Wassertropfen
- 3
- Wäschetrommel
- 4
- Drehachse
- 5
- Welle
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Laugenbehälter
- 8
- Lagervorrichtung
- 9
- Lagergehäuse
- 10
- Lager
- 11
- Lagerkammer
- 12
- Lagerfett
- 13
- Dichtung
- 14
- Innenraum
- 15
- Ringelement
- 16, 17
- Lippen
- 18
- Gleitring
- 19
- O-Ring
- 20
- Spiralfeder
- 21
- Opferpartikel
