DE102014212616A1

DE102014212616A1 - Flüssigkeits- Förderpumpe für ein elektrisches Haushaltsgerät

Info

Publication number: DE102014212616A1
Application number: DE102014212616.9A
Authority: DE
Inventors: Igor Hoffmann; Stephan Lutz; Hans-Holger Pertermann; Sergej Stumpf-Schemetow
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Eine Förderpumpe, insbesondere Nassläuferpumpe (2), für ein elektrisches Haushaltsgerät, insbesondere für eine Geschirrspülmaschine, weist eine Welle (16) antreibende Rotoreinheit (8) und ein Förderrad (14) zum Pumpen von Förderflüssigkeit auf. Dabei ist die Welle (16) mittels zumindest eines Lagers (22, 24) gelagert. Das Förderrad (14) ist über die Welle (16) antreibbar. Das jeweilige Lager (22, 24) der Welle (16) ist erfindungsgemäß als Kunststoff-Gleitlager ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Förderpumpe, insbesondere Nassläuferpumpe, für ein elektrisches Haushaltsgerät, insbesondere Umwälzpumpe für eine Geschirrspülmaschine, mit einer eine Welle antreibenden Rotoreinheit, wobei die Welle mittels zumindest eines Lagers gelagert ist.
In wasserführenden Haushaltsgeräten wie z.B. Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen, Wäschetrocknern sind zum Umwälzen oder Abpumpen von Flüssigkeiten elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Förderpumpen, insbesondere Kreiselpumpen, verbaut. An solche Flüssigkeits-Förderpumpen für wasserführende Haushaltsgeräte sind in der Praxis hohe Anforderungen bezüglich ihrer Funktionszuverlässigkeit gestellt. Unter anderem sind dazu deren Antriebswellen bisher üblicherweise in Lagern drehbar gehalten, die jeweils vollständig aus einer gesinterten Keramik oder im Ganzen aus einer Kohle-Graphitmischung hergestellt sind. In der Massenfertigung von Flüssigkeits-Förderpumpen für Haushaltsgeräte, bei denen es auf eine möglichst materialverbrauchsarme, energieschonende und/oder einfache Produktion sowie einen möglichst einfachen Zusammenbau ihrer Bauteile ankommt, kann die Herstellung und/oder der Einbau derartiger Lager aus gesinterter Keramik zu aufwendig oder aus einer Kohle-Graphitmischung ungünstig sein. Insbesondere sind Keramiklager nicht ausreichend trockenlaufsicher. Zudem bedürfen sie aufgrund von Fertigungstoleranzen beim Pressen und Sintern ihres jeweiligen Keramikwerkstoffs in der Regel einer arbeitsintensiven Nachbearbeitung. Lager aus einer Kohle-Graphitmischung sind denen gegenüber zwar unempfindlicher gegen Trockenlauf, jedoch empfindlicher gegen Verschmutzung, weil es durch Schmutzpartikel in der Förder-Flüssigkeit zum Materialabrieb im oder am jeweiligen Lager kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Flüssigkeits-Förderpumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine bereitzustellen, deren ein oder mehrere Lager einfach herstellbar und dennoch zuverlässig sind.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Flüssigkeits-Förderpumpe mit den Merkmalen des vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Förderpumpe, insbesondere Nassläuferpumpe, eines wasserführenden Haushaltsgeräts, insbesondere bei der Umwälzpumpe einer Geschirrspülmaschine, das jeweilige Lager der Welle als Kunststoff-Gleitlager ausgebildet. Dieses ist einfach, materialverbrauchsgünstig und/oder energieschonend herstellbar. Insbesondere lässt es sich durch Kunststoffspritzen unschwierig fertigen. Wegen der einfachen Verarbeitbarkeit der Kunststoffmaterial(ien) lassen sich Lager mit vielfältigen geometrischen Formen und Strukturen produzieren. Ein Verpressen und energieintensives Sintern von Keramikteilchen, wie dies bei der Herstellung eines Keramik-Lagers durchgeführt wird, kann ggf. entfallen. Durch entsprechende Auswahl eines Kunststoffmaterials oder einer Kunststoffmaterial-Zusammensetzung können die materialspezifischen Eigenschaften des jeweiligen Lagers an die jeweilig vorliegenden Anforderungen in der Flüssigkeits-Förderpumpe leicht und flexibel angepasst werden. So können Vorgaben insbesondere an die Temperaturfestigkeit, Verschleißfestigkeit/Abriebfestigkeit, Reibungsarmut, Gleitfähigkeit, Selbstschmierung, Schmutzpartikeltoleranz bzw. -Unempfindlichkeit, Trockenlaufsicherheit und/oder Hydrolyse- und/oder Laugenbeständigkeit des jeweiligen Lagers im Unterschied zu bisherigen Keramik- oder Graphit/Kohle-Lagern verbessert eingehalten werden. Zudem ist Kunststoffmaterial vielfältiger und kostengünstiger als Graphit oder Keramik am Markt verfügbar, was für die Massenfertigung von Flüssigkeits-Förderpumpen in wasserführenden Haushaltsgeräten vorteilhaft ist. Derartige Kunststoff-Gleitlager sind also verschleißarm, schmutzpartikel-tolerant bzw. unempfindlich und können sogar Trockenlaufphasen der Flüssigkeits-Förderpumpe überstehen, während der im jeweiligen Lager Schmierflüssigkeit für eine ausreichende Benetzung mit Flüssigkeit, insbesondere Förderflüssigkeit, fehlt.
Zweckmäßigerweise ist im Förderbereich des Gehäuses der Flüssigkeits-Förderpumpe ein Förderrad zum Pumpen von Förderflüssigkeit angeordnet, das über die Welle antreibbar, d.h. in Rotation versetzbar ist. Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Kraftübertragung von der elektrischen Antriebseinheit der Flüssigkeits-Förderpumpe, die vorzugsweise einen feststehenden Stator in einem trockenen Bereich des Gehäuses der Förderpumpe und eine durch den Stator in Rotation versetzbare Rotoreinheit in einem mit Flüssigkeit, insbesondere Förderflüssigkeit, gefüllten Bereich des Gehäuses umfasst, auf das Förderrad sichergestellt.
Insbesondere kann es für eine einwandfreie Lagerung der Welle günstig sein, wenn die Welle auf der dem Förderrad zugewandten Seite der Rotoreinheit mit einem ersten Lager und auf der dem Förderrad abgewandten Seite der Rotoreinheit mit einem zweiten Lager gelagert ist. Durch diese beidseitige Lagerung der Welle zu beiden Seiten der Rotoreinheit ist deren mechanisch stabile, weitgehend ausbalancierte Lagerung sichergestellt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das jeweilige Lager als Kunststoff-Buchsenteil ausgebildet ist, das vollständig aus einem spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder einer spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung hergestellt ist. Diese materialeinheitliche Ausführung des jeweiligen Buchsenteils erleichtert vorteilhaft die Herstellung des jeweiligen Lagers. Bei entsprechender Auslegung ist weitgehend robust gegen Verschleiß und dadurch wartungsarm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das jeweilige Lager als Kunststoff-Buchsenteil ausgebildet sein, das insbesondere eine radial äußere Trägerschicht und eine der Welle zugewandte, radial innere Laufflächenschicht aufweist, wobei nur für dessen radial innere Laufflächenschicht ein spezifisches Kunststoff-Gleitmaterial oder eine spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung gewählt ist. Dadurch kann für die radial äußere Trägerschicht ein davon verschiedenes Kunststoffmaterial oder eine davon verschiedene Kunststoff-Materialzusammensetzung gewählt sein, welches/welche die Anforderungen des spezifischen Kunststoff-Gleitmaterials bzw. der spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung der radial inneren Laufflächenschicht wie z.B. an deren Temperaturfestigkeit, Verschleißfestigkeit/Abriebfestigkeit, Reibungsarmut, Gleitfähigkeit, Selbstschmierung, Schmutzpartikeltoleranz bzw. -Unempfindlichkeit, Trockenlaufsicherheit und/oder Hydrolyse- und/oder Laugenbeständigkeit nicht zu erfüllen braucht, sondern anderen Kriterien wie z.B. Formbeständigkeit, Stabilität, Schwingungsentkopplung, Geräuscharmut, usw ... genügen kann.
