DE102016204677A1

DE102016204677A1 - Haushaltsgerät mit Wellgetriebe und Verfahren zu seinem Betrieb

Info

Publication number: DE102016204677A1
Application number: DE102016204677.2A
Authority: DE
Inventors: Vahid Malkic; Jörg Skrippek; Raymond Römer
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät 1, 27 mit einem hochdrehenden Antriebsmotor 7 und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente 2, 38, welche über ein zwischengeschaltetes Getriebe 15, 16, 17 verbunden sind, wobei das Haushaltsgerät ein wasserführendes Haushaltsgerät 1, 27 oder ein Haushaltsgerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist, und wobei das Getriebe ein Wellgetriebe 15, 16, 17 ist, umfassend einen Wellengenerator 15, eine verformbare, außenverzahnte Keilwelle 16, die in einem ersten Oberflächenbereich 24 außenverzahnt und verformbar ist, und eine steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle 17. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb dieses Haushaltsgerätes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einem hochdrehenden Antriebsmotor, einer niedrigdrehenden Gerätekomponente und einem Getriebe, welches zwischen dem hochdrehenden Antriebsmotor und der niedrigdrehenden Gerätekomponente angeordnet ist, wobei das Haushaltsgerät insbesondere ein wasserführendes Haushaltsgerät oder ein Haushaltsgerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist. Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb des Haushaltsgeräts.
In der Entwicklung von Haushaltsgeräten spielen die Reduzierung des Bauraums und eine Minimierung der Herstellungskosten eine große Rolle. Haushaltsgeräte sollen kompakt sein und günstig herstellbar. Um beide Ziele zu erreichen, ist es oft unumgänglich, Kompromisslösungen zu verwenden. Eine solche Kompromisslösung ist die Verwendung hochdrehender, drehmomentenschwacher Antriebsmotoren. In Haushaltsgeräten werden jedoch häufig niedrige Drehzahlen und hohe Drehmomente für den Antrieb von Gerätekomponenten benötigt. Beispiele sind u.a. Dosierpumpen und Wäschetrommeln in Waschmaschinen und Trocknern, Mahlwerke in Mühlen und Kaffeemaschinen oder Rührwerke in Knetmaschinen.
Vorteile hochdrehender, momenteschwacher Antriebe gegenüber langsam drehenden Antrieben sind, dass sie platzsparend ausgestaltet werden können, da sie über radial gestauchte und axial gestreckte Motorausdehnungen verfügen und kostengünstig herzustellen sind, da weniger Material zum Einsatz kommt.
Um hochdrehende Antriebsmotoren in Haushaltsgeräten einsetzen zu können, werden im Allgemeinen zusätzlich Getriebe eingesetzt, welche als Untersetzer zwischen Antrieb und entsprechender Gerätekomponente zwischengeschaltet sind. Hierbei werden oft hohe Untersetzungen benötigt, so dass in der Regel mehrstufige Stirnradgetriebe oder auch Riemengetriebe verwendet werden.
So offenbart die Veröffentlichung DE 3429109 C2 ein Getriebe für ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Küchenmaschine, mit einem Getriebegehäuse und mindestens einem darin gelagerten Zahnrad, wobei das Zahnrad eine Gleitlagerfläche aufweist, die mit einer Gegenlagerfläche zusammenwirkt, und wobei die Gleitlagerfläche des Zahnrades an den Zahnköpfen vorgesehen ist.
Die Veröffentlichung DE 3433004 A1 offenbart ein Getriebe für ein elektromotorisches Haushaltsgerät, wie eine Küchenmaschine, mit einem Riementrieb, der zwei Riemenscheiben, einen Riemen und eine an einem Getriebegehäuse gehalterte Riemenspannvorrichtung mit einer am Riemen angreifenden Spannscheibe aufweist, wobei die Riemenscheibe an einem Stellexzenter gelagert ist, der in einem am Getriebegehäuse angeordneten Lagerauge gehalten ist, wobei das Lagerauge ein elastisches Material aufweist, nur über einen Teilbereich seines Umfanges mit dem Getriebegehäuse verbunden ist und im übrigen Teilbereich seines Umfanges eine Unterbrechung und benachbart dieser eine nach innen vorspringende Rastnase aufweist, wobei die Rastnase mit elastischer Vorspannung in Eingriff mit an der Umfangsfläche des Stellexzenters ausgebildeten Rastzähnen drückt.
Die Veröffentlichung DE 44 47 227 A1 offenbart eine vom Antriebsmotor der Wäschetrommel antreibbare Flügelrad-Kondensatpumpe für einen Wäschetrockner mit einem unterhalb des Wäschetrockenraumes angeordneten Kondensat-Auffangbehälter, der mit der Pumpenkammer hydraulisch verbunden ist. Die Antriebswelle des Flügelrades weist ein Getriebe-Abtriebsrad auf, das in Richtung auf ein Antriebsrad des Antriebsmotors hin beweglich ist und mechanisch mit einem Schwimmer verbunden ist, der in einer mit dem Auffangbehälter hydraulisch verbundenen Schwimmerkammer geführt ist.
Die Veröffentlichung DE 80 11 829 U1 offenbart einen Wäschetrockner zum Trocknen von Wäsche, mit einer durch einen Elektromotor über ein Rädergetriebe und ein diesem nachgeschaltetes Riemengetriebe angetrieben Wäschetrommel. Die den Riemen des Riemengetriebes antreibende Antriebsriemenscheibe ist an einem Lagerschild des Gehäuses des Elektromotors außenseitig angeordnet. Mit dieser Antriebsriemenscheibe ist ein zu ihr koaxial angeordnetes Reibrad drehfest verbunden, das an die zu ihm achsparallele, im Durchmesser kleinere Motorwelle des Elektromotors andrückt und ebenfalls an diesem Lagerschild angeordnet ist. Der Riemen des Riemengetriebes ist dadurch gespannt, indem der Elektromotor im Ganzen um eine zur Drehachse seiner Motorwelle gleichachsige Drehachse drehbar gelagert und so geschwenkt ist, dass die Antriebsriemenscheibe den Riemen spannt.
Die Veröffentlichung DE 10 2007 005 108 A1 offenbart einen Zugmittelantrieb für ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Küchenmaschine, der eine erste Scheibe, die mit einer Welle drehbar fest verbunden ist, und eine zweite Scheibe, die mit der ersten Scheibe über ein die beiden Scheiben umschlingendes Zugmittel in Antriebsverbindung steht, umfasst. Die Welle ist um eine zu ihr im Wesentlichen parallele und von ihr beabstandete Schwenkachse in eine Spannrichtung, in der sie das Zugmittel spannt, schwenkbar. Eine Strecke von der Schwenkachse zur Welle bildet den Lastarm eines Hebels und eine Strecke von der Schwenkachse zu einem Punkt, an dem das Zugmittel lasttrumseitig an die erste Scheibe angreift, bildet den Kraftarm des Hebels, wobei das Zugmittel so an den Kraftarm angreift, dass er auf die erste Scheibe bezüglich der Schwenkachse ein Drehmoment ausübt, das am Lastarm in eine Kraft in Spannrichtung resultiert.
