DE102014200775A1

DE102014200775A1 - Waschmaschine mit Ausnutzung der Elektronikmodulverlustwärme

Info

Publication number: DE102014200775A1
Application number: DE102014200775.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Skrippek; Hasan Gökcer Albayrak; Tino Krause; Thomas Ludenia
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2015-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Waschmaschine 1 mit einer Steuereinrichtung 2 zur Steuerung eines Programmablaufs, einer in einem Laugenbehälter 3 um eine Trommelwelle 4 drehbar gelagerten Trommel 5, einem außerhalb des Laugenbehälters 3 angeordneten elektrischen Antriebsmotor 7 und einem Elektronikmodul 8, wobei ein wärmeleitendes Verbindungselement 10, das aus einem oder mehreren wärmeleitenden Bauteilen 11, 12 besteht, zwischen dem Innenraum 13 des Laugenbehälters 3 und dem Elektronikmodul 8 so angeordnet ist, dass das wärmeleitende Verbindungselement 10 im direkten Kontakt zum Innenraum 13 steht und Abwärme aus einem Betrieb des Elektronikmoduls 8 zur direkten Erwärmung einer im Innenraum 13 des Laugenbehälters 3 befindlichen wässrigen Flüssigkeit 14 übertragen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Waschmaschine, welche eine Elektronikmodulverlustwärme ausnutzt, insbesondere eine Antriebselektronikverlustwärme. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Waschmaschine mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung eines Programmablaufs, einer in einem Laugenbehälter um eine Trommelwelle drehbar gelagerten Trommel, einem außerhalb des Laugenbehälters angeordneten elektrischen Antriebsmotor und einem Elektronikmodul.
Bei der Benutzung von Haushaltsgeräten ist der wirtschaftliche Umgang mit der eingesetzten Energie sehr wichtig. Besonders viel Energie in Form von Wärme fällt an bei Haushaltsgeräten wie z.B. Waschmaschinen, Wäschetrocknern oder Geschirrspülmaschinen. Um die eingesetzte elektrische Energie möglichst effizient einzusetzen, ist es bekannt, in einem Haushaltsgerät nicht mehr benötigte Wärmeenergie beispielsweise in einem darin enthaltenen Latentwärmespeicher zu speichern. Eine andere bekannte Möglichkeit ist, die Abwärme eines zum Antrieb des Haushaltsgerätes eingesetzten Elektromotors, hierin auch als Motorverlustleistung bezeichnet, für die Erwärmung einer wässrigen Flüssigkeit zu verwenden, beispielsweise zur Erwärmung einer Waschlauge in einem Laugenbehälter einer Waschmaschine.
So beschreibt die EP 2 049 722 B1 eine Waschmaschine zum Waschen und Reinigen von Kleidung mit Wasser, umfassend ein Gehäuse, einen Laugenbehälter, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, eine Trommel, die sich im Laugenbehälter dreht, und in die die zu waschende Kleidung gegeben wird, und einen Motor, der die Drehung der Trommel ermöglicht. Dabei ist ein Wärmetauscher vorhanden, der sich in einem Wärmetauschverhältnis mit dem Motor befindet, und das benötigte Wasser für die verschiedenen Waschgänge eines Waschprogramms bereitstellt, wobei das Wasser in einem früheren Waschgang entnommen und durch die vom Motor erzeugte Wärme erwärmt wird. Der Wärmetauscher ist mit einem Ende mit dem Laugenbehälter verbunden, um im entsprechenden Waschgang das erwärmte Wasser in den Laugenbehälter zu leiten. Ein Gebläse bewegt die vom Motor erzeugte Wärme zum Wärmetauscher.
Die DE 101 46 134 A beschreibt eine Antriebsvorrichtung einer Trommelwaschmaschine, deren in einem Behälter drehbar angeordnete Trommel direkt mit einem Rotor- und Statorteile aufweisenden Elektromotor antreibbar ist, wobei der Rotorteil zumindest nahe dem Außendurchmessser der Trommel an dieser und der Statorteil in Form wenigstens eines Statorsegmentes zumindest nahe dem Außendurchmesser des Behälters an diesem angeordnet sind. Das Statorsegment greift von außen durch eine Öffnung des Behälters in einen Waschflüssigkeit enthaltenden Zwischenraum zwischen dem Behälter und der Trommel ein. Der Zwischenraum ist nach außen durch eine in der Öffnung angeordnete Flüssigkeitsabdichtung verschlossen, durch welche sich das Statorelement erstreckt. Die Oberfläche des Statorelementes liegt frei im Zwischenraum, so dass von den frei liegenden Oberflächen des Statorsegmentes eine optimale Wärmeübertragung in die Waschflüssigkeit im Zwischenraum erfolgen soll. Die betriebsbedingte Wärme des Elektromotors soll hierdurch wirkungsvoller in die Waschflüssigkeit übertragen werden.