Insbesondere kann die radial äußere Trägerschicht aus einem Kunststoffmaterial bzw. einer Kunststoffmaterialzusammensetzung hergestellt sein, das bzw. die eine präzise Fertigung eines Grundkörpers einer gewünschten Geometrieform unter Einhaltung vorgegebener Fertigungsmaße erlaubt und/oder mit dem bzw. mit der die innere Laufflächenschicht eine einwandfreie materialinnige Verbindung eingeht. Dafür kann vorzugsweise ein ausreichend eigensteifes und/oder hartes Kunststoffmaterial wie z.B. Polypropylen, Polyamide zweckmäßig sein.
Insbesondere sind die radial äußere Trägerschicht und die radial innere Laufflächenschicht durch ein 2K(„Zweikomponenten“)-Kunststoffspritzverfahren und/oder durch ein Pressverfahren materialinnig, insbesondere materialschlüssig, miteinander verbunden.
Ggf. kann es zweckmäßig sein, wenn für die radial äußere Trägerschicht ein(e) vorzugsweise elastische(s) bzw. federnde(s), insbesondere in radialer und/oder axialer Richtung nachgiebiges, weiches Kunststoffmaterial oder nachgiebige Kunststoffmaterialzusammensetzung verwendet ist. Dadurch wird weitgehend vermieden, dass etwaige Vibrationen und/oder Stöße der im Betrieb der Flüssigkeits-Förderpumpe rotierenden Antriebswelle, die im Durchgang der jeweiligen Lagerbuchse gehalten ist, in unerwünschtem Ausmaß auf andere Bauteile und/oder das Gehäuse der Förderpumpe übertragen werden, was dort ansonsten zu unerwünschten Geräuschanregungen führen könnte. Auch können durch eine solche Materialauswahl Fertigungstoleranzen am vorgesehenen Einbauort des jeweiligen Lagers, insbesondere der Antriebswelle, der Lagerbuchse und/oder des Pumpengehäuses, weitgehend ausgeglichen werden.
Insbesondere kann es völlig ausreichend sein, wenn die radial innere Laufflächenschicht im Vergleich zur radial äußeren Trägerschicht nur dünnwandig, insbesondere ihre Wanddicke dünner als die der radial äußeren Trägerschicht aus dem spezifischen Kunststoff-Gleitwerkstoff ausgebildet ist. Es kann für die Laufflächenschicht eine (bezogen auf die axiale Zentralachse der Welle) radiale Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 1,5 mm genügen.
Vorzugsweise ist für das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial des jeweiligen Lagers ein selbstschmierender Kunststoff gewählt bzw. umfasst die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers einen selbstschmierenden Kunststoff. Dafür eignet sich insbesondere PTFE (Polyterafluorethylen). Auf diese Weise ist die Gefahr des „Festfressens“ der Antriebswelle in der jeweiligen Lagerbuchse weitgehend vermieden und zwar selbst bei „Trockenlauf“ der Lagerbuchse, d.h. bei Fehlen von ausreichend Flüssigkeit, insbesondere Förderflüssigkeit im Durchgang der Lagerbuchse. Durch Mikroverschleiß gelangen PTFE – Partikel an die der Welle zugewandten Lauffläche der Lagerbuchse und senken dort die Reibung und damit Verschleiß der Lagerbuchse.
Zweckmäßigerweise weist die Materialpaarung Wellenmaterial, insbesondere Edelstahl, zum spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder zur spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers (22, 24) einen Reibungskoeffizienten µ zwischen 0,04 und 0,2 auf. Dadurch kann im Betrieb der Förderpumpe die Antriebswelle in der jeweiligen Lagerbuchse weitgehend haft- und/oder gleitreibungsarm rotieren, d.h. ihr Außenumfang gleitet am Innenumfang der radial inneren Laufflächenschicht weitgehend bewegungshemmungsarm entlang.
Besonders günstig ist es, wenn das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial des jeweiligen Lagers entweder vollständig oder die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers anteilig aus einer hochschmelzenden, insbesondere verschleißfesten, abriebfesten und/oder hydrolyse- und/oder laugenbeständigen, Basispolymer-Komponente, insbesondere PTFE (Polytetrafluorethylen), PEEK (Polyetheretherketon) und/oder PPS, (Polyphenylsulfid) hergestellt ist. Auf diese Weise ist ein besonders zuverlässiges Kunststoff-Gleitlager für die erfindungsgemäße Flüssigkeits-Förderpumpe bereitgestellt. Dieses bleibt auch bei hohen Lagertemperaturen, wie sie bei schnell laufenden Wellen im längeren Dauerbetrieb auftreten können, funktionstüchtig. So ist bei einer Geschirrspülmaschine insbesondere die Umwälzpumpe mit einer Drehzahl zwischen 3000–6000 U/min einwandfrei betreibbar und zwar nahezu über die Gesamtzeitdauer eines gewählten Geschirrspülprogramms, ausgenommen die Abpumpphasen nach jedem wasserführenden Teilspülgang und den Trocknungsgang des Geschirrspülprogramms. Solche Kunststoff-Gleitlager sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Förderpumpe als Heizpumpe ausgebildet ist, d.h. mit einer elektrischen Heizungseinrichtung ausgestattet ist, die dem Aufheizen der Förderflüssigkeit auf eine gewünschte Betriebstemperatur dient.
Ggf. kann es vorteilhaft sein, wenn in das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial oder in die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Kunststoff-Gleitlagers ein oder mehrere verschleißfeste, hydrolyse- und/oder laugenbeständige und/oder hochschmelzende Füllstoffe, insbesondere Graphit und/oder sonstige Kohlenstoffmodifikationen, eingebracht sind. Als Kohlenstoffmodifikationen eignen sich insbesondere Kohle, Holzkohle, Koks. Durch Mikroverschleiß können diese Füllstoffe während des Rotationsbetriebs der Antriebswelle an die Innenoberfläche der radial inneren Laufflächenschicht der jeweiligen Lagerbuchse gelangen und dort eine Schmierstoffschicht zwischen dem Außenoberfläche der Welle und der Innenoberfläche der radial inneren Laufflächenschicht der Lagerbuchse ausbilden, so dass Reibung und Verschleiß der Lagerbuchse weiter reduziert werden. Dadurch ist selbst bei einem Trockenlauf des jeweiligen Kunststoff-Gleitlagers, d.h. dann, wenn eine ausreichende Menge an Flüssigkeit, insbesondere Förderflüssigkeit in der Lagerbuchse fehlt und diese trocken geht, noch eine ausreichende Schmierung vorhanden. Ein Festfressen der Welle in der Lagerbuchse und/oder eine Überhitzung des Kunststoffmaterials der Lagerbuchse ist somit verbessert vermieden.
Zweckmäßigerweise ist die Flüssigkeits-Förderpumpe als Nassläuferpumpe ausgebildet, bei der ihre Rotorkammer, in der die Rotoreinheit rotierbar untergebracht ist, mit ihrem Förderbereich, in der das Förderrad rotierbar untergebracht ist, flüssigkeitsleitend zum Füllen mit Förderflüssigkeit verbunden ist. Dadurch ist im Förderbetrieb der Pumpe das jeweilige Lager durch die Förderflüssigkeit selbst geschmiert und gekühlt. Ein eigens vorgesehene Schmierflüssigkeit ist bei dieser vorteilhaften Pumpenkonstruktion nicht erforderlich.
Vorteilhafterweise kann ein Spaltrohr, insbesondere ein Spalttopf, vorgesehen sein, dessen Innenraum eine Rotorkammer für die Rotoreinheit bildet. Dies erlaubt eine einfache Pumpenmontage. Zudem kann der Spalttopf mit Flüssigkeit zur Schmierung und/oder Kühlung der Lager und der Welle gefüllt sein. Dabei trennt er von der Rotorkammer einen trockenen Außenbereich im Pumpengehäuse für die Unterbringung einer Statoreinheit ab, die mit der Rotoreinheit eine elektrische Antriebseinheit für die Welle bildet.
Zweckmäßigerweise sitzt die Rotoreinheit auf einem Längsabschnitt des in die Rotorkammer untergebrachten Teilabschnitts der Welle fest auf. Dadurch ist eine zuverlässige Kraftübertragung von der elektrischen Antriebseinheit auf die Antriebswelle sichergestellt.