Die Veröffentlichung DE 10 2012 207 741 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners mit einer Steuervorrichtung, einer Trommel für zu trocknende Wäschestücke, einem Prozessluftkanal, in dem sich ein Prozessluftgebläse für die Beförderung der Prozessluft und eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befinden, und mit einem drehzahlvariablen Motor, der das Prozessluftgebläse antreibt. Das Verfahren umfasst eine Aufheizphase, eine quasistationäre Trocknungsphase und eine Abkühlphase. Während der Aufheizphase wird das Prozessluftgebläse in mindestens einem ersten Zeitabschnitt mit einer gegenüber der quasistationären Trocknungsphase reduzierten Drehzahl ω₂ betrieben, indem der Motor mit einer reduzierten Drehzahl ω₂ betrieben wird.
Die Veröffentlichung DE 10 2012 014 355 A1 offenbart einen Schwungradspeicher, der ein Gehäuse, eine im Gehäuse eingerichtete Walze, eine auf dieser Walze befestigte zylindrische Vakuumkammer, ein sich in der Vakuumkammer befindendes Schwungrad, und ein Wellgetriebe und eine das Schwungrad mit einem der Bauteile des Getriebes kinematisch verbindende Kupplung enthält. Die elastisch ausgeführte zylindrische Seitenfläche der Vakuumkammer dient als biegsames Rad und das Gehäuse als festes Rad. Das Bauteil des Getriebes, das durch die Kupplung mit dem Schwungrad kinematisch verbunden wird, ist koaxial dem Schwungrad mit der Möglichkeit eines Drehens relativ des Schwungrades eingerichtet und stellt einen Wellenerzeuger dar.
Die Veröffentlichung DE 10 2007 014 023 A1 offenbart einen Roboter-Manipulatorarm-Gelenkantrieb mit einem Antriebsmotor und einem Antriebsgetriebe, das eine um eine Axiale drehbare Drehmomentstütze und einen Antrieb aufweist. Die Drehmomentstütze weist eine in einer Zylinderebene liegende Kurvenscheibe auf, auf der ein durch eine Spannfeder axial vorgespanntes Kurvenrad läuft. Der Roboter kann beispielsweise ein Haushaltsroboter sein.
Die Veröffentlichung DE 10 2009 000 486 A1 offenbart eine radialflexible Abrollbuchse für ein Wellgetriebe, bestehend aus einer im Wesentlichen in axialer Richtung der radialflexiblen Abrollbuchse sich erstreckenden rohrartigen Membran, welche eine Außenverzahnung an ihrer Außenmantelfläche trägt, und mit einem Flanschbereich. Die rohrartige Membran ist im Betrieb der radialflexiblen Abrollbuchse umlaufend in radialer Richtung durch einen exzentrischen Antriebskern verformt. Die Außenverzahnung gelangt dadurch umlaufend partiell mit einer Verzahnung an einem Stützring in Eingriff. Zumindest Teilbereiche der radialflexiblen Abrollbuchse umfassen ein flächiges Element aus einem nichtmetallischen, elastomeren Werkstoff, um eine Schwingungs- und/oder Schalldämpfung im Betrieb des Wellgetriebes zu bewirken.
Die Veröffentlichung DE 197 08 310 A1 offenbart ein Untersetzungsgetriebe mit den folgenden Merkmalen: Einen starren Stützring mit einer zylindrischen, innenverzahnten und eine erste Zähnezahl Z1 aufweisenden Stützfläche; eine radialflexible Abrollbuchse mit einer verzahnten Außenmantelfläche; eine mit einer Antriebswelle verbundene Antriebseinrichtung, durch welche ein oder mehrere erste Umfangsabschnitte der Außenmantelfläche der Abrollbuchse mit der Stützfläche des Stützringes in Eingriff gehalten sind; ein mit einer Abtriebswelle verbundenes Abtriebshohlrad, welches eine zylindrische, innenverzahnte und eine zweite Zähnezahl Z2 aufweisende Ringfläche, die nach Maßgabe einer durch die Antriebseinrichtung vorgegebenen Drehung ebenfalls mit der Abrollbuchse in Eingriff steht, enthält. Die Abrollbuchse weist an ihrer Außenmantelfläche zwei axial nebeneinanderliegende und unterschiedliche Zähnezahl Z3 und Z4 aufweisende Verzahnungsringe auf. Der erste Verzahnungsring ist mit dem einem oder den mehreren ersten Umfangsabschnitten mit der Stützfläche des Stützringes in Eingriff gehalten und weist eine dritte Zähnezahl Z3 auf. Der zweite Verzahnungsring ist mit einem oder mehreren zweiten Umfangsabschnitten mit der Ringfläche des Abtriebshohlrades in Eingriff gehalten und weist eine vierte Zähnezahl Z4 auf. Die Zähnezahlen Z1 und Z3 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der in Eingriff gehaltenen ersten Umfangsabschnitte und die Zähnezahlen Z2 und Z4 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der in Eingriff gehaltenen zweiten Umfangsabschnitte.
Nachteil insbesondere von mehrstufigen Getrieben ist eine hohe Anfälligkeit für Fehler, alleine aufgrund der Vielzahl an Bauteilen. Riemengetriebe verfügen bedingt durch ihr Prinzip immer über Schlupf, der sich zeitlich, also über die Gerätelebensdauer, verändert. Um Drehmomente übertragen zu können, muss sichergestellt sein, dass eine Mindestriemenspannung über die gesamte Lebensdauer des Produktes vorliegt. Des Weiteren besteht die Gefahr von Riemenrissen durch Alterung, Versprödung oder Verschleiß. Es wäre daher wünschenswert, in einem Haushaltsgerät ein Getriebe mit einer einstufigen Untersetzung, geringem Verschleiß und langer Lebensdauer bereitzustellen, welches zudem kostengünstig herstellbar ist.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Haushaltsgerät mit einem Getriebe mit einer verringerten Fehleranfälligkeit und verbesserten Verschleißeigenschaften bereitzustellen. Vorzugsweise soll dabei ein einstufiges Getriebe eingesetzt werden. Außerdem soll ein Verfahren zum Betrieb dieses Haushaltsgeräts bereitgestellt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch ein Haushaltsgerät sowie ein zu dessen Betrieb geeignetes Verfahren mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen aufgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts entsprechen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt, auch wenn dies hierin nicht explizit festgestellt ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Haushaltsgerät mit einem hochdrehenden Antriebsmotor und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente, welche über ein zwischengeschaltetes Getriebe verbunden sind, wobei das Haushaltsgerät ein wasserführendes Haushaltsgerät oder ein Haushaltsgerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist, und wobei das Getriebe ein Wellgetriebe ist, umfassend einen Wellengenerator, eine verformbare, außenverzahnte Keilwelle, die in einem ersten Oberflächenbereich außenverzahnt und verformbar ist, und eine steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle. „Verformbar“ bedeutet hierbei insbesondere „reversibel verformbar“, also flexibel.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Wellgetriebe reduziert im Allgemeinen eine Motordrehzahl D_M auf eine Komponentendrehzahl D_K.