Die DE 10 2010 062 918 A beschreibt ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken mit einer Wäschetrommel zur Aufnahme der Wäschestücke, mit einem Laugenbehälter, in welchem die Wäschetrommel drehbar gelagert ist, und mit einem Antriebsmotor zum Antreiben der Wäschetrommel, welche eine Statorwicklung an dem Laugenbehälter sowie Permanentmagnete an der Wäschetrommel aufweist. Der Antriebsmotor kann hierbei als eine Wärmequelle zum Aufheizen von Wasser genutzt werden, da die aufgrund von elektrischen Verlusten entstehende Wärme in den Laugenbehälter an das dort befindliche Wasser abgeführt werden kann. Auch hier ist der Stator den chemischen Substanzen sowie Verunreinigungen in der Waschflüssigkeit ausgesetzt.
Die Steuerung einer Waschmaschine und insbesondere ihres elektrischen Antriebsmotors erfolgt unter Verwendung von einem oder mehreren Elektronikmodulen. Beim Betrieb eines Elektronikmoduls fällt ebenfalls viel Wärme an. Um einen einwandfreien Betrieb des Elektronikmoduls zu ermöglichen, wird dieses geeignet gekühlt. Eine Verwendung der Verlustwärme des Elektronikmoduls ist bislang allerdings nicht bekannt.
So beschreibt die DE 10 2011 007 171 A1 eine Kühlvorrichtung für ein Elektronikmodul eines Haushaltsgerätes, welche einen Grundkörper aufweist, auf dem zumindest bereichsweise ein Wärme ableitendes Graphitmaterial ausgebildet ist. Das Graphitmaterial ist beispielsweise in einer Folie ausgebildet, welche auf den Grundkörper aufgebracht, insbesondere aufgeklebt ist.
Die DE 10 2007 005 233 A1 beschreibt ein Leistungsmodul mit mindestens einem auf einem Substrat angeordneten Halbleiterchip mit nach außen geführten elektrischen Anschlüssen, die mit gut wärmeleitendem, elektrisch isolierendem und nach außen abdichtendem Material thermisch eng gekoppelt sind.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Waschmaschine bereitzustellen, in der die Abwärme der in der Waschmaschine eingesetzten elektrischen oder elektronischen Komponenten besser ausgenutzt werden kann, wobei auch insbesondere die beim Betrieb eines Elektronikmoduls entstehende Abwärme verwendet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch eine Waschmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Waschmaschine sind in entsprechenden abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Waschmaschine mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung eines Programmablaufs, einer in einem Laugenbehälter um eine Trommelwelle drehbar gelagerten Trommel, einem außerhalb des Laugenbehälters angeordneten elektrischen Antriebsmotor und einem Elektronikmodul, wobei ein wärmeleitendes Verbindungselement, das aus einem oder mehreren wärmeleitenden Bauteilen besteht, zwischen dem Innenraum des Laugenbehälters und dem Elektronikmodul so angeordnet ist, dass das wärmeleitende Verbindungselement im direkten Kontakt zum Innenraum steht und Abwärme aus einem Betrieb des Elektronikmoduls zur direkten Erwärmung einer im Innenraum des Laugenbehälters befindlichen wässrigen Flüssigkeit übertragen kann.
Der Begriff „Elektronikmodul“, wie er hierin verwendet wird, steht für eine komplette Baugruppe oder einzelne elektronische Bauteile, beispielsweise integrierte Schaltkreise (ICs) oder Transistoren, insbesondere Bipolartransistoren (IGBT).
Der hierin verwendete Begriff „im direkten Kontakt zum Innenraum“ ist breit auszulegen. So kann das wärmeleitende Verbindungselement in den Innenraum des Laugenbehälters ragen und/oder Teil einer inneren Laugenbehälterwand sein, beispielsweise einer seitlichen und/oder hinteren Laugenbehälterwand.
Für das wärmeleitende Verbindungselement und seine wärmeleitenden Bauteile können verschiedene wärmeleitende Materialien verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist eine Waschmachine bevorzugt, bei der das wärmeleitende Verbindungselement mindestens ein wärmeleitendes Bauteil enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff, einem Metallformkörper, einem Graphitmaterial wie z.B. einer Graphitfolie, einem wärmeleitenden Keramikformkörper, einem Wärmeleitwachsteil, einer mit einem Wärmeleitwachs beschichteten Metallfolie und einem Wärmerohr besteht. Hierbei kann das wärmeleitende Bauteil auch eine Beschichtung aufweisen, die aus einem Graphitpulver gebildet ist, dem vorteilhaft Aluminiumpulver zugegeben sein kann. Der Metallformkörper ist vorzugsweise ein Aluminiumformkörper.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht mindestens ein wärmeleitendes Bauteil aus einem Graphitmaterial. Vorzugsweise enthält dabei das Graphitmaterial Aluminiumpulver. Mehr bevorzugt ist das Graphitmaterial eine Graphitfolie, die insbesondere eine flexible Graphitfolie ist. Diese kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn keine große elektrische Isolation erforderlich ist. Graphitfolien bestehen im Allgemeinen aus anisotropem Graphit. Vorzugsweise liegt die Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Oberfläche im Bereich von 1 bis 3 W/mK und parallel zur Folienoberfläche im Bereich von 120 bis 160 W/mK. Aufgrund des geringen Reibbeiwertes einer Graphitfolie eignet sich diese insbesondere auch zur Wärmeübertragung zwischen ruhenden und sich bewegenden Teilen. Erfindungsgemäß werden insbesondere Graphitfolien mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 5 mm, eingesetzt. Geeignete Folien mit Dicken von 0,125 oder 0,25 mm sind beispielsweise von der Firma Kunze Folien GmbH erhältlich.