Zweckmäßigerweise sind/ist der Rotor und/oder das Förderrad drehfest mit der Welle verbunden. Dadurch ist im Förderbetrieb der Pumpe auf konstruktiv einfache Weise eine einwandfreie Kraftübertragung der Rotationsbewegung des Rotors auf das Förderrad über die Welle ermöglicht.
Insbesondere ist die Rotorkammer und/oder der Rotor bzw. Läufer im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist dann die Welle der Pumpe zweckmäßigerweise entlang der Zentralachse der Rotorkammer angeordnet. Durch diesen rotationssymmetrischen Aufbau der Pumpe lässt sich diese konstruktiv einfach zusammensetzen. Es lassen sich zudem hohe Wirkungsgrade beim Antrieb des Rotors durch eine ihn außen umgebende Statoreinheit sicherstellen.
Insbesondere weist das erfindungsgemäße wasserführende Haushaltsgerät eine Pumpeinheit auf, bei der ein Elektromotor mit einer in einem zumindest in Betriebsphasen Flüssigkeit führenden Raum gehaltenen Rotoreinheit, mit einer in einem trockenen Außenraum fest angeordneten Statoreinheit sowie mit einem zwischen Rotoreinheit und Statoreinheit angeordneten Spaltrohrabschnitt vorgesehen ist.
Im jeweiligen wasserführenden Haushaltsgerät wie z.B. in einer Geschirrspülmaschine, einer Waschmaschine, einem Wäschetrockner oder einem ähnlichen Großgerät der sog. „weißen Ware“ ist zum Umwälzen und/oder Abpumpen des ggf. mit Reinigungsmittel und/oder Schmutz versetzten Wassers zumindest eine Pumpeinheit vorgesehen, die einen Elektromotor mit einer in Flüssigkeit gehaltenen Rotoreinheit und einer in einem trockenen Außenraum fest angeordneten Statoreinheit sowie einen im magnetischen Spalt zwischen Rotoreinheit und Statoreinheit angeordneten Rohrabschnitt aus nicht magnetischem Material wie z.B. aus Edelstahl oder Kunststoff umfasst. Die Rotoreinheit kann durch ihre Anordnung in der Flüssigkeit, insbesondere der zu fördernden Flüssigkeit, auch von dieser geschmiert werden, so dass ggf. eine bewegliche Wellendichtung entfallen kann. Im Betrieb der Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe (bei einer Geschirrspülmaschine), füllt dabei die Förderflüssigkeit einen Ringspalt zwischen der Innenwandung der Lagerbuche und der Außenoberfläche der Welle aus.
Eine solche Anordnung mit einem Rohrabschnitt im magnetischen Spalt wird als Spaltrohranordnung bezeichnet. Sie kann insbesondere als Spalttopf ausgebildet sein, bei dem das dem Förderrad abgewandte Ende des Rohrabschnitts geschlossen, d.h. mit einem insbesondere einteilig angeformten Abschlusselement versehen ist. Dabei ist das Spaltrohr mit einer Flüssigkeit wie z.B. mit einem Fördermedium oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt und dichtet diese nach außen hin ab. Das Spaltrohr stellt also in radialer Richtung über die axiale Länge des Spaltrohrs betrachtet eine Abtrennung bzw. Abgrenzung zwischen seinem flüssigkeitsgefüllten Innenraum, der die Welle der Pumpe und die auf ihr fest aufsitzende Rotoreinheit aufnimmt, und dem trockenen Außenraum, der die Statoreinheit aufnimmt, bereit. Günstig kann es dabei insbesondere sein, wenn das Spaltrohr zusammen mit den Lagerschilden und ggf. weiteren Konstruktionselementen zweckmäßigerweise aus einem einzigen Teil als Kunststofftopf im Kunststoff-Spritzverfahren hergestellt ist. Die verwendeten Kunststoffe sollen dabei insbesondere preiswert, hydrolyse- und chemikalienbeständig sowie temperaturstabil bei gleichzeitig hoher Steifigkeit sein.
Günstig kann es insbesondere sein, wenn zur Halterung bzw. Befestigung des jeweiligen Lagers im Gehäuse der Flüssigkeits-Förderpumpe am radial äußeren Rand des Lagers ein, insbesondere elastisches bzw. federndes, oder insbesondere in radialer und/oder axialer Richtung nachgiebiges Kopplungselement bzw. Halterungselement angeformt, insbesondere angespritzt, ist. Dadurch ist das Lager im Gehäuse der Pumpe zuverlässig am jeweilig vorgegeben Einbauort lagesicherbar. Ist das Kopplungselement vorteilhafterweise elastisch ausgebildet, so kann dieses Vibrationen und/oder Stöße der Welle während deren Rotationsbetrieb wegdämpfen bzw. wegschlucken, d.h. eine Weiterleitung der Vibrationen und/oder Stöße der Welle auf andere Bauteile und/oder das Gehäuse der Pumpe können verringert oder gar weitgehend vermieden werden. Somit ist eine unerwünschte Geräuschanregung vermieden, d.h. die Förderpumpe arbeitet weitgehend geräuscharm bzw. leise. Ein solches Kopplungselement lässt sich bevorzugt an einer radial äußeren Trägerschicht des jeweiligen Lagers anformen. Durch dieses vorzugsweise in axialer und/oder radialer Richtung elastisch verformbare Kopplungselement lassen sich vorteilhaft auch Fertigungstoleranzen am vorgesehenen Einbauort des jeweiligen Lagers, insbesondere der Antriebswelle, der Lagerbuchse und/oder des Pumpengehäuses, weitgehend ausgleichen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere eine Haushalts-Geschirrspülmaschine, mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeits-Förderpumpe, insbesondere Nassläuferpumpe, bevorzugt Spaltrohrpumpe. Bei einer Geschirrspülmaschine sind die erfindungsgemäß ausgebildeten Lager insbesondere in der Umwälzpumpe zur Lagerung der Antriebswelle vorgesehen.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können dabei – außer z. B. in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
1 einen schematischen Längsschnitt längs der Antriebswelle einer erfindungsgemäß konstruierten Umwälzpumpe einer Geschirrspülmaschine,
2 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kunststoff-Gleitlagers für die Welle der in 1 gezeigten Umwälzpumpe,
3 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kunststoff-Gleitlagers für die Welle der in 1 gezeigten Umwälzpumpe,
4 einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kunststoff-Gleitlagers für die Welle der in 1 gezeigten Umwälzpumpe, und
5 in schematischer Darstellung eine Geschirrspülmaschine mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Umwälzpumpe.
In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Dabei sind nur diejenigen Bestandteile mit Bezugszeichen versehen und erläutert, welche für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
Das in 5 schematisch dargestellte Haushaltsgerät bildet hier beispielhaft eine Geschirrspülmaschine 1 aus. Es kommen auch andere wasserführende Haushalts-Großgeräte wie z.B. Waschmaschinen für eine erfindungsgemäße Ausbildung in Betracht.
Die hier in Seitenansicht schematisch dargestellte Geschirrspülmaschine 1 ist eine Haushaltsgeschirrspülmaschine und weist einen Spülbehälter 420 zur Aufnahme von zu reinigendem Spülgut wie Geschirr, Töpfen, Bestecken, Gläsern, Kochutensilien u. ä. auf. Der Spülbehälter 420 kann einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Grundriss mit einer in Betriebsstellung einem Benutzer zugewandten Vorderseite V aufweisen.
Der Spülbehälter 420 ist an seiner Frontseite von einer Tür 43 verschließbar. Diese Tür 43 ist in 5 in geschlossener Stellung gezeigt und beispielsweise um eine untere Horizontalachse 43a in Richtung des Pfeils 43d nach vorne (auf einen vor der Geschirrspülmaschine stehenden Benutzer zu) aufschwenkbar. Auch eine andere, vom Schwenken abweichende Öffnungsbewegung ist möglich.