Ein Wellgetriebe ist in der Regel ein einstufiges Getriebe aus 3 Bauteilen, einem Wellengenerator, einer verformbaren, außenverzahnten Keilwelle, die in einem ersten Oberflächenbereich außenverzahnt und verformbar ist, und eine steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle.
Im Allgemeinen sind die Bestandteile des Wellgetriebes derart angeordnet und das Wellgetriebe arbeitet derart, dass der Wellengenerator die verformbare, außenverzahnte Keilwelle im Bereich der Außenverzahnung durch Rotation verformen kann, um ein Eingreifen der Außenverzahnung in die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle zu bewirken. Hierzu enthält der Wellengenerator in der Regel mindestens einen elliptisch geformten Träger und ein umfänglich angeordnetes Kugellager in einem verformbaren Lagerring.
Wird der Wellengenerator zur Rotation angeregt, so bewirkt das Kugellager eine Verformung des Lagerrings. Die Art des Trägers ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Es kann sich hierbei um eine Scheibe oder auch einen Ring handeln. Der Träger kann aber auch als mechanischer Zapfen ausgestaltet sein. Zudem kann der Träger ein oder mehrere Durchgangslöcher zur Montage einer mechanischen Verbindung besitzen. Jedenfalls bewirkt diese Verformung des Lagerringes eine entsprechende Verformung der Keilwelle im ersten Oberflächenbereich. Da die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle kreisförmig angeordnet ist, greift die Außenverzahnung der Keilwelle nur im Bereich der elliptischen Längsachse in die Innenverzahnung der Zirkularwelle.
Im Allgemeinen ist die Außenzahnanzahl der Keilwelle um die Differenz ΔZ gegenüber der Innenzahnanzahl der Zirkularkeilwelle reduziert, so dass die Bewegung der Eingriffsstellen in eine Umfangsrichtung bewirkt, dass die Keilwelle mit einer gegenüber dem Wellengenerator reduzierten Drehzahl D_K und in entgegengesetzter Richtung rotiert. Die Keilwelle ist dann im Haushaltsgerät im Allgemeinen über eine zweite Verbindung mit der Gerätekomponente verbunden, so dass die Drehbewegung der Keilwelle an die Gerätekomponente übertragen wird und dadurch den Antrieb der Gerätekomponente bewirkt.
Die Ausführung der verformbaren, außenverzahnten Keilwelle ist in Maß und Form erfindungsgemäß nicht eingeschränkt, solange mit ihr die Funktion des Wellgetriebes möglich ist. Die Keilwelle kann z.B. offen oder durch eine Platte einseitig geschlossen ausgestaltet sein. Ein nicht-verzahnter Bereich kann z.B. steif oder verformbar sein, und die Keilwelle kann z.B. rohrartig gestreckt oder ringförmig gestaucht sein. Zudem kann ein mit einer Platte verschlossenes Ende auch mindestens ein Durchgangsloch zur Montage einer mechanischen Verbindung aufweisen. Vorzugsweise ist die Keilwelle nur im ersten Oberflächenbereich, in dem sie außenverzahnt ist, verformbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts weist die Keilwelle in einem nicht-verzahnten Bereich eine Spur zur Aufnahme einer Riemenverbindung auf. Auf diese Weise kann die von der Keilwelle ausgegebene reduzierte Drehzahl D_K über einen Riemenantrieb an die Gerätekomponente ausgegeben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts weist die Keilwelle neben einem ersten verformbaren, außenverzahnten Oberflächenbereich einen zweiten Oberflächenbereich mit einer Verzahnung auf. Insbesondere weist die verformbare, außenverzahnte Keilwelle in einem zweiten Oberflächenbereich eine Außenverzahnung und/oder Innenverzahnung zur Aufnahme einer Zahnradverbindung auf. Die Zahnradverbindung, welche im Allgemeinen die Verbindung zu einer anzutreibenden Gerätekomponente darstellt, kann dabei ein oder mehrere Zahnräder enthalten. Im Allgemeinen ist die Keilwelle im zweiten Oberflächenbereich nicht verformbar.
Auf diese Weise kann über die zweite Verzahnung insbesondere (mechanisch) direkt, d.h. ohne dass also weitere Zahnräder etc. erforderlich sind, eine Zahnradverbindung mit einer Gerätekomponente hergestellt werden. Hierzu befindet sich die zweite Verzahnung im Allgemeinen als zweite Außenverzahnung im zweiten Oberflächenbereich.
Die Ausführung der steifen, innenverzahnten Zirkularkeilwelle ist erfindungsgemäß ebenfalls nicht eingeschränkt, jedoch weist sie bevorzugt umfänglich mindestens ein Befestigungsloch auf. Außerdem weist die Zirkularkeilwelle in der Regel eine gegenüber der außenverzahnten Keilwelle größere Zahnanzahl Z auf. Die Zahnanzahlen der innenverzahnten Zirkularkeilwelle und der außenverzahnten Keilwelle sind erfindungsgemäß nicht eingeschränkt, liegen jedoch bevorzugt im Bereich von 20 bis 200.
Maßgebend für das Untersetzungsverhältnis des Wellgetriebes ist insbesondere die Differenz der Zahnanzahlen ΔZ, wobei gilt, dass die Zahnanzahl der Innenverzahnung Z_I in der Regel größer ist, als die Zahnanzahl der Außenverzahnung Z_A, also ΔZ = Z_Innen – Z_Außen. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass eine Relativrotation der Keilwelle gegenüber der Zirkularkeilwelle geschieht, wobei die Rotation der Differenz der Anzahl der Zähne zwischen Zirkularkeilwelle und Keilwelle entspricht. Durch unterschiedliche Differenzen ΔZ können unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse realisiert werden. Erfindungsgemäß ist die Differenz der Zahnanzahl ΔZ nicht eingeschränkt. Bevorzugt liegt die Zahnanzahl ΔZ jedoch in einem Bereich ΔZ > 2, und besonders bevorzugt ist die Differenz der Zahnanzahlen ΔZ = 2.
Auf diese Weise können unter Berücksichtigung der absoluten Zahnanzahlen unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse realisiert werden, da das Untersetzungsverhältnis u.a. auch von den Zahnanzahlen abhängig ist, wobei gilt, je höher die Zahnanzahlen, desto größer das Untersetzungsverhältnis.
Im Allgemeinen kann ein Wellgetriebe zur Untersetzung und/oder Übersetzung von Drehzahlen verwendet werden, d.h. hohe Drehzahlen können reduziert werden oder langsame Drehzahlen können erhöht werden. In einem Haushaltsgerät wird das Wellgetriebe im Allgemeinen zwischen einem hochdrehenden Antriebsmotor und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente angeordnet sein. Durch das Wellgetriebe wird die hohe Motordrehzahl D_M dabei auf die erforderliche niedrigere Komponentendrehzahl D_K reduziert. Das Wellgetriebe wird also im erfindungsgemäßen Haushaltsgerät als Untersetzungsgetriebe eingesetzt.