Erfindungsgemäß ist jedenfalls eine Waschmaschine bevorzugt, bei der das Graphitmaterial eine flexible Graphitfolie ist oder als Pulver auf den Grundkörper als Beschichtung, die vorzugsweise Aluminiumpulver enthält, aufgebracht ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine wärmeleitende Bauteil ein Wärmerohr, das häufig auch als „heatpipe“ bezeichnet wird. Dabei besteht die Wand des Wärmerohrs, zumindest an dem für einen Wärmeaustausch vorgesehenen Teil, im Allgemeinen aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. einem Metall wie Aluminium oder Kupfer, oder aus einem z.B. thermoplastischen Kunststoff, der vorzugsweise mit einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit ausgestattet ist. Im Rohr hermetisch eingeschlossen befindet sich ein Arbeitsmedium, z.B. Wasser. Die Wärmeübertragung zwischen Wärmequelle und -senke findet über unterschiedliche Kontaktflächen derart statt, dass das Arbeitsmedium an der Kontaktfläche mit der Wärmequelle verdampft und an der Kontaktfläche zu einer Wärmesenke kondensiert. Auf diese Weise findet der Wärmetransport indirekt über den stoffgebundenen Transport von latenter Wärme statt.
Geeignete Wärmerohre haben im Allgemeinen einen Durchmesser im Bereich von 2 bis 25 mm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 12 mm, sowie eine Länge im Bereich von 100 bis 600 mm.
Eine mit Wärmeleitwachs beschichtete Metallfolie im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Kupferfolie sein, die beidseitig mit Polyamid- oder Polyimidfolie isoliert und mit Wärmeleitwachs beschichtet ist.
Schließlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Waschmaschine mindestens ein wärmeleitendes Bauteil ein Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff. Vorzugsweise enthält hierbei der thermisch leitfähig modifizierte Kunststoff ein Verbundmaterial aus einem Kunststoff und einem Füllstoff, der verglichen mit dem Kunststoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist und beispielsweise aus einem Pulver, Flakes und/oder Fasern ausgewählt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Kunststoff vorteilhaft ein Kunststoff aus der Gruppe, die aus Polyolefinen, Olefincopolymerisaten, Styrolcopolymerisaten, Paraphenylensulfid, Polyetherimid und Polyamiden besteht. Diese sind alle thermoplastische Kunststoffe. Vorzugsweise ist das Styrolcopolymerisat ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS). Ganz besonders bevorzugt ist der Kunststoff ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen.
Durch Zugabe von thermisch leitenden keramischen, metallischen und organischen Füllstoffen kann die Wärmeaufnahme und -leitung des Formkörpers aus Kunststoff unter Beibehaltung der vielfältigen Gestaltungsfreiheit, des niedrigen Gewichts und der Beständigkeit des Kunststoffs erweitert werden. Gleichzeitig kann die elektrische Leitfähigkeit niedrig gehalten oder aber erhöht werden. Eine anisotrope Wärmeleitung ermöglicht auf den Einsatzzweck abgestimmte Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff.
Der Füllstoff enthält beispielsweise metallisches Aluminium, Aluminiumnitrid, Graphit und/oder Kohlenstoffnanoröhren oder der Formkörper besteht daraus.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff als Füllstoff geblähten Graphit, vorzugsweise in einer Menge von, bezogen auf die Gesamtmasse von Kunststoff und Füllstoff, maximal 15 Gew.-%.
Die in bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Waschmaschine eingesetzten Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNTs) sind insbesondere mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoffatomen, die eine wabenartige Struktur mit Sechsecken und jeweils drei Bindungspartnern einnehmen und ein- oder mehrwandig sind. Kohlenstoffnanoröhren haben im Allgemeinen einen Durchmesser von 0,4 nm bis 50 nm und eine Länge von 10 µm bis 10 mm. Bevorzugt werden mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren verwendet, vor allem mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser der Röhren im Bereich von 10 bis 20 nm, insbesondere im Bereich von 13 bis 16 nm.
Bei dem in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eingesetzten Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff werden insbesondere Kohlenstoffnanoröhren mit einem Durchmesser von 5 bis 15 nm und einer Länge von 1 bis 15 µm eingesetzt.
Die einsetzbaren Kohlenstoffnanoröhren sind auf verschiedene Weise herstellbar, beispielsweise durch Verdampfung von Graphit mit einem Laser oder durch eine Lichtbogenentladung zwischen Kohlenstoffelektroden. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt, die erhältlich sind durch Abscheidung aus der Dampfphase bei der katalytischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen (CVD). Eine geeignete Herstellungsmethode für Kohlenstoffnanoröhren ist beispielsweise in der US 2009/0134363 A beschrieben.