Das Spülgut ist in zumindest einem Spülkorb halterbar; hier sind im Spülbehälter 420 beispielsweise genau zwei Geschirrkörbe, nämlich ein unterer Geschirrkorb 441 und ein oberer Geschirrkorb 442, übereinander vorgesehen. Die Anzahl an Spülkörben kann je nach Ausmaß und Art der Geschirrspülmaschine 1 variieren. Auch eine sog. Besteckschublade kann zusätzlich vorgesehen sein, z.B. oberhalb des Oberkorbs 442. Diese Geschirrkörbe 441, 442 sind über Sprüheinrichtungen 46, 47 wie zum Beispiel über in radialer Richtung lang erstreckte, jeweils um ein Zentrum rotierbare Sprüharme und/oder über einzelne Düsen mit Frischwasser FW und/oder mit umlaufendem Wasser, das je nach Spülschritt des jeweils ablaufenden Geschirrspülprogramms mit Reinigungsmittel, Klarspülmittel und/oder sonstigen Hilfsstoffen versetzt sein kann, sog. Spülflottenflüssigkeit S, beaufschlagbar. Die Drehebene eines derartigen, rotierbaren Sprüharms liegt dabei vorzugsweise im Wesentlichen in einer waagerechten bzw. horizontalen Ebene.
Des Weiteren können die Spülkörbe 441, 442, beispielsweise auf Rollen 410, nach vorne aus dem Spülbehälter 420 heraus verlagerbar sein, um so eine Zugriffstellung für den Benutzer zu erreichen, in der dieser die Spülkörbe 441, 442 bequem be- und entladen kann. Als Bahnen für die Rollen 410 sind insbesondere seitliche Schienen im Spülbehälter 420 vorgesehen. Zudem können an den jeweils in Richtung zur Vorderseite V weisenden Randebenen der Spül- bzw. Geschirrkörbe 441, 442 Zug- und Schubgriffe zur Vereinfachung des Ein- und Ausschiebens der Geschirr- bzw. Spülkörbe 441, 442 vorgesehen sein.
Spülflottenflüssigkeit, d.h. Frischwasser FW, und/oder umlaufendes und ggf. mit Reinigungsmittel und/oder Klarspüler und/oder anderen Hilfsstoffen versetztes Wasser S, das insbesondere vom Spülgut abgelöste Verschmutzungen enthalten kann, läuft nach ihrer Verteilung im Spülbehälter 420 und auf das Spülgut nach unten hin über einen im Bodenbereich 48 des Spülbehälters 420 angeordneten Sammeltopf mit Siebeinheit 411 zu einer dieser nachgeordneten umwälzenden Pumpeinheit (Umwälzpumpe) 48. Von dieser wird die Spülflottenflüssigkeit S beispielhaft über zumindest eine in 5 nur schematisch dargestellte Heizung 413 zu einem Verteiler 414, insbesondere zu einer Wasserweiche, und von dort aus zu den genannten Sprüheinrichtungen 46, 47 geleitet, insbesondere gepumpt. Zwischen dem Sammeltopf, der Spülflottenflüssigkeit umwälzenden Pumpeinheit 48, der Heizung 413, dem Verteiler 414 sowie den Sprüheinrichtungen 46, 47 ist dabei jeweils zumindest eine Flüssigkeitsverbindung, insbesondere in Form einer Rohr- oder Schlauchleitung, vorgesehen. Zum Abpumpen von Abwasser AW aus dem Spülbehälter 420 ist eine abpumpende Pumpeinheit bzw. eine Abwasserpumpe 49 vorgesehen, die in eine Abflussrohrleitung eingefügt ist. Über diese Abflussrohrleitung wird das Abwasser AW aus der Maschine 1 geleitet.
Die Pumpeinheiten 48, 49 können ggf. auch kombiniert miteinander sein, so dass dann nur eine einzige Pumpeinheit insgesamt vorhanden ist.
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn die Umwälzpumpe 48 mit der Heizung bzw. Heizeinrichtung 413 zusammengefasst ist, so dass eine kompakte Heizpumpe gebildet ist. Auch eine Zusammenfassung mit dem Verteiler 414 kann ggf. zweckmäßig sein.
1 zeigt als Einzelheit eine als Nassläuferpumpe, insbesondere Spaltrohrpumpe 2 ausgebildete Umwälzpumpe wie z.B. 48 einer Geschirrspülmaschine als bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß konstruierten Flüssigkeits-Pumpeinheit bzw. -Förderpumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät und zwar schematisch in einer Längsschnittansicht entlang der Antriebswelle bzw. Motorachse der Umwälzpumpe betrachtet.
Die Förderpumpe 2 weist einen zentralen Ansaugstutzen AS auf, durch den die zu fördernde Flüssigkeit in eine Förderkammer 40 eingesaugt wird, in dem ein im Betrieb der Förderpumpe rotierendes Förderrad 14 untergebracht ist. Nach der Förderkammer 40 folgen in Strömungsrichtung FP der Förderflüssigkeit betrachtet ein Diffusorraum DR und ein diesem nachgeordneter Druckraum DK. Dem Diffusorraum DR und/oder dem Druckraum DK kann wie hier im Ausführungsbeispiel von 1 zweckmäßigerweise eine elektrische Heizungseinrichtung HZ zum Aufheizen der Förderflüssigkeit zugeordnet sein. Sie ist hier im Ausführungsbeispiel insbesondere durch einen zylindrischen Rohrabschnitt gebildet, der an seiner trockenen Außenseite ein oder mehrere Heizleiterbahnen oder einen seine Außenseite kontaktierenden Rohrheizkörper aufweist. Ggf. ist es auch möglich, eine elektrische Heizungseinrichtung wie z.B. eine flüssigkeitsdichte Rohrheizung im Diffusorraum und/oder Druckraum der Förderpumpe unterzubringen. Die rohrförmige Heizung HZ bildet hier im Ausführungsbeispiel von 1 einen Teilabschnitt des Außenmantels des Diffusorraums DR und/oder des Druckraums DK. Der Druckraum DK geht ausgangsseitig in den Druckstutzen DS über, aus dem die Förderflüssigkeit zwangsgepumpt herausgepresst wird. Auch andere Heizungsanordnungen und/oder Heizungsarten sind natürlich möglich.
Die Spaltrohrpumpe 2 weist ein motorseitiges Gehäuseteil GT1 auf, welches ein Spaltrohr 4 als Bestandteil bzw. Komponente umfasst. Dieses Spaltrohr 4 begrenzt eine Rotorkammer 6, in der sich ein Rotor bzw. eine Rotoreinheit 8 befindet. Der Rotor 8 ist Teil eines Antriebs 17, insbesondere elektrischen Motors, für die Spaltrohrpumpe 2. Er weist einen radial inneren Tragkörper 39 auf, ringsum dessen Außenumfang radial außen Magnete 10 angebracht sind. Der Tragkörper 39 sitzt auf der Welle 16 der Spaltrohrpumpe 2 drehfest. Er ist insbesondere aus Kunststoff hergestellt. Für die Welle ist vorzugsweise ein metallischer Werkstoff, insbesondere Edelstahl, verwendet. Die Magnete 10 wirken mit einem außerhalb des Spaltrohrs 4 befindlichen Stator 12 zusammen. Vom Außenumfang des Rotors 8 radial nach außen betrachtet schließt sich an einen Spaltbereich 32 der Rohrabschnitt bzw. Spaltrohrabschnitt 4 als ein- oder mehrstückiger Bestandteil des Gehäuseteils GT1 an, der den nassen Innenbereich (Rotorkammer) 6, in dem die Antriebswelle 16 mit der Rotoreinheit 8 untergebracht ist, von einem trockenen Außenraum AR im Gehäuseteil GT2 abgrenzt. Im trockenen Außenraum AR ist die Statoreinheit 12 des Elektromotors 17 fest angeordnet, die hier insbesondere mehrere Statorbleche umfasst, die jeweils von Statormagnetspulen eingefasst sind.
Des Weiteren weist die Spaltrohrpumpe das Förderrad 14 zum Fördern von Flüssigkeit wie bspw. Wasser in der Förder- bzw. Hydraulikkammer, d.h. im Förderbereich 40 auf. Das Förderrad 14 befindet sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Spaltrohrs 4 in der Förderkammer 40 des hydraulischen Teils GT2 des Gehäuses GH der Förderpumpe. Die Welle 16 der Spaltrohrpumpe 2 erstreckt sich mit einem zweiten, dem Förderrad 14 abgewandten Teilabschnitt 18 innerhalb dem Spaltrohr 4 und ragt mit einem weiteren, d.h. ersten, dem Förderrad 14 zugewandten Teilabschnitt 20 aus dem Spaltrohr 4 heraus. Mit der Welle 16 sind also Rotor 8 und Förderrad 14 drehfest verbunden. Der Rotor 8 ist dabei mit dem sich innerhalb des Spaltrohrs 4 erstreckenden, zweiten Teilabschnitt 18 der Welle 16 fest verbunden, während das Förderrad 14 mit dem ersten Teilabschnitt 20 der Welle fest verbunden ist.