Das Material, aus welchem das Wellgetriebe gefertigt ist, ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Das Wellgetriebe kann mindestens teilweise aus Stahl und/oder einem nicht-eisenhaltigen Metall gefertigt sein. In einer bevorzugten Ausführung besteht das Wellgetriebe zumindest teilweise aus einem organischen Polymermaterial, insbesondere z.B. aus Polyamid oder Polyoxymethylen. Vorteile von Kunststoffgetrieben gegenüber Metallgetrieben sind dabei insbesondere ein hohes Rückstellvermögen, sowie eine hohe Eigenelastizität, die auch bei hohen Drehmomenten eine optimale Kraftübertragung erlaubt und ein Flächenpressen verhindert. Zudem lassen sich Getriebe auf diese Weise auch kostengünstiger fertigen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht von den Bestandteilen Wellengenerator, Keilwelle und Zirkularkeilwelle mindestens eines aus einem organischen Polymermaterial.
Im erfindungsgemäßen Haushaltsgerät ist das Wellgetriebe zwischen einem hochdrehenden Antriebsmotor und einer Gerätekomponente angeordnet, die mit niedrigen Drehzahlen betrieben wird. Die Gerätekomponente ist nicht besonders eingeschränkt und kann z.B. eine Dosierpumpe in einer Waschmaschine oder einem Geschirrspülgerät sein, eine Trommel in einer Waschmaschine oder in einem Trockner sein, oder auch das Mahlwerk in einer Kaffeemaschine oder das Rührwerk in einer Küchenmaschine. Erfindungsgemäß wird das Wellgetriebe in wasserführenden Haushaltsgeräten und in Haushaltsgeräten zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Haushaltsgerät ein wasserführendes Haushaltsgerät aus der Gruppe bestehend aus einem Wäschetrockner, einem Waschtrockner, einer Waschmaschine und einem Geschirrspülgerät.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Haushaltsgerät ein Gerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln, z.B. eine Kaffeemaschine, Knetmaschine.
In einem Wellgetriebe, welches zur Untersetzung eingesetzt wird, ist die Antriebsseite der Wellengenerator und die Abtriebsseite ist die außenverzahnte Keilwelle. Der Wellengenerator ist daher in der Regel mit dem Antriebsmotor verbunden und die außenverzahnte Keilwelle mit der Gerätekomponente. Diese Verbindungen können direkte Verbindungen sein und/oder mechanische Weiterleitungen.
„Direkt“ bedeutet hierin z.B. eine Zahnradverbindung oder eine Riemenverbindung, jedenfalls eine Verbindung, die einen direkten Kontakt zwischen dem Wellgetriebe und dem Antriebsmotor und/oder der anzutreibenden Gerätekomponente ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist das Wellgetriebe koaxial mit dem Antriebsmotor und/oder der antreibenden Gerätekomponente angeordnet. Damit ergibt sich ein besonders platzsparender und effektiver Aufbau, da auf diese Weise eine kurze Bautiefe bei fluchtenden Achsen möglich ist.
Der Wellengenerator ist im erfindungsgemäßen Haushaltsgerät in der Regel über eine erste direkte Verbindung mit dem Antriebsmotor verbunden, welcher mit einer Motordrehzahl D_M rotiert und eine entsprechende Rotation des Wellengenerators bewirkt.
Mechanische „Weiterleitung“ bedeutet hierin eine auf übliche Weise hergestellte mechanische Verbindung, z.B. mittels Wellen, Flanschen und/oder Kupplungen, jedenfalls eine mechanische Verbindung, die die Übertragung von Drehzahlen zwischen Antriebsmotor, Wellgetriebe und/oder Gerätekomponente ermöglicht.
So ist in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts der Wellengenerator des Wellgetriebes über eine übliche mechanische Weiterleitung mit dem Antriebsmotor verbunden. Der Träger des Wellengenerators weist hierzu mittig ein Durchgangsloch auf, über welches die Verbindung montiert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts ist die Keilwelle des Wellgetriebes über eine übliche mechanische Weiterleitung mit der Gerätekomponente verbunden. Hierzu ist die Keilwelle im Allgemeinen einseitig durch eine Platte geschlossen ausgeführt, wobei die Platte einen Lochkranz zur Montage der mechanischen Weiterleitung aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts ist die Gerätekomponente eine Dosierpumpe zur Dosierung eines flüssigen Behandlungsmittels in einem wasserführenden Haushaltsgerät. Die Dosierpumpe wird im Allgemeinen mit einer niedrigen Drehzahl betrieben. Zur Übertragung der niedrigen Drehzahl D_K von der Keilwelle des Wellgetriebes auf die Dosierpumpe sind beide über eine mechanische Weiterleitung miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform ist die Keilwelle hierzu durch eine Platte einseitig geschlossen ausgeführt, wobei die Platte mindestens ein Durchgangsloch zur Montage einer üblichen mechanischen Weiterleitung aufweist. Die Dosierpumpe ist häufig als Zahnradpumpe ausgestaltet, so dass die mechanische Weiterleitung insbesondere eine Zahnradvermittlung ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass im zweiten Oberflächenbereich auf der Keilwelle eine zweite Außenverzahnung angebracht ist, in welche ein Zahnrad der Dosierpumpe eingreifen kann. Vorteilhaft kann dabei das Wellgetriebe abgedichtet in einem Gehäuse mit der Dosierpumpe untergebracht sein.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts ist die Gerätekomponente die Trommel eines Wäschetrockners. Zur direkten Übertragung der reduzierten Drehzahl D_K von der Keilwelle auf die Trommel kann bei dieser Ausführungsform die Keilwelle mit einer zweiten Außenverzahnung versehen sein, in welche ein Zahnrad der Trommel direkt eingreift. Auf diese Weise ist eine besonders platzsparende Ausgestaltung möglich. Außerdem kann die Anzahl an Bauteilen zur Herstellung der Verbindung zwischen Trommel und Getriebe reduziert werden und somit auch die Anzahl möglicher Fehler- oder Verschleißquellen. Allerdings kann an der Keilwelle alternativ auch eine Riemenverbindung angebracht sein. Die Keilwelle kann auch besonders platzsparend und effektiv koaxial mit der Trommel-Antriebswelle verbunden sein. Beispielsweise indem diese Antriebswelle mit einer Kupplung an der Keilwelle angreift oder die Keilwelle an der Antriebswelle ausgebildet ist.