Für eine gute Durchmischung von Kunststoff und Kohlenstoffnanoröhren im Formkörper, insbesondere wenn ein thermoplastischer Kunststoff eingesetzt wird, wird vorteilhaft ein Dispergiermittel eingesetzt. Vorzugsweise wird daher der Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff unter Verwendung eines Dispergiermittels für die Kohlenstoffnanoröhren im thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Geeignete Dispergiermittel sind beispielsweise Polyoxyalkylenglykole und deren Derivate. Weitere geeignete Dispergiermittel sind zum Beispiel in der US 2007/0232748 A1 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waschmaschine ist ein eingesetzter Formkörper aus einem wärmeleitfähig modifizierten Kunststoff erhältlich durch Dispergieren der Kohlenstoffnanoröhren in einem thermoplastischen Kunststoff in Anwesenheit eines Dispergiermittels. Dabei wird insbesondere eine Vermischung des thermoplastischen Kunststoffes mit den Kohlenstoffnanoröhren in der Schmelze des Kunststoffs durchgeführt. Hierzu wird beispielsweise ein Extruder verwendet, insbesondere ein Zweischneckenextruder. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn die Kohlenstoffnanoröhren als Masterbatches eingesetzt werden, die Kohlenstoffnanoröhren sowie weitere Zusatzstoffe enthalten.
Vorzugsweise wird die Herstellung des Formkörpers aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff unter einer Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt. Dies kann beispielsweise durch Strecken der Schmelze aus thermoplastischem Polymer bei mindestens der Schmelztemperatur des Polymeren und/oder durch Strecken des Verbundwerkstoffes im festen Zustand geschehen.
Eine für den Einsatz in der Waschmaschine erforderliche Form des Formkörpers kann auf an sich bekannte Weise, beispielsweise durch Thermoformen oder durch Spritzgießen, hergestellt werden.
Solange die wärmeleitende Funktion erfüllt werden kann, ohne dass die für den vorgesehenen Einsatzzweck erforderlichen mechanischen Eigenschaften des Formkörpers aus dem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff beeinträchtigt werden, ist die Menge an Füllstoff im Verbundmaterial nicht eingeschränkt. Das Ausmaß der mechanischen Beanspruchung des Formkörpers aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff hängt vor allem davon ab, ob dieser Formkörper auch mechanische Funktionen wie z.B. Befestigung des Stators, Aufnahme der Motorlager usw. übernehmen soll.
Falls Kohlenstoffnanoröhren verwendet werden, liegt deren Menge im Allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Kunststoffformkörpers. Beispielsweise weist ein geeigneter Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Polypropylen einen Anteil von 3 Gew.-% Kohlenstoffnanoröhren auf.
Während es im Allgemeinen vorteilhaft ist, gut wärmeleitende Materialien zu verwenden, hängt die Auswahl auch davon ab, ob das Material elektrisch isolierend oder nicht isolierend sein soll. Dies ist vor allem hinsichtlich des Materials, das sich in engem Kontakt mit dem Elektronikmodul oder ggf. dem Antriebsmotor befindet, von Bedeutung. Sofern eine Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen besteht, wird vorzugsweise ein elektrisch isolierendes, aber dennoch über gute Wärmeleiteigenschaften verfügendes Material verwendet.
Der hierin verwendete Begriff „elektrisch isolierende Materialien“ bezieht sich insbesondere auf Materialien mit einem spezifischen elektrischen Durchgangswiderstand von mindestens 10⁹ Ωm. Der hierin verwendete Begriff „elektrisch nicht isolierende Materialien“ bezieht sich insbesondere auf Materialien mit einem spezifischen elektrischen Durchgangswiderstand von höchstens 10⁵ Ωm.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass ein im direkten Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit im Laugenbehälter stehendes erstes Bauteil des wärmeleitenden Verbindungselementes eine Wärmeleitfähigkeit λ_bt aufweist, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit λ_lbw einer Laugenbehälterwand.
Im Allgemeinen liegt bei der erfindungsgemäßen Waschmaschine die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Verbindungselementes und/oder seiner wärmeleitenden Bauteile im Bereich von 0,3 bis 50 W/mK, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 20 W/mK und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 15 W/mK. Dabei wird die Wärmeleitfähigkeit im Allgemeinen gemäß DIN 52612 bestimmt. Die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Verbindungselementes kann hierbei insbesondere eine zusammengesetzte Wärmeleitfähigkeit sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waschmaschine ist das Elektronikmodul auf einem Grundkörper angeordnet, auf dem ein Graphitmaterial als wärmeleitendes Bauteil angebracht ist. Der Grundkörper dient im Allgemeinen als Träger für das Elektronikmodul und/oder als Stütze für das Graphitmaterial. Das Material des Grundkörpers ist hierbei nicht besonders eingeschränkt, solange es die vom Elektronikmodul erzeugte Abwärme ableiten kann und eine mechanisch stabile Anbringung des Graphitmaterials ermöglicht. Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus Kunststoff oder Metall.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper eine Gehäusewand des Elektronikmoduls bildet. Dadurch kann der Grundkörper einerseits zur Abführung und Wiederverwendung von im Elektronikmodul erzeugter Wärme und andererseits zum Umgeben des Elektronikmoduls verwendet werden. Beispielsweise kann hier eine mehrfach gebogene und gewinkelte Formgebung einer Platte vorgesehen sein, wobei ein Teil dieser Platte dann eine Gehäusewand des Elektronikmoduls darstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Waschmaschine umfasst das wärmeleitende Verbindungselement ein erstes wärmeleitendes Bauteil im Innenraum des Laugenbehälters und ein zweites wärmeleitendes Bauteil, das direkt oder über einen Grundkörper mit dem Elektronikmodul verbunden ist.