Die Welle 16 ist (bei Blickrichtung vom Förderrad in axialer Richtung in das Innere des Spaltrohrs 4) innerhalb des Spaltrohrs 4 mit einem ersten, d.h. vorderen Lager 22 und einem zweiten, d.h. hinteren Lager 24 drehbar gelagert. Das erste Lager 22 befindet sich dabei auf der dem Förderrad 14 zugewandten Seite 23 des Rotors 8, das zweite Lager 24 auf der dem Förderrad 14 abgewandten Seite 25 des Rotors. Beide Lager 22, 24 sind vorzugsweise als sogenannte Nasslager ausgeführt. Ein derartiges Nasslager wird hier im Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch die mittels des Förderrads zu fördernde Flüssigkeit, also in diesem Beispiel Wasser, geschmiert. Durch den Rotor 8 wird ferner die Rotorkammer 6 der Spaltrohrpumpe 2 in einen auf der dem Förderrad 14 zugewandten Seite 23 liegenden Bereich 26 und einen der dem Förderrad 14 abgewandten Seite 25 liegenden Bereich 28 unterteilt. Wenn der die Rotorkammer 6 bildende Rohrabschnitt 4 des Gehäuseteils GT1 wie hier im Ausführungsbeispiel an seinem dem Förderrad 14 abgewandten Ende durch einen Boden oder ein sonstiges Abschlusselement geschlossen ist, ist ein Spalttopf bereitgestellt. Insbesondere ist dieser einteilig ausgebildet.
Das Spaltrohr 4 ist flüssigkeitsdurchgängig, d.h. es gibt eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der Förderkammer 40 und damit dem Förderpfad FP der Pumpeinheit, entlang dem die zu fördernde Flüssigkeit transportiert wird, und der Rotorkammer 6. Beispielsweise befinden sich im dem das Spaltrohr 4 aufnehmenden Teil GT1 des Gehäuses GH nicht näher dargestellte Bypassöffnungen, die ein Eindringen der Flüssigkeit zunächst in den vorderen Bereich 26 des Spaltrohrs 4 ermöglichen, so dass dieser während des Betriebs der Spaltrohrpumpe 2 mit der zu fördernden Flüssigkeit in Kontakt steht. Zusätzlich oder unabhängig hiervon befinden sich in einigen Lagerteilen Schlitze, die eine Zirkulation der Flüssigkeit ermöglichen. Beispielsweise kann auch durch einen zwischen der Welle 16 und dem erstem Lager 22 befindlichen Lagerspalt 30 Flüssigkeit in das Spaltrohr 4 eindringen oder während des Betriebs aus diesem herausgeführt werden. Z.B. durch den Spalt 32 zwischen dem äußeren Rand des Zylindermantels des Rotors bzw. Läufers 8 und der durch das Spaltrohr 4 gebildeten äußeren Begrenzung der Rotorkammer 6 gelangt die zu fördernde Flüssigkeit auch in den hinteren Bereich 28 der Rotorkammer 6 mit dem zweiten Lager 24. Dabei ist im Betrieb der Förderpumpe 2 der vorhandene Lagerspalt zwischen Antriebswelle und Innenwandung der jeweiligen Lagerbuchse mit Förderflüssigkeit gefüllt und durch diese geschmiert und/oder gekühlt.
Wie hier im Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt ist, kann insbesondere dasjenige Teil GT1 des Gehäuses GH, das die Antriebswelle 16 mit der Rotoreinheit 8 aufnimmt, trotz über seinen Verlauf variierender Dicken vorteilhafterweise insgesamt als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet sein. Es umfasst einen die Rotoreinheit 8 radial und vorzugsweise rundzylindrisch umgebenden Rohrabschnitt 4, der ein sog. Spaltrohr im magnetischen Spalt zwischen Rotor- 8 und Statoreinheit 12 bildet. Insbesondere kann – wie hier im Ausführungsbeispiel von 1 – an das dem Flügelrad bzw. Förderrad 14 abgewandten axialen Ende des Rohrabschnitts 4 ein Gehäuseboden 31 angeformt sein, so dass ein endseitig geschlossener Spalttopf gebildet ist. An diesen Gehäuseboden 31 kann innenseitig insbesondere eine sogenannte B- bzw. hintere Lageraufnahme für das sogenannte B- bzw. hintere Lager 24 einteilig angeformt sein. Zusätzlich oder unabhängig hiervon kann am dem Flügelrad 14 zugewandten, einen Durchgang für die Antriebswelle 16 aufweisenden, axialen Ende des Spaltrohrs 4 ein vorderer flanschartiger Abschlussabschnitt 29 einteilig angeformt sein. Aus diesem steht die Antriebswelle 16 mit dem endseitig an ihr angebrachten Flügelrad 14 in die Hydraulik- bzw. Pumpkammer 40 der Pumpeinheit bzw. Flüssigkeitspumpe 2 hervor. Dieser vordere Abschlussabschnitt 29 kann insbesondere eine stirnseitige Aufnahmewandung oder einen Flansch zur Aufnahme eines sogenannten A- bzw. vorderen Lagerhalters 300 für das A- bzw. vordere Lager 22 aufweisen. Die vordere Abschlusswandung 29 bildet vorzugsweise zugleich einen Teilabschnitt der Begrenzung der Hydraulikkammer 40 der Pumpeinheit 2, in der das Flügelrad 14 untergebracht ist. Zusammenfassend betrachtet ist somit für die Antriebswelle 16 mit der Rotoreinheit 8 ein einteiliges Gehäuseteil GT1 bereitgestellt, das sich aus einem axialen, vorzugsweise zylindrischen, bevorzugt im Wesentlichen kreiszylindrischen, Rohrabschnitt 4, der eine Rotorkammer 6 zur Unterbringung der Rotoreinheit 8 in radialer Richtung über seine axiale Längserstreckung hinweg betrachtet begrenzt, einem hinteren, einteilig angeformten Gehäuseboden 31, der den Rohrabschnitt 4 an dessen hinterem axialem Ende flüssigkeitsdicht verschließt, und einem vorderen Abschlussabschnitt 29 zusammensetzt. In der Hydraulikkammer bzw. Flügelradkammer 40 ist das Flügelrad 14 untergebracht, um Spülflottenflüssigkeit durch den zentralen Ansaugstutzen AS von außen in axialer Richtung (bezogen auf die langgestreckte Antriebswelle) in die Hydraulikkammer 40 hinein anzusaugen und mit einer radialen Richtungskomponente durch den Druckstutzen DS nach außen aus der Pumpeinheit 2 herauszufördern.
Wird nun die Spaltrohrpumpe 2 in Betrieb gesetzt, der Rotor 8, die Welle 16 sowie das Förderrad 14 also in Drehung versetzt, wird durch die entstehenden Druckverhältnisse, die auch in radialer Richtung des Rotors 8 wirken, eine Wasserströmung durch die Rotorkammer 6 ausgebildet. Diese dient zur Schmierung der beiden Lager 22, 24, aber auch zur Kühlung und Reinigung der Spaltrohrpumpe 2.