Insbesondere bei Anwendungen in wasserführenden Haushaltsgeräten, aber im Allgemeinen auch in anderen Haushaltsgeräten, kommen auch drehzahlgeregelte Motoren, wie beispielsweise BLDC-Motoren zum Einsatz. Wobei hierunter auch Mehrphasen-Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) zu verstehen sind. Auf diese Weise können z.B. unterschiedliche Rührgeschwindigkeiten in Küchenmaschinen oder unterschiedliche Trommelgeschwindigkeiten in Trocknern oder Waschmaschinen realisiert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts ist der Antriebsmotor daher ein Mehrphasen-Permanenmagnet-Synchronmotoren BLDC-Motor. Insbesondere in Verbindung mit einem BLDC-Motor ist die Verwendung eines Wellgetriebes vorteilhaft, da die hohen Anfahrdrehzahlen eines BLDC-Motors durch den großen Zahneingriffsbereich des Wellgetriebes sehr gut aufgefangen werden können, ohne jedoch den Verschleiß des Getriebes zu begünstigen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb eines Haushaltsgerätes mit einem hochdrehenden Antriebsmotor und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente, welche über ein zwischengeschaltetes Getriebe verbunden sind, wobei das Haushaltsgerät ein wasserführendes Haushaltsgerät oder ein Haushaltsgerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist, und wobei das Getriebe ein Wellgetriebe ist, umfassend einen Wellengenerator, eine verformbare, außenverzahnte Keilwelle, die in einem ersten Oberflächenbereich außenverzahnt und verformbar ist, und eine steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle, wobei der Wellengenerator mindestens einen elliptisch geformten Träger und ein umfänglich angeordnetes Kugellager in einem verformbaren Lagerring enthält, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Einschalten des Antriebsmotors und Antreiben des Wellengenerators mit der Motordrehzahl D_M;
(b) Verformung des außenverzahnten ersten Oberflächenbereichs der Keilwelle durch den Wellengenerator entlang einer langen Ellipsenachse des elliptisch geformten Trägers und Eingreifen der Außenverzahnung der Keilwelle an Eingriffsstellen in die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle in dem verformten zweiten Oberflächenbereich;
(c) Wandern der Eingriffsstellen entlang eines Umfangs der Zirkularkeilwelle entgegengesetzt zur Antriebsrichtung des Wellengenerators mit einer reduzierten Drehzahl D_K; und
(d) Übertragung der reduzierten Drehzahl D_K von der Keilwelle auf die Gerätekomponente und Antreiben der Gerätekomponente.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren läuft somit ein Antriebsmotor mit einer hohen Motordrehzahl D_M. Mit dieser hohen Motordrehzahl D_M treibt der Antriebsmotor den Wellengenerator eines Wellgetriebes, in der Regel über eine mechanische Weiterleitung, z.B. eine Welle, zu einer Rotation an. Der Wellengenerator rotiert dann entsprechend mit der Drehzahl D_M. Durch diese Rotation verformt der Wellengenerator den verformbaren und außenverzahnten ersten Oberflächenbereich einer Keilwelle. Da der Wellengenerator hier ellipsenförmig ist, verformt sich die Keilwelle ebenfalls ellipsenförmig. An den beiden Enden der großen Ellipsenachse greift daraufhin die Außenverzahnung der Keilwelle in die Innenverzahnung einer umgebenden, feststehenden Zirkularkeilwelle ein. Diese Eingriffsstellen wandern entgegensetzt zur Rotationsrichtung des Wellengenerators mit einer langsameren Drehzahl D_K entlang des Umfangs der Zirkularkeilwelle. Somit rotiert die Keilwelle langsamer und entgegengesetzt zum Wellengenerator. Mit dieser niedrigen Drehzahl D_K treibt nun die Keilwelle, in der Regel über eine mechanische Weiterleitung, z.B. eine Welle einer Gerätekomponente an.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf der dem Wellengenerator abgewandten Seite der Keilwelle eine Spur für eine Riemenverbindung angebracht, in welche ein Riemen eingelegt ist. Das andere Ende des Riemens ist entsprechend mit einer Gerätekomponente, z.B. dem Rührwerk einer Küchenmaschine verbunden. Beim Betrieb des Wellgetriebes rotiert die Keilwelle mit einer relativ zum Wellengenerator niedrigeren Drehzahl D_K, der Riemen läuft aufgrund der Rotation der Keilwelle mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Drehzahl D_K und treibt somit die verbundene Gerätekomponente, z.B. das Rührwerk einer Küchenmaschine, an, welches daraufhin z.B. einen Knethaken bewegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich auf der dem Wellengenerator abgewandten zweiten Oberfläche der Keilwelle eine zweite Außenverzahnung, die in die Außenverzahnung eines Zahnrades einer Gerätekomponente eingreift, z.B. einer Zahnradpumpe einer Dosiervorrichtung in einem wasserführenden Haushaltsgerät. Beim Betrieb des Wellgetriebes rotiert bei dieser Ausführungsform die Keilwelle mit der relativ zum Wellengenerator niedrigeren Drehzahl D_K. Über den Eingriff der zweiten Außenverzahnung in das Zahnrad der Gerätekomponente rotiert das Zahnrad der Gerätekomponente nun ebenfalls mit D_K, wodurch die Gerätekomponente, also z.B. die Zahnradpumpe, angetrieben wird und einen Pumpvorgang ausführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft der Antriebsmotor in einem programmgesteuerten Haushaltsgerät mit unterschiedlichen Drehzahlen je nach Programmauswahl und Programmablauf. Entsprechend rotiert ebenfalls der Wellengenerator während eines durchgeführten Programms mit unterschiedlichen Drehzahlen, so dass auch die Keilwelle in konstantem Verhältnis mit unterschiedlichen niedrigen Drehzahlen rotiert. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass eine Trommel in einem wasserführenden Haushaltsgerät unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten ausführt.
Die Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf. Gegenüber den bislang eingesetzten mehrstufigen Stirnrad- und Riemengetrieben arbeiten Wellgetriebe einstufig und benötigen weniger Bauraum und entsprechend auch weniger Bauteile und Material. Wellgetriebe arbeiten mit einer hohen Positioniergenauigkeit von weniger als einer Winkelminute und einer Wiederholgenauigkeit von wenigen Winkelsekunden. Die Kraftübertragung erfolgt über einen großen Zahneingriffsbereich und nicht, wie etwa bei Stirnradgetrieben nur über einen 1:2 Eingriffsbereich, so dass auch sehr hohe Drehmomente übertragen werden können. Durch den großen Zahneingriffsbereich ist auch die Spielfreiheit gering, im Gegensatz beispielsweise zu Riemengetrieben, wo ein Schlupf bereits bedingt durch das Prinzip auftritt. Die Bewegung eines Wellgetriebes ist nahezu rein radial, die Gleitgeschwindigkeit ist dadurch sehr gering und es tritt nahezu kein Reibungsverschleiß der Verzahnung auf. Wellgetriebe weisen somit eine im Vergleich zu anderen Getrieben eine lange Lebensdauer auf, die wiederum zu einer längeren Lebensdauer des Haushaltsgerätes beiträgt. Zudem sind Wellgetriebe vergleichsweise torsionssteif. Auf diese Weise haben auch große Drehmomentschwankungen nur einen geringen Einfluss auf das Getriebe und damit auf den Betrieb einer Gerätekomponente in einem Haushaltsgerät. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Wellgetriebes insbesondere vorteilhaft ist bei der Verbindung zwischen einem in einem Haushaltsgerät eingesetzten hochdrehenden Antriebsmotor und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Haushaltsgeräte sowie der Funktionsweise der darin enthaltenen Wellgetriebe. Dabei wird Bezug genommen auf die 1 bis 3.