Überdies ist es bevorzugt, dass das zweite wärmeleitende Bauteil eine flexible Graphitfolie ist, welche an einem Ende mit dem ersten wärmeleitenden Bauteil und am anderen Ende direkt oder über einen Grundkörper mit dem Elektronikmodul verbunden ist.
Vorzugsweise ist das erste wärmeleitende Bauteil ein Aluminiumformkörper oder ein Wärmerohr.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die berücksichtigt, dass sich eine zu erwärmende wässrige Flüssigkeit, z.B. Waschlauge, insbesondere in einer unteren Hälfte des Laugenbehälters befindet, reicht ein im direkten Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit im Laugenbehälter stehendes erstes wärmeleitendes Bauteil in eine untere Hälfte des Laugenbehälters. Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, dass das erste wärmeleitende Bauteil in einen unteren Zwischenraum zwischen der Trommel und einer seitlichen Laugenbehälterwand ragt, wobei dieser Zwischenraum insbesondere unterhalb der untersten Stelle der Trommel liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Waschmaschine umfasst das wärmeleitende Verbindungselement als ein wärmeleitendes Bauteil ein Motorkühlbauteil, vorzugsweise bestehend aus Graphitmaterial, am elektrischen Antriebsmotor.
Die Art des elektrischen Antriebsmotors ist nicht eingeschränkt, so dass sehr unterschiedliche Elektromotoren eingesetzt werden können. Demgemäß wird die Auswahl eines geeigneten wärmeleitfähigen Bauteils und insbesondere auch dessen Form von der Ausführung des Antriebsmotors abhängen und insbesondere davon, von welchem Teil des Antriebsmotors die Abwärme zum Laugenbehälter übertragen werden soll. Eine Graphitfolie ist zur Anpassung an die Form des Antriebsmotors besonders geeignet und daher ein bevorzugtes wärmeleitendes Bauteil.
Es hat sich für den Betrieb einer Waschmaschine als vorteilhaft herausgestellt, wenn als Antriebsmotor ein BLCD-Motor verwendet wird. Ein BLDC-Motor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor (Brushless DC Motor), bei dem der übliche mechanische Kommutator mit Bürsten zur Stromanwendung durch eine elektronische Ansteuerschaltung ersetzt ist. Üblicherweise ist bei BLDC-Motoren der Rotor mit einem Permanent-Magneten realisiert und der feststehende Stator umfasst Spulen, die von einer elektronischen Schaltung zeitlich versetzt angesteuert werden, um ein Drehfeld zu erzeugen, das am permanent erregten Rotor ein Drehmoment erzeugt. Bei BLDC-Motoren ist es möglich, die elektronische Kommutierung in Abhängigkeit von der Rotorposition, der Rotordrehzahl und dem Drehmoment zu gestalten. Zur Erfassung von Rotorposition und Drehzahl werden dabei eine sensorgesteuerte und eine sensorlose Kommutierung verwendet. Der Einsatz eines BLDC-Motors als Antriebsmotor ermöglicht auf einfache Weise jedenfalls eine Änderung der Drehzahl und insbesondere auch eine hohe Drehzahl.
Das mindestens eine wärmeleitende Bauteil, das direkt mit dem Inneren des Laugenbehälters im Kontakt steht, kann in den Innenraum des Laugenbehälters ragen oder aber in einer seitlichen und/oder hinteren Laugenbehälterwand angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waschmaschine ist ein erstes wärmeleitendes Bauteil des wärmeleitenden Verbindungselementes in einer Laugenbehälterwand angeordnet.
Ebenso kann beispielsweise in der seitlichen Laugenbehälterwand eine Ausnehmung vorhanden sein, in welche das wärmeleitende Bauteil ragt. Für den Fall, dass das Element in die Ausnehmung im Innenraum des Laugenbehälters hineinragt, ist im Allgemeinen in der Laugenbehälterwand eine geeignete Öffnung vorhanden.
In einer alternativen Ausführungsform der Waschmaschine ragen daher ein erstes wärmeleitendes Bauteil und/oder ein zweites wärmeleitendes Bauteil durch eine Öffnung in der Laugenbehälterwand in den Innenraum des Laugenbehälters. Wenn sich die Öffnung in der seitlichen Laugenbehälterwand befindet, ragt das erste wärmeleitende Bauteil vorzugsweise in einen Raum, der durch eine Ausnehmung in der seitlichen Laugenbehälterwand gebildet wird.