Bei Inbetriebnahme der Spaltrohrpumpe 2 oder nach einem Stillstand kann jedoch Luft in die Rotorkammer 6 eindringen. Durch die auftretenden Zentrifugalkräfte während des Betriebs der Spaltrohrpumpe 2 wird diese Luft in der Rotorkammer 6 in Richtung der Welle 16 gedrückt, d.h. in einen zentralen Bereich der Rotorkammer. Dabei kann Luft, welche sich in dem vorderen Bereich 26 befindet, durch den Lagerspalt 30 zwischen der Welle 16 und dem ersten, d.h. vorderen Lager 22 aus der Rotorkammer 6 über den hydraulischen Förderpfad FP im Hydraulikteil GT2 des Gehäuses GH günstigenfalls nach außen entweichen. Luft, die sich etwaig in dem Bereich 28 auf der dem Förderrad 14 abgewandten Seite 25 des Rotors 8 befindet, bleibt jedoch ohne konstruktive Gegenmaßnahmen in diesem hinteren Bereich 28 der Rotorkammer, in dem das zweite Lager 24 angeordnet ist, gefangen. Während des Betriebs der Spaltrohrpumpe 2 kann diese im hinteren Bereich 28 der Rotorkammer 6 gefangene Luft jedoch zu Geräuschproblemen und sogar zu einem Trockenlauf des zweiten, d.h. hinteren Lagers 24 mit Schwingungen und erhöhten Verschleiß führen. Unter manchen Gegebenheiten kann auch das vordere A-Lager trocken laufen, was ebenfalls zu Verschleiß- und/oder Geräuschproblemen führen kann. Zusätzliche Abrieb- und/oder Verschleißprobleme können in den Lagern durch Schmutzpartikel verursacht werden, die dorthin im Förderbetrieb der Pumpe gelangen.
Um dennoch eine zuverlässige und geräuscharme Lagerung der Welle 16 mit der auf ihr fest aufgebrachten Rotoreinheit 8 für im Betrieb der Förderpumpe mögliche Betriebsverhältnisse sicherstellen zu können, ist für das jeweilige Lager 22, 24 ein Kunststoff-Gleitlager vorgesehen. Das jeweilige Lager 22, 24 ist vorzugsweise als Kunststoff-Buchsenteil ausgebildet, das insbesondere vollständig aus einem spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder einer spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung hergestellt ist, das bzw. die insbesondere gegebene Anforderungen an seine bzw. ihre Temperaturfestigkeit, Verschleißfestigkeit/Abriebfestigkeit, Reibungsarmut, Gleitfähigkeit, Selbstschmierung, Schmutzpartikeltoleranz bzw. -Unempfindlichkeit, Trockenlaufsicherheit und/oder Hydrolyse- und/oder Laugenbeständigkeit erfüllt.
3 zeigt schematisch im Längsschnitt das B-Lager 24 im hinteren Endabschnitt des Spaltrohrs 4 im fertig eingebauten Zustand. Dieser ist als Lagerhalter derart ausgebildet, dass sein dem Rotor 8 zugewandter Teil einen radial weiteren Durchtrittsquerschnitt als sein dem Boden 31 des Spaltrohrs 4 zugewandter Teil aufweist, wobei zwischen dem bezüglich seiner Innenquerschnittsweite größeren Teil TA1 und dem demgegenüber bezüglich seiner Innenquerschnittsweite schmäleren Teil TA2 eine Übergangsstufe bzw. Schulter SH vorhanden ist. Das Spaltrohr 4 ist also hier im Ausführungsbeispiel in seinem hinteren Endabschnitt als ein sich zum Spalttopfende hin verjüngendes Sackloch ausgebildet. Die zylindrische Lagerbuchse des B-Lagers 24 weist eine zu dieser Innenkontur des hinteren Spaltrohr-Endabschnitts korrespondierende Außenkonturform auf. An ihrem dem Boden 31 abgewandten Teilabschnitt TA1* ist ihre Außenquerschnittsbreite größer als an ihrem dem Boden 31 zugewandten Teilabschnitt TA2*, wobei im Übergangsbereich zwischen den beiden Teilabschnitten TA1, TA2 ein Absatz bzw. eine Schulter SH* vorhanden ist. Die Schulter SH* der Lagerbuchse 24 steht dabei der Schulter SH des Spaltrohrendabschnitts schräg sowie mit einem vorgegebenen Freiraumabstand gegenüber. Räumlich betrachtet ist zwischen den beiden Schultern SH, SH* ein Ringspalt vorhanden. Über den hinteren, dem Boden 31 zugewandten Teilabschnitt TA2* der Lagerbuchse 24 ist ein O-ringförmiges Halterungselement OR als separate Komponente bis zur Schulter SH* aufgezogen und sitzt dort sich an der Schulter SH* abstützend fest auf. Gleichzeitig stützt sich das Halterungselement OR auch an der gegenüberliegenden Schulter SH des Spaltrohrtopfes ab, d.h. es ist in den Ringspalt zwischen den beiden Schultern SH, SH* eingeklemmt. Die Lagerbuchse 24 ist somit in axialer Richtung und radialer Richtung (bezogen auf die Zentralachse der Welle) im Spaltrohrtopf lagefixiert.
Für das Halterungselement OR ist vorzugsweise ein elastisches bzw. dämpfendes Kunststoffmaterial verwendet, so dass die Übertragung von Schwingungen der Lagerbuchse auf das Spaltrohr 4 und die übrigen Teile des Gehäuses GH sowie der sonstigen Komponenten der Förderpumpe 2 reduziert bzw. weitgehend verhindert werden. Dadurch bleibt die Förderpumpe im Betrieb stets weitgehend geräuscharm. Zusätzlich lassen sich durch die Elastizität des Halterungselements OR Fertigungstoleranzen des Spaltrohrs und/oder der Lagerbuchse ausgleichen. Insbesondere ist das Halterungselement OR aus einem hydrolyse- und/oder laugenbeständigen Kunststoffmaterial hergestellt wie z.B. Gummi.
Die Lagerbuchse 24 ist im Ausführungsbeispiel von 3 vorzugsweise als Ganzes vollständig aus demselben spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial hergestellt, d.h. für ihren Formkörper ist materialeinheitlich derselbe spezifische Gleit-Kunststoff bzw. dieselbe spezifische Gleit-Kunststoffzusammensetzung verwendet. Insbesondere ist das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial dabei ein selbstschmierender Kunststoff, oder die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung umfasst einen selbstschmierenden Kunststoff. Vorzugsweise weist die Materialpaarung Wellenmaterial, insbesondere Edelstahl, zum spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder zur spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers 22, 24 einen Reibungskoeffizienten µ zwischen 0,04 und 0,2 auf. Die Welle ist also vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt.
Vorteilhafterweise ist das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial der Lagerbuchse 24 vollständig oder die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung der Lagerbuchse 24 anteilig aus einer hochschmelzenden, insbesondere verschleißfesten, abriebfesten und/oder hydrolyse- und/oder laugenbeständigen, Basispolymer-Komponente, insbesondere PTFE (Polytetrafluorethylen), PEEK (Polyetheretherketon) und/oder PPS (Polyphenylensulfid), hergestellt. Besonders PTFE, PEEK, PPS sind für Lagertemperaturen bis zu 150°C geeignet, insbesondere formstabil und verschleißfest.
Zweckmäßig kann es ggf. sein, wenn die gesamte Lagerbuchse 24 vollständig aus reinem PTFE hergestellt ist. Dieses zeichnet sich durch einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten von weniger als 0,1, hohe Temperaturfestigkeit und selbstschmierende Eigenschaften aus. Selbst bei einem Trockenlauf des Lagers 24, d.h. wenn Förderflüssigkeit im Spaltrohr 4 im Bereich des Lagers 24 fehlt, bleibt dieses voll funktionsfähig.
Ggf. kann für die Lagerbuchse 24 ein Kunststoff-Gleitmaterial oder eine Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung vorteilhaft sein, deren ein oder mehrere Polymere PTFE nur anteilig enthalten. Zweckmäßig kann eine Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung mit insbesondere einem PTFE-Anteil zwischen 40% und 90 % (Gewichtsprozent) sein. Durch die ein oder mehreren zusätzlich zu PTFE vorhandenen Kunststoffe sind gezielte Materialanpassungen an die jeweiligen Betriebsverhältnisse in der Förderpumpe in einfacher Weise möglich.
Zusätzlich oder unabhängig hiervon kann es zweckmäßig sein, wenn dem jeweiligen, spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder der jeweiligen, spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung zusätzlich ein oder mehrere Zuschlagsstoffe bzw. Füllstoffe beigefügt bzw. zugesetzt sind. Dies kann vorteilhafterweise Kohlenstoff in beliebiger Modifikation, insbesondere Graphit, Koks, Elektrokohle, Weichkohle, Holzkohle, usw. sein. Es hat sich in Tests gezeigt, dass ein Anteil zwischen 5 % und 60 % (Gewichtsprozent) Kohlenstoff, bevorzugt zwischen 20 und 40 % (Gewichtsprozent) im jeweiligen, spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder in der jeweiligen spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung günstig ist, um verbesserte Verschleißfestigkeit und verbesserte Gleiteigenschaften des Lagers, insbesondere Notlaufeigenschaften im Trockenlauf des Lagers, sicherzustellen.