1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Trockner gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Haushaltsgerätes. Hier ist der Trockner als Kondensationstrockner mit einer Wärmepumpe ausgestaltet. Andere Ausführungsformen sind denkbar.
2 zeigt das Zusammenwirken der erfindungswesentlichen Teile eines in einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Haushaltsgerätes verwendeten Wellgetriebes.
3 zeigt eine schematische, auszugsweise Darstellung einer Anordnung aus Antriebsmotor, Wellgetriebe und einer Dosierpumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Haushaltsgerät insbesondere eine Waschmaschine ist.
1 zeigt gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen Trockner 1 mit einem hochdrehenden Antriebsmotor 7, der den als Trommel ausgeführten Behälter 2 zur Aufnahme von Wäschestücken mit einer Motordrehzahl D_M antreibt, wobei ein Wellgetriebe 15, 16, 17 zur Reduzierung der Motordrehzahl D_M auf eine Trommeldrehzahl D_K zwischengeschaltet ist. Die Trommel 2 ist um eine horizontale Achse drehbar gelagert und dient als Trocknungskammer, innerhalb derer Mitnehmer 14 zur Bewegung von hier nicht gezeigten Wäschestücken während einer Trommeldrehung befestigt sind. Prozessluft wird mittels eines Gebläses 12 durch die Trommel 2 in einem Prozessluftkreislauf 3 geführt. Nach Durchgang durch die Trommel 2 wird die feuchte, warme Prozessluft in den Verdampfer 8 einer Wärmepumpe 8, 9, 10, 11 geleitet, die außerdem einen Verdichter 11, eine Drossel 10 und einen Verflüssiger 9 aufweist. Verdampfer 8, Verflüssiger 9, Drossel 10 und Verdichter 11 sind durch ein Rohrleitungssystem 20 miteinander verbunden. Im Kältemittelkreislauf ist außerdem ein Temperatursensor 6 vorhanden. Die in der 1 gezeigten langen Pfeile im Prozessluftkreislauf 3 geben die Strömungsrichtung der Luft an, während die in 1 gezeigten kurzen Pfeile im Kältemittelkreislauf die Strömungsrichtung des Kältemittels angeben.
Der in der 1 gezeigte Trockner enthält eine Wärmepumpe. Es ist aber natürlich auch möglich, den Trockner stattdessen oder in Ergänzung dazu mit einem Luft-Luft-Wärmetauscher auszustatten.
Das im Verdampfer 8 verdampfte Kältemittel der Wärmepumpe 8, 9, 10, 11 wird über den Verdichter 11 zum Verflüssiger 9 geleitet. Im Verflüssiger 9 verflüssigt sich das Kältemittel unter Wärmeabgabe an die im Prozessluftkreislauf 3 strömende Prozessluft. Das jetzt in flüssiger Form vorliegende Kältemittel wird über die Drossel 10 wiederum zum Verdampfer 8 geleitet, wodurch der Kältemittelkreislauf geschlossen ist. Ein Temperatursensor 44 zwischen Verdampfer 8 und Verdichter 11 misst bei dieser Ausführungsform die Temperatur T_K des Kältemittels. Bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich zum Verflüssiger 9 auch eine elektrische Heizvorrichtung 13 vorhanden, die zu einer rascheren Aufheizung der Prozessluft verwendet werden kann. In anderen gleichwertigen Ausführungsformen kann auf die elektrische Heizvorrichtung 13 verzichtet werden oder aber es kann eine elektrische Heizvorrichtung 13 unter Verzicht auf die Wärmepumpe als einzige Wärmequelle verwendet werden.
Im Trockner 1 der 1 wird von dem Verflüssiger 9 bzw. der elektrischen Heizvorrichtung 13 erwärmte Luft von hinten, d.h. von der einer die Befüllöffnung verschließenden Zugangstür 19 gegenüberliegenden Seite der Trommel 2, durch deren gelochten Boden in die Trommel 2 geleitet, kommt dort mit der hier nicht gezeigten, zu trocknenden Wäsche in Berührung und strömt durch die Befüllöffnung der Trommel 2 zu einem Flusensieb 22 innerhalb der Zugangstür 19. Anschließend wird der Prozessluftstrom in der Zugangstür 17 nach unten umgelenkt. Die Prozessluft wird im Prozessluftkreislauf 3 dem Verdampfer 8 zugeführt, in dem die warme, mit Feuchtigkeit beladene Prozessluft abgekühlt wird. Die abgeschiedene Feuchtigkeit wird in einer Kondensatwanne 23 aufgefangen, von wo aus sie beispielsweise durch Abpumpen entfernt werden kann.
Die Trommel 2 wird bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform am hinteren Boden mittels eines Drehlagers und vorne mittels eines Lagerschildes 20 gelagert, wobei die Trommel 3 mit einer Krempe auf einem Gleitstreifen 21 am Lagerschild 20 aufliegt und so am vorderen Ende gehalten wird. Die Steuerung des Kondensationstrockners erfolgt über eine Steuerungseinheit 4. Eine optische/akustische Anzeige- und Bedienvorrichtung 18 ermöglicht dem Benutzer des Trockners 1 die Auswahl und Anzeige von z.B. Betriebsparametern und/oder einer zu erwartenden Dauer des Trocknungsprozesses.
Die Trommel 2 wird durch einen hochdrehenden Antriebsmotor 7, der bei der in 1 gezeigten Ausführungsform in dieser Ausführungsform als drehzahlgeregelter BLDC-Motor 7 ausgestaltet ist, über ein Wellgetriebe 15, 16, 17 angetrieben. Der BLDC-Motor 7 ist hierzu über eine erste mechanische Verbindung 5 mit dem Wellengenerator 15 des Wellgetriebes 15, 16, 17 verbunden. Auf diese Weise wird der Wellengenerator 15 mit der vom Antriebsmotor 7 ausgegebenen Drehzahl D_M zu einer Rotation angetrieben. Die Drehzahl D_M kann im Verlauf eines Trocknungsprogramms variieren und wird durch die Steuerungseinheit 4 gesteuert.