Der Umstand, dass ein wärmeleitendes Verbindungselement von außerhalb des Laugenbehälters bis in den Innenraum des Laugenbehälters reicht, kann erfindungsgemäß vorteilhaft auch zur Speicherung von nicht mehr benötigter Wärmeenergie in der warmen Waschlauge verwendet werden. Dies ist dann von Bedeutung, wenn für einen Waschgang die erhitzte Waschlauge, erhitzt durch die Abwärme des Antriebsmotors bzw. durch die von einer im Allgemeinen in einem Laugenbehälter vorhandenen zusätzlichen elektrischen Heizung, nicht mehr benötigt wird.
Zur Zwischenspeicherung der Wärmeenergie ist das wärmeleitende Verbindungselement vorteilhaft mit einem Wärmespeicher verbunden, beispielsweise mit einem an sich bekannten Latentwärmespeicher.
Überdies ermöglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Waschmaschine, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Elektronikmodul und dem Innenraum des Laugenbehälters gesteuert erfolgen kann, insbesondere auch unterbrochen werden kann, wenn beispielsweise eine Waschlauge im Laugenbehälter zu warm ist. Hierzu kann in das wärmeleitende Verbindungselement automatisch oder auf Veranlassung durch einen Benutzer der Waschmaschine ein wärmeisolierendes Element eingeführt oder an einem Ende des Verbindungselementes angeordnet werden, um die Wärmeleitung zu unterbrechen. Außerdem könnte aus dem wärmeleitenden Verbindungselement ein wärmeleitendes Bauteil umkehrbar entfernt werden. Eine Unterbrechung kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die Waschlauge sehr warm ist und eine durch das wärmeleitende Verbindungselement vermittelte Erwärmung des Elektronikmoduls durch die warme Waschlauge verhindert werden soll. Falls in Ausführungsformen der Erfindung auch die Motorverlustleistung des elektrischen Antriebsmotors zur Erwärmung einer wässrigen Flüssigkeit im Laugenbehälter ausgenutzt werden soll, gelten diese Ausführungen entsprechend für eine wärmeleitende Anbindung des elektrischen Antriebsmotors.
Die Waschmaschine ist erfindungsgemäß eine Waschmaschine im eigentlichen Sinne, also ohne Trocknungsfunktion, kann aber auch als Waschtrockner ausgebildet sein. Ein Waschtrockner ist ein Kombinationsgerät, welches über eine Waschfunktion zum Waschen von Wäsche und über eine Trocknungsfunktion zum Trocknen von feuchter Wäsche verfügt.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Waschmaschine mit einer verbesserten Ausnutzung der zu ihrem Betrieb eingesetzten elektrischen Energie bereitgestellt wird, indem die beim Betrieb des Elektronikmoduls freiwerdende Wärme zur Erwärmung einer wässrigen Flüssigkeit im Laugenbehälter herangezogen wird. Dies führt nicht nur zu einer Energieersparnis. Es wird nämlich gleichzeitig das Elektronikmodul effizient gekühlt und somit ein einwandfreier Betrieb der Waschmaschine unterstützt. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist es schließlich möglich, die in einer warmen, nicht mehr benötigten Waschlauge enthaltene Wärmeenergie zurückzugewinnen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 näher illustriert, in denen gleiche Bezugszeichen jeweils die gleiche Bedeutung haben.
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Waschmaschine. Die Waschmaschine 1 in 1 weist einen Laugenbehälter 3 auf, in dem eine Trommel 5 um eine Trommelwelle 4 drehbar gelagert ist und durch einen elektrischen Antriebsmotor 7 betrieben werden kann. Der Antriebsmotor 7 ist außerhalb des Laugenbehälters 3 hinter einer hinteren Laugenbehälterwand 16 angeordnet. Eine Steuereinrichtung 2 dient zur Steuerung eines Programmablaufs in der Waschmaschine 1. Ein Elektronikmodul 8 enthält insbesondere die Antriebselektronik für den elektrischen Antriebsmotor 7.
Ein wärmeleitendes Verbindungselement 10, das bei dieser Ausführungsform aus zwei wärmeleitenden Bauteilen 11, 12 besteht, ist zwischen dem Innenraum 13 des Laugenbehälters 3 und dem Elektronikmodul 8 so angeordnet, dass das wärmeleitende Verbindungselement 10 im direkten Kontakt zum Innenraum 13 steht und Abwärme aus einem Betrieb des Elektronikmoduls 8 zur direkten Erwärmung einer im Innenraum 13 des Laugenbehälters 3 befindlichen wässrigen Flüssigkeit 14 übertragen kann. Das im direkten Kontakt mit dem Innenraum 13 des Laugenbehälters 3 stehende erste wärmeleitende Bauteil 11 ist hier als Wärmerohr 18 ausgestaltet und das zweite wärmeleitende Bauteil 12 eine Graphitfolie, die zwischen dem ersten wärmeleitenden Bauteil 11 und dem Elektronikmodul 8 angeordnet ist. Dabei befindet sich die Graphitfolie auf einem Grundkörper 9, auf dem wiederum das Elektronikmodul 8 angebracht ist. Das Wärmerohr 18 ist hier in die hintere Laugenbehälterwand 16 integriert.
Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Waschmaschine weist das im direkten Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit 14 im Innenraum 13 des Laugenbehälters 3 stehende erste wärmeleitende Bauteil 11, d.h. das Wärmerohr 18, des Verbindungselementes 10 eine Wärmeleitfähigkeit λ_bt auf, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit λ_lbw einer Laugenbehälterwand 6, 15, 16, insbesondere der hinteren Laugenbehälterwand 16.
Zur Speicherung von überschüssiger Wärmeenergie ist ein Wärmespeicher 19, hier als Latentwärmespeicher ausgebildet, mit dem wärmeleitenden Verbindungselement 10 verbunden. 20 bedeutet eine Öffnung für die Zugabe/Entnahme von Wäschestücken in die Trommel 5. 15 bedeutet eine seitliche Laugenbehälterwand.
In 1 reicht das im direkten Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit 14 im Laugenbehälter 3 stehende erste wärmeleitende Bauteil 11 in eine untere Hälfte 17 des Laugenbehälters 3.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Waschmaschine 1. Das Elektronikmodul 8 befindet sich hierbei auf einem Grundkörper 9. Auf den Grundkörper 9 ist ein erstes Ende einer Graphitfolie 27 als zweites wärmeleitendes Bauteil 12 geklebt. Hierbei dient der Grundkörper 9 insbesondere auch als eine Stütze für die Graphitfolie 27. Die Graphitfolie 27 ist an ihrem zweiten Ende auf einen Aluminiumformkörper 28 als einem ersten wärmeleitenden Bauteil 11 geklebt. Der Aluminiumformkörper 28 sowie die auf ihn geklebte Graphitfolie 27 befinden sich bei der hier gezeigten zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Waschmaschine teilweise im Innenraum 13 von Laugenbehälter 3 und teilweise außerhalb des Laugenbehälters 3. Hierzu ragt der mit einer Graphitfolie 27 versehene Aluminiumformkörper 28 über eine Öffnung 21 in der hinteren Laugenbehälterwand 16 in den Innenraum 13. Für eine bessere Wärmeübertragung auf eine hier nicht gezeigte wässrige Flüssigkeit im Innenraum 13 weist der Aluminiumformkörper 28 halbkugelförmige Rippen 25 auf. Der Aluminiumformkörper 28 und die Graphitfolie 27 bilden hier somit das wärmeleitende Verbindungselement 10. 20 bedeutet eine Öffnung für die Zugabe/Entnahme von Wäschestücken in die Trommel 5.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Waschmaschine 1. Das Elektronikmodul 8 befindet sich hierbei auf einem Grundkörper 9. Eine Graphitfolie 27 ist einerseits mit dem Grundkörper 9 verklebt und andererseits mit einer weiteren Graphitfolie 27‘ verklebt, die wiederum auf einen Aluminiumformkörper 28 geklebt ist. Hierbei dient der Basiskörper insbesondere auch als eine Stütze für die Graphitfolie 27. Der Aluminiumformkörper 28 sowie die auf ihn geklebte Graphitfolie 27‘ befinden sich bei der hier gezeigten zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Waschmaschine teilweise im Innenraum 13 von Laugenbehälter 3 und teilweise außerhalb des Laugenbehälters 3. Hierzu ragt der mit einer Graphitfolie 27‘ versehene Aluminiumformkörper 28 durch eine Öffnung 21 in der hinteren Laugenbehälterwand 16 in den Innenraum 13. Für eine bessere Wärmeübertragung auf eine hier nicht gezeigte wässrige Flüssigkeit im Innenraum 13 weist der Aluminiumformkörper 28 hier halbkugelförmige Rippen 25 auf. Der Aluminiumformkörper 28 und die Graphitfolie 27‘ bilden hier somit das wärmeleitende Verbindungselement 10. 20 bedeutet eine Öffnung für die Zugabe/Entnahme von Wäschestücken in die Trommel 5.
Bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Waschmaschine wird auch die Motorverlustleistung eines elektrischen Antriebsmotors 7 zur Erwärmung einer wässrigen Flüssigkeit im Laugenbehälter 3 herangezogen. Hierzu ist am Antriebsmotor 7 eine flexible Graphitfolie 27‘‘ als Motorkühlbauteil 26 angeordnet. Die Graphitfolie 27‘‘ ist wiederum mit der Graphitfolie 27‘ auf dem Aluminiumformkörper 28 verklebt. Auf diese Weise kann die Abwärme von Elektronikmodul 8 und vom Antriebsmotor 7 für die Erwärmung einer wässrigen Flüssigkeit im Laugenbehälter verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Waschmaschine
2: Steuereinrichtung
3: Laugenbehälter
4: Trommelwelle
5: Trommel
6: Laugenbehälterwand
7: elektrischer Antriebsmotor
8: Elektronikmodul
9: Grundkörper
10: wärmeleitendes Verbindungselement
11: wärmeleitendes Bauteil, erstes Bauteil
12: wärmeleitendes Bauteil, zweites Bauteil
13: Innenraum (des Laugenbehälters)
14: wässrige Flüssigkeit
15: seitliche Laugenbehälterwand
16: hintere Laugenbehälterwand
17: untere Hälfte des Laugenbehälters
18: Wärmerohr, heatpipe
19: Wärmespeicher, z.B. Latentwärmespeicher
20: Öffnung für die Zugabe/Entnahme von Wäschestücken
21: Öffnung in der hinteren Laugenbehälterwand
22: Antriebsriemen; Keilriemen; Keilrippenriemen
23: Elektrische Heizung im Laugenbehälter
24: Ausnehmung in der seitlichen Laugenbehälterwand
25: Rippen
26: Motorkühlbauteil, z.B. Graphitfolie
27, 27‘, 27‘‘: flexible Graphitfolie
28: Aluminiumformkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2049722 B1 [0003]
DE 10146134 A [0004]
DE 102010062918 A [0005]
DE 102011007171 A1 [0007]
DE 102007005233 A1 [0008]
US 2009/0134363 A [0028]
US 2007/0232748 A1 [0029]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 52612 [0038]

Claims

Waschmaschine (1) mit einer Steuereinrichtung (2) zur Steuerung eines Programmablaufs, einer in einem Laugenbehälter (3) um eine Trommelwelle (4) drehbar gelagerten Trommel (5), einem außerhalb des Laugenbehälters (3) angeordneten elektrischen Antriebsmotor (7) und einem Elektronikmodul (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmeleitendes Verbindungselement (10), das aus einem oder mehreren wärmeleitenden Bauteilen (11, 12) besteht, zwischen dem Innenraum (13) des Laugenbehälters (3) und dem Elektronikmodul (8) so angeordnet ist, dass das wärmeleitende Verbindungselement (10) im direkten Kontakt zum Innenraum (13) steht und Abwärme aus einem Betrieb des Elektronikmoduls (8) zur direkten Erwärmung einer im Innenraum (13) des Laugenbehälters (3) befindlichen wässrigen Flüssigkeit (14) übertragen kann.
Waschmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Verbindungselement (10) mindestens ein wärmeleitendes Bauteil (11, 12) enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Formkörper aus einem thermisch leitfähig modifizierten Kunststoff, einem Metallformkörper, einem Graphitmaterial, einem wärmeleitenden Keramikformkörper, einem Wärmeleitwachsteil, einer mit einem Wärmeleitwachs beschichteten Metallfolie und einem Wärmerohr besteht.
Waschmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallformkörper ein Aluminiumformkörper ist.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (8) auf einem Grundkörper (9) angeordnet ist, auf dem ein Graphitmaterial als wärmeleitendes Bauteil (12) angebracht ist.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphitmaterial (12) eine flexible Graphitfolie ist oder als Pulver auf den Grundkörper (9) als Beschichtung, die vorzugsweise Aluminiumpulver enthält, aufgebracht ist.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Verbindungselement (10) ein erstes wärmeleitendes Bauteil (11) im Innenraum (13) des Laugenbehälters (3) und ein zweites wärmeleitendes Bauteil (12), das direkt oder über einen Grundkörper (9) mit dem Elektronikmodul (8) verbunden ist, umfasst.
Waschmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite wärmeleitende Bauteil (12) eine flexible Graphitfolie (27) ist, welche an einem Ende mit dem ersten wärmeleitenden Bauteil (11) und am anderen Ende direkt oder über einen Grundkörper (9) mit dem Elektronikmodul (8) verbunden ist.
Waschmaschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste wärmeleitende Bauteil (11) ein Aluminiumformkörper oder ein Wärmerohr ist.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch charakterisiert, dass ein im direkten Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit (14) im Laugenbehälter (3) stehendes erstes Bauteil (11) des wärmeleitenden Verbindungselementes (10) eine Wärmeleitfähigkeit λ_bt aufweist, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit λ_lbw einer Laugenbehälterwand (6, 15, 16).
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein im direkten Kontakt mit der wässrigen Flüssigkeit (14) im Laugenbehälter (3) stehendes erstes wärmeleitendes Bauteil (11) in eine untere Hälfte (17) des Laugenbehälters (3) reicht.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Verbindungselementes (10) und/oder seiner wärmeleitenden Bauteile (11, 12) im Bereich von 0,3 bis 50 W/mK liegt.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Verbindungselement (10) als ein wärmeleitendes Bauteil (12) ein Motorkühlbauteil (26) am elektrischen Antriebsmotor (7) umfasst.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes wärmeleitendes Bauteil (11) des wärmeleitenden Verbindungselementes (10) in einer seitlichen und/oder hinteren Laugenbehälterwand (6, 15, 16) angeordnet ist.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes wärmeleitendes Bauteil (11) und/oder ein zweites wärmeleitendes Bauteil (12) durch eine Öffnung (21) in der Laugenbehälterwand (16) in den Innenraum (13) des Laugenbehälters (5) ragen.
Waschmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Verbindungselement (10) mit einem Wärmespeicher (19) verbunden ist.