Die Lagerbuchse des vorderen A-Lagers 22 ist zweckmäßigerweise in analoger Weise wie die Lagerbuchse des hinteren B-Lagers 24 hergestellt. Sie ist dabei spiegelsymmetrisch, d.h. in umgekehrter Lageorientierung zur Lagerbuchse 24 angeordnet und wie dieses über ein O-ringförmiges Halterungselement an einer Schulter des vorderen Lagerhalters 300 in axialer Richtung und radialer Richtung (bezogen auf die Zentralachse der Welle) im vorderen, eingangsseitigen, dem Förderrad zugewandten Abschnitt des Spaltrohrs lagegesichert.
Alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn das jeweilige Lager wie z.B. 22, 24 als Kunststoff-Buchsenteil ausgebildet ist, das eine radial äußere Trägerschicht TS und eine der Welle 16 zugewandte, radial innere Laufflächenschicht LF aufweist, und dass nur für dessen radial innere Laufflächenschicht LF ein spezifisches Kunststoff-Gleitmaterial oder eine spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung gewählt ist, insbesondere gemäß den oben erläuterten verschiedenen Ausführungsvarianten.
2 zeigt schematisch im Längsschnitt beispielhaft eine derart gegenüber 3 abgewandelte hintere Lagerbuchse 24*. Zweckmäßigerweise ist für die Trägerschicht TS ein vom Kunststoff-Werkstoff der Laufflächenschicht verschiedener Kunststoff-Werkstoff ausreichend, der den Anforderungen an ein Lagergleitmaterial nicht zu genügen braucht. Es ist ausreichend, wenn für die äußere Trägerschicht TS als Kunststoffmaterial z.B. ein elastisches Kunststoffmaterial, insbesondere thermoplastisches Elastomer, verwendet ist.
Zweckmäßigerweise sind die äußere Trägerschicht TS und die innere Laufflächenschicht LF durch 2K(Zweikomponenten)-Kunststoffspritzen materialinnig miteinander verbunden.
Ggf. können die Trägerschicht TS und die Laufflächenschicht LF auch miteinander verpresst oder in sonstiger Weise aneinander befestigt, insbesondere gebondet oder verklebt werden.
Fertigungstechnisch kann es vorteilhaft sein, wenn am äußeren Rand, insbesondere der äußeren Trägerschicht TS, der jeweiligen Lagerbuchse wie z.B. 22, 24 ein, insbesondere elastisches, Kopplungselement bzw. Halterungselement wie z.B. KE angeformt, insbesondere materialeinheitlich angespritzt, ist, welches der Halterung der Lagerbuchse in einer zugeordneten Halterung bzw. einem Lagerschild des Spaltrohrs 4 dient. Dieses kann die Funktion des O-Rings OR der Ausführungsbeispiele der 2, 3 übernehmen. Diese Modifikation bezüglich der Lagerbuchse 24, 24* ist im schematischen Längsschnittbild von 4 gezeigt.
Der erfindungsgemäße Einsatz von Kunststoff-Gleitlagern in einer Flüssigkeits-Förderpumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät führt durch die Möglichkeit einer verbesserten Materialabstimmung zu einer Verbesserung der Kostensituation, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer, der Effizienz und/oder der Geräuschreduzierung der jeweiligen Flüssigkeits-Förderpumpe in einem elektrischen, wasserführenden Haushaltgerät, insbesondere einer Geschirrspüler.
In wasserführenden elektrischen Haushaltgeräten wie Geschirrspülern, Waschmaschinen und Wäschetrocknern kommen zum Abpumpen oder Umwälzen von Flüssigkeiten vorzugsweise elektrisch angetriebene Kreiselpumpen zum Einsatz. Aus Zuverlässigkeitsgründen hat sich hier allgemein das Spaltrohrprinzip für die Pumpe durchgesetzt, wobei sich der rotierende Teil des Antriebsmotors im Fördermedium befindet und die Lagerung ebenfalls vom Fördermedium geschmiert wird. Dadurch kann eine bewegliche Wellendichtung entfallen. Als Spaltrohr bezeichnet man den zylindrischen, stehenden Teil des Motorgehäuses im magnetischen Spalt zwischen Rotor und Stator. Das Spaltrohr ist im Innenraum mit Fördermedium gefüllt und dichtet diesen nach außen hin ab. Zusätzlich können eine Heizung zur Erwärmung des Fördermediums und eine Wärmeabschirmung im Hydraulikteil des Gehäuses der Pumpe integriert sein. Die Lagerung des vom Fördermedium umströmten Rotors ist zweckmäßigerweise als Gleitlager mit Lagerbuchsen aus geeigneten Materialien ausgeführt. Diese Lagerbuchsen dienen sowohl als radiale, als auch als axiale Lagerung. Der mechanische Lagerspalt des Axiallagers kann hier Null werden, während der radiale Lagerspalt immer größer Null ist. Diese Lagerbuchsen werden bisher allgemein aus teuren, gesinterten Keramiken oder Kohle-Graphitmischungen hergestellt. Diese Lager müssen geringe Reibwerte aufweisen und auch Trockenlaufphasen unbeschadet überstehen. Die Lauffläche soll hart sein, und eine hohe Abriebfestigkeit besitzen.
Eine technische Lösung gemäß der Erfindung sieht nun insbesondere den Einsatz von Gleitlagern mit PTFE-haltigen hochschmelzenden Kunststoffcompounds vor. Zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften und der Stabilität können außerdem ggf. Graphit und/oder weitere Füllstoffe enthalten sein. Als Basispolymere für Lager-Spritzteile, d.h. Lager, die durch ein Kunststoff-Spritzverfahren hergestellt werden, kommen vorzugsweise hochschmelzende, hydrolyse- und/oder laugenbeständige Polymere wie z.B. PEEK oder PPS in Frage, um ein Schmelzen der Lager bei Mangelschmierung zu verhindern. Die Lager können alternativ in vorteilhafter weise auch aus reinem PTFE als Grundpolymer mit ggf. beigemengten Zuschlagstoffen gesintert werden. PTFE hat die Eigenschaft, auf dem Gegenlaufpartner – hier der Außenoberfläche der Antriebswelle, eine dünne Schmierschicht auszubilden, die sehr günstige tribologische Eigenschaften aufweist.
Zudem besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Lagerbuchsen im 2K(Zweikomponenten)-Kunststoff-Spritzerfahren oder als Pressverbund mit den ein oder mehrere anderen Werkstoffen einer äußeren Trägerstruktur bzw. Trägerschicht herzustellen, bei dem man den teureren Gleitwerkstoff nur dünnwandig an der radial inneren Lauffläche / Funktionsfläche der jeweiligen Lagerbuchse einsetzt, die der Antriebswelle zugewandt ist und mit dieser beim Anlauf oder Auslauf der Welle oder bei Trockenlauf ggf. in Kontakt kommt.
Mit dem Einsatz von Kunststoff-Gleitlagern ergeben sich Kostensenkungspotentiale gegenüber Karbon- oder Keramiklagern. Durch günstige Kombinationen von Kunststoffen und Füllstoffen ergeben sich auf den Einsatzfall besonders gut abstimmbare Eigenschaften. Zudem kann durch Lager aus oder mit PTFE oder durch Kunststofflager mit entsprechend anderen Füllstoffen ein besonders niedriger Reibwert erreicht werden, was die Reibung im Lager verringert und den Wirkungsgrad der Pumpe erhöht. Die dämpfenden Kunststoffeigenschaften senken die Anregung der angrenzenden Bauteile und somit den Geräuschpegel der Pumpe. Durch geringeren Verschleiß an Welle und Lager erhöht sich die Lebens- und Nutzungsdauer der Pumpe. Die Lagerung ist besonders widerstandsfähig gegen Trockenlauf und Abrasivstoffe. Kundendiensteinsätze werden seltener benötigt.