Das Wellgetriebe 15, 16, 17 ist in 1 nicht im Detail erkennbar. Allerdings ist hierbei der Wellengenerator des Wellgetriebes als drehbarer Zapfen mit elliptischem Umfang und mit einem am Rand befindlichen verformbaren Lagerring, in welchen ein Kugellager eingebettet ist, ausgestaltet. Der Wellengenerator ist innerhalb einer Keilwelle drehbar angeordnet, wobei die Keilwelle in dem mit dem Wellengenerator in Kontakt stehenden Bereich verformbar ist und mit einer 158 Zähne aufweisenden Außenverzahnung ausgestaltet ist. Der Bereich der Keilwelle, der nicht mit dem Wellengenerator in Kontakt steht, weist eine glatte Oberfläche auf und ist nicht verformbar. Zudem ist die Keilwelle auf der dem Wellengenerator entgegengesetzten Seite mit einer Lochkranz-Platte verschlossen. Mittels der Lochkranz-Platte ist in dieser Ausführungsform die Keilwelle mit der Trommel des Trockners über eine zweite mechanische Weiterleitung 6 verbunden. Die Keilwelle ist zudem drehbar gelagert, so dass beim Betrieb des Wellgetriebes die von der Keilwelle ausgehende reduzierte Drehzahl D_K über die zweite Weiterleitung 6 auf die Trommel 2 übertragen wird. Der Bereich, in dem der Wellengenerator und die Keilwelle in Kontakt stehen, wird von einer innenverzahnten Zirkularkeilwelle derart umschlossen, dass die Außenverzahnung der Keilwelle in die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle genau an den Stellen eingreift, die durch den elliptischen Wellengenerator bei Rotation verformt werden. Dies ist in der Regel an den Enden der großen Ellipsenachse des Wellengenerators der Fall. Die Zirkularkeilwelle weist hierzu in dieser Ausführungsform eine Innenverzahnung mit 160 Zähnen auf. Außerdem weist die Zirkularkeilwelle für eine feststehende Anordnung umfänglich Befestigungslöcher auf.
Das Wellgetriebe 15 ist in dieser Ausführungsform aus einem organischen Polymermaterial oder aus Edelstahl gefertigt. Aufgrund der Anzahl der Zähne von Zirkularkeilwelle 17 und Keilwelle 16 und einer Zahndifferenz ΔZ = 2 weist das Wellgetriebe 15, 16, 17 in dieser Ausführungsform eine Untersetzung im Verhältnis 1:80 auf. Die Untersetzung des Wellgetriebes 15 ist konstant. In dieser Ausführungsform des Trockners 1 können jedoch programmabhängig unterschiedliche Trommeldrehzahlen durch die Steuerungseinheit 4 über den drehzahlgeregelten BLDC-Motor 7 realisiert werden.
Ein Verfahren zum Betrieb von Trockner 1, d.h. die Durchführung eines Trocknungsprogrammes zum Trocknen feuchter Wäschestücke, bei dem die Trommel 2 durch den BLDC-Motor 7 mit einem zwischengeschaltetem Wellgetriebe 15, 16, 17 angetrieben wird, umfasst die Schritte:

(A) Ansteuerung des BLDC-Motors 7 durch die Steuerungseinheit 4 und Anfahren einer Motordrehzahl D_M;
(B) Antreiben des Wellengenerators 15 mit der Motordrehzahl D_M durch den BLDC-Motor 7 mittels der ersten mechanischen Weiterleitung 5;
(C) Verformung des außenverzahnten ersten Oberflächenbereichs der Keilwelle im Bereich der großen Ellipsenachse durch die Rotation des Wellengenerators;
(D) Eingreifen der Außenverzahnung der Keilwelle in die Innenverzahnung der feststehenden Zirkularkeilwelle und Wandern der Eingriffsstellen entgegengesetzt zur Rotation des Wellengenerators mit einer langsameren Rotationsgeschwindigkeit, der Drehzahl D_K; und
(E) Antreiben der Trommel 2 mit der Drehzahl D_K über die zweite mechanische Weiterleitung 6 zwischen der Keilwelle und der Trommel 2.

2 zeigt das Zusammenwirken der erfindungswesentlichen Teile eines in einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Haushaltsgerätes verwendeten Wellgetriebes.
2a zeigt in einer seitlichen Schnittansicht links eine verformbare, außenverzahnte Keilwelle 16, in welche von rechts in Pfeilrichtung ein Wellgetriebe 15 geschoben wird.
2b zeigt in einer seitlichen Schnittansicht rechts eine Anordnung, bei welcher das Wellgetriebe 5 bereits in die verformbare, außenverzahnte Keilwelle 16 geschoben ist, wobei die Keilwelle 16 in einem ersten Oberflächenbereich 24 verformt worden ist. Links ist eine Zirkularkeilwelle 17 gezeigt, in welche die rechts gezeigte Anordnung im Betrieb des Wellgetriebes eingeschoben ist.
2c zeigt schließlich eine Draufsicht auf ein fertig zusammengestelltes Wellgetriebe, wie es in einem erfindungsgemäßen Haushaltsgerät verwendet wird.
Insbesondere zeigt 2a einen Wellengenerator 15, der in dieser Ausführungsform einen elliptisch geformten Träger 15a (auch als drehbarer Zapfen mit elliptischem Umfang bezeichenbar) und ein umfänglich angeordnetes Kugellager 15b in einem verformbaren Lagerring 15c enthält. Der Wellengenerator 16 ist über eine erste, hier nicht näher dargestellte Verbindung 5 mit einem hier ebenfalls nicht näher gezeigten Antriebsmotor 7 verbunden, der den Wellengenerator 16 senkrecht zur Pfeilrichtung antreibt. Die links dargestellte verformbare, außenverzahnte Keilwelle 16 ist insbesondere in einem ersten Oberflächenbereich 24 außenverzahnt und verformbar. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Keilwelle 16 außerdem noch in einem zweiten Oberflächenbereich 25 mit einer zweiten Außenverzahnung 26 versehen, welche es bei einem Betrieb des zusammengebauten Wellgetriebes gestattet, eine hier nicht gezeigte niedrigdrehende Gerätekomponente mit einem Zahnrad anzutreiben.
Alternativ kann die Keilwelle 16 auch koaxial z.B. über eine Kupplung mit der Welle der niedrigdrehenden Gerätekomponente verbunden sein, oder die Keilwelle ist am Ende einer Antriebswelle dieser Gerätekomponente ausgebildet. Damit ergibt sich bei fluchtender Drehachse eine besonders kurze Bautiefe.
In 2b ist die Anordnung des Wellengenerators 15 in der Keilwelle 16 gut erkennbar. Der Wellengenerator 15 ist innerhalb der Keilwelle 16 drehbar angeordnet. In dieser Ausführungsform ist die Keilwelle in dem mit dem Wellengenerator 15 in Kontakt stehenden ersten Oberflächenbereich 24 verformbar und mit einer 158 Zähne aufweisenden Außenverzahnung ausgestaltet. Der zweite Oberflächenbereich 25 der Keilwelle 16, der nicht mit dem Wellengenerator 15 in Kontakt steht, weist eine zweite Außenverzahnung 26 auf und ist nicht verformbar. Der Bereich, in dem der Wellengenerator 15 und die Keilwelle 16 in Kontakt stehen, wird von einer innenverzahnten Zirkularkeilwelle 17 derart umschlossen, dass die Außenverzahnung der Keilwelle 16 in die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle 17 genau an den Stellen eingreift, die durch den elliptischen Wellengenerator 15 bei Rotation verformt werden. Dies ist in der Regel an den Enden der großen Ellipsenachse des Wellengenerators 15 der Fall. Die Zirkularkeilwelle 17 weist hierzu in dieser Ausführungsform eine Innenverzahnung mit 160 Zähnen auf und ist feststehend angeordnet.