Folgende Gesichtspunkte können entweder Einzeln oder in Kombination vorteilhaft sein:

– Nassläuferpumpe für elektrisches Haushaltgerät mit einem, im Fördermedium oder anderem Fluid laufendem, den Impeller, d.h. das Förderrad antreibenden, Rotor, der in hydrodynamisch geschmierten Gleitlagern läuft, dadurch gekennzeichnet, dass ebendiese hydrodynamischen Gleitlager aus einem Polymer hergestellt sind, welches zumindest anteilig PTFE und oder PEEK enthält.
– Hydrodynamisches Gleitlager für eine Nassläufer-Ggeschirrspüler-Umwälzpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Lager aus einem PTFE- und oder PEEK haltigen Polymer hergestellt ist.
– Spaltrohrpumpe für einen Geschirrspüler, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lagerung des den Impeller antreibenden Rotors ein oder mehrere hydrodynamische Gleitlager eingesetzt werden, die anteilig oder vollständig aus PTFE oder PEEK bestehen.

Mögliche vorteilhafte Varianten sind insbesondere:

– Obengenanntes Lager aus einem Polymer, dem anteilig PTFE zugesetzt ist.
– Obengenanntes Lager aus reinem PTFE
– Obengenanntes Lager aus PTFE, dem anteilig andere Füllstoffe zugesetzt sind.
– Obengenanntes Lager, aus ein oder mehreren der obengenannte Stoffen, denen jeweils anteilig zwischen 5% und 60% Kohlenstoff in beliebiger Modifikation (z.B. Fasern, Graphit, Koks, Elektrokohle, Weichkohle) zugesetzt ist.
– Obengenanntes Lager im Spritzgußverfahren hergestellt
– Obengenanntes Lager nach zerspanendem Verfahren hergestellt
– Obengenanntes Lager nach preßtechnischem Verfahren hergestellt
– Obengenanntes Lager nach sintertechnischem Verfahren hergestellt
– Obengenanntes Lager nach sintertechnischen oder preßtechnischen Verfahren hergestellt und anschließend getränkt
– Obengenanntes Lager nach 2K-Verfahren hergestellt, wobei ein elastischer Teil zur Schwingungsentkopplung und zum Toleranzausgleich angespritzt wird.
– Obengenanntes Lager nach 2K-Verfahren hergestellt, wobei nur dünnwandige Teile, insbesondere der die Lauffläche des jeweiligen Lagers bildende Teil, aus dem eigentlichen Lagermaterial hergestellt werden/wird. Der andere Teil des Lagers wird zweckmäßigerweise aus preiswerteren Kunststoffen oder Elastomeren hergestellt, um die endgültige Geometrie zu erreichen.
– Obengenanntes Lager mit mechanisch bearbeiteter oder kalibrierter Bohrung hergestellt.
– Obengenanntes Lager durch Kombination obengenannter Verfahren hergestellt.

Bezugszeichenliste

1: Geschirrspülmaschine
2: Spaltrohrpumpe
4: Spaltrohr
6: Rotorkammer
8: Rotor
10: Magnet
12: Stator
14: Förderrad
16: Welle
17: Elektromotor
18, 20: Teilabschnitte der Welle
22: erstes Lager
23: vordere Seite
24, 24*: zweites Lager
25: hintere Seite des Rotors
26: vorderer Bereich der Rotorkammer
AS: Ansaugstutzen
DS: Druckstutzen
28: hinterer Bereich der Rotorkammer
29: vorderer Abschlussabschnitt
30: Lagerspalt
31: Boden des Spaltrohrs
32: Rotorspalt
300: vorderer Lagerhalter
39: Tragkörper des Rotors
40: Förderbereich/Hydraulikkammer
43: Tür
43a: horizontale Schwenkachse
43d: Aufschwenkpfeil
46, 47: Sprüheinrichtung
48: Bodenbereich des Spülbehälters
410: Rollen
411: Siebeinheit
413: Heizung
414: Verteiler
420: Spülbehälter
441, 442: Geschirrkörbe
48: Umwälzpumpe
49: Abwasserpumpe
50: Rotormantel
AR: Außenbereich
DR: Diffusorraum
DK: Druckraum
FP: Förderpfad/Strömungsrichtung
GH: Gehäuse
GT1: motorseitiges Gehäuseteil
GT2: hydraulikseitiges Gehäuseteile
HZ: Heizung
LF: radial innere Laufflächenschicht
OR, KE: Halterungselement
TA1, TA2: Abschnitte des Spaltrohrs im Bereich eines Lagerschildes
TA1*, TA2*: Abschnitte einer Lagerbuchse
TS: radial äußere Trägerschicht
SH, SH*: Schulter

Claims

Flüssigkeits-Förderpumpe, insbesondere Nassläuferpumpe (2), für ein elektrisches Haushaltsgerät, insbesondere Umwälzpumpe für eine Geschirrspülmaschine, mit einer eine Welle (16) antreibenden Rotoreinheit (8), wobei die Welle (16) mittels zumindest eines Lagers (22, 24) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lager (22, 24) der Welle (16) als Kunststoff-Gleitlager ausgebildet ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderbereich (40) ihres Gehäuses (GH) ein Förderrad (14) zum Pumpen von Förderflüssigkeit angeordnet ist, das über die Welle (16) antreibbar ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (16) auf der dem Förderrad (14) zugewandten Seite (23) der Rotoreinheit (8) mit einem ersten Lager (22) und auf der dem Förderrad (14) abgewandten Seite (25) der Rotoreinheit (8) mit einem zweiten Lager (24) gelagert ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lager (22, 24) als Kunststoff-Buchsenteil ausgebildet ist, das vollständig aus einem spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder einer spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung hergestellt ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 mit 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lager (22, 24) als Kunststoff-Buchsenteil ausgebildet ist, das eine radial äußere Trägerschicht (TS) und eine der Welle (16) zugewandte, radial innere Laufflächenschicht (LF) aufweist, und dass nur für dessen radial innere Laufflächenschicht (LF) ein spezifisches Kunststoff-Gleitmaterial oder eine spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung gewählt ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial des jeweiligen Lagers (22, 24) ein selbstschmierender Kunststoff ist, oder die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung einen selbstschmierenden Kunststoff umfasst.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 4 mit 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialpaarung Wellenmaterial, insbesondere Edelstahl, zum spezifischen Kunststoff-Gleitmaterial oder zur spezifischen Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers (22, 24) einen Reibungskoeffizienten µ zwischen 0,04 und 0,2 aufweist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 4 mit 7, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial des jeweiligen Lagers (22, 24) vollständig oder die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers (22, 24) anteilig aus einer hochschmelzenden, insbesondere verschleißfesten, abriebfesten und/oder hydrolyse- und/oder laugenbeständigen, Basispolymer-Komponente, insbesondere PTFE, PEEK und/oder PPS, hergestellt ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 4 mit 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das spezifische Kunststoff-Gleitmaterial oder in die spezifische Kunststoff-Gleitmaterialzusammensetzung des jeweiligen Lagers (22, 24) ein oder mehrere verschleißfeste, hydrolyse- und/oder laugenbeständige und/oder hochschmelzende Füllstoffe, insbesondere Graphit und/oder sonstige Kohlenstoffmodifikationen, eingebracht sind.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Rotorkammer (6), in der die Rotoreinheit (8) rotierbar untergebracht ist, mit ihrem Förderbereich (40), in der das Förderrad (7) rotierbar untergebracht ist, flüssigkeitsleitend zum Füllen mit Förderflüssigkeit verbunden ist.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltrohr (4), insbesondere ein Spalttopf, vorgesehen ist, dessen Innenraum eine Rotorkammer (6) für die Rotoreinheit (8) bildet.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (8) auf einem Längsabschnitt des in die Rotorkammer (6) untergebrachten Teilabschnitts (18) der Welle (16) fest aufsitzt.
Flüssigkeits-Förderpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Halterung des jeweiligen Lagers (22, 24) im Gehäuse (GH) der Flüssigkeits-Förderpumpe am radial äußeren Rand des Lagers (22, 24) ein, insbesondere elastisches, Kopplungselement (KE) angeformt, insbesondere angespritzt, ist.
Wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere Haushalts-Geschirrspülmaschine (1), mit einer Flüssigkeits-Förderpumpe, insbesondere Nassläuferpumpe (2), bevorzugt Spaltrohrpumpe, die nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.