Aufgrund der Anzahl der Zähne von Zirkularkeilwelle 17 und Keilwelle 16 und einer Zahndifferenz ΔZ = 2 weist das Wellgetriebe 15, 16, 17 in dieser Ausführungsform eine Untersetzung im Verhältnis 1:80 auf. Die Untersetzung des Wellgetriebes 15 ist konstant. In dieser Ausführungsform des Trockners 1 können jedoch programmabhängig unterschiedliche Trommeldrehzahlen durch die Steuerungseinheit 4 über beispielsweise einen drehzahlgeregelten BLDC-Motor 7 realisiert werden.
Aufgrund der elliptischen Form von Wellengenerator 15 wird die Keilwelle 16 im ersten Bereich insbesondere an den Stellen verformt, die den Enden der elliptischen Hauptachse des hier nicht näher gezeigten elliptischen Trägers entsprechen. Die Verformung ist insbesondere an dem schrägen Übergang zwischen dem ersten Oberflächenbereich 24 und dem zweiten Oberflächenbereich 25 erkennbar. Die Außenverzahnung im verformten ersten Oberflächenbereich 24 kann dann in die hier nicht näher erkennbare Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle 17 ragen. Ist dieser Zusammenbau realisiert, ragt der restliche Teil der Keilwelle 16 mit dem zweiten Oberflächenbereich 25 aus der Zirkularkeilwelle 17 links heraus. Über die zweite Außenverzahnung 26 kann dann beispielsweise eine Zahnradverbindung mit dem Zahnrad einer hier nicht gezeigten Zahnradpumpe realisiert werden.
3 zeigt eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung, in welcher das Haushaltsgerät insbesondere eine Waschmaschine 27 ist. Dargestellt ist eine schematische, auszugsweise Darstellung einer Anordnung aus einem Antriebsmotor 7, einem Wellgetriebe 15, 16, 17 und einer Dosierpumpe 38 mit einer Steuerungseinheit 4 für eine Waschmaschine 27.
Die Waschmaschine 27 weist einen Behälter 2 zur Aufnahme von Wäschestücken auf, der hier als Trommel ausgestaltet ist. In die Trommel 2 werden hier nicht gezeigte zu behandelnde Wäschestücke eingefüllt. Der Trommel 2 ist über eine Frischwasserleitung 29 Wasser zuführbar. Hierbei befindet sich in der Frischwasserleitung 29 ein Sperrventil 43, das von der Steuerungseinheit 4 entsprechend einem Programmablauf angesteuert wird. Die Frischwasserleitung 29 führt in eine Einspülschale 36. Die Einspülschale 36 ist über einen Stutzen 35 mit einem hier nicht gezeigten Laugenbehälter und schließlich der Trommel 2 verbunden. Über die Einspülschale 36 und den Stutzen 35 gelangt das zugeführte Frischwasser somit in die Trommel 2. Die Steuerungseinheit 4 ist über eine erste Steuerleitung 32 mit dem Sperrventil 43 verbunden.
Die Waschmaschine 27 weist außerdem einen Behandlungsmittelbehälter 28 auf, der zum Aufnehmen einer Menge eines fließfähigen Behandlungsmittels 39 dient, die für mehrere Behandlungen in der Trommel 2 ausreicht. Unter dem fließfähigen Behandlungsmittel 39 ist insbesondere ein flüssiges Behandlungsmittel 39 zu verstehen, wobei auch pulverförmige Bestandteile oder dergleichen enthalten sein können. Wenn der Behandlungsmittelbehälter 28 bis zu einer maximalen Füllhöhe 42 mit einem Waschmittel gefüllt ist, die in der 3 durch eine Markierung an dem Behandlungsmittelbälter 28 gekennzeichnet ist, dann kann mehrmals Wäsche in der Trommel 2 gewaschen werden, wobei jedes Mal ein Teil des Behandlungsmittels 39, das dann ein Waschmittel ist, den Wäschestücken in der Trommel 2 zugeführt wird. In Abhängigkeit von der Aufnahmekapazität des Behandlungsmittelbehälters 28 muss ein Benutzer das Behandlungsmittel 39 wieder auffüllen.
Die Dosierung des Behandlungsmittels 39 erfolgt über eine Dosierpumpe 38. Eine Saugseite der Dosierpumpe 38 ist über eine Saugleitung 40 mit dem Behandlungsmittelbehälter 28 verbunden. Eine Förderleitung 37 ist mit der Förderseite der Dosierpumpe 38 verbunden. Hierdurch kann das geförderte Behandlungsmittel 39 in die Einspülschale 36 gefördert werden. Die Ansteuerung der Dosierpumpe 38 erfolgt entsprechend einem Programmablauf in dem wasserführenden Haushaltsgerät 43. Hierbei steuert die Steuerungseinheit 4 sowohl die Dosierpumpe 38 als auch das Sperrventil 43 an. Die Steuerungseinheit 4 ist über eine zweite Steuerleitung 33 mit der Dosierpumpe 38 verbunden. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 4 die Dosierpumpe 38 ansteuern, während das Sperrventil 43 geöffnet ist. Dadurch wird das in die Einspülschale 36 geführte Behandlungsmittel 39 sogleich durch den zugeführten Frischwasserstrom in die Trommel 2 gespült. Die Dosierpumpe 38 weist ein gewisses Fördervolumen je Umdrehung auf. Über die Anzahl der Umdrehungen der Dosierpumpe 38 und gegebenenfalls mögliche Teildrehungen ergibt sich somit eine geförderte Menge des Behandlungsmittels 39. Die geförderte Menge des Behandlungsmittels 39 ist hierbei je nach Ausgestaltung der Dosierpumpe 38 vergleichsweise genau.
In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Dosierpumpe 38 als niedrigdrehende Zahnradpumpe 38 ausgestaltet. Die Dosierpumpe 38 wird über ein zwischengeschaltetes Wellgetriebe 15, 16, 17 durch einen hochdrehenden Antriebsmotor 7 angetrieben. Der Antriebsmotor 7 ist hierzu über eine erste mechanische Weiterleitung 5 (auch als „erste Verbindung zwischen Wellgetriebe und Antriebsmotor“ bezeichenbar) mit dem Wellengenerator 15 des Wellgetriebes 15, 16, 17 verbunden. Auf diese Weise wird der Wellengenerator 15 mit der vom Motor ausgegebenen Drehzahl D_M zur Rotation gebracht. Das Wellgetriebe 15, 16, 17 ist hier nicht näher dargestellt, wie auch der Aufbau von Wellengenerator 17. Allerdings ist in dieser Ausführungsform der Wellengenerator als eine elliptische Scheibe mit mittigem Durchgangsloch ausgestaltet. Zudem besitzt die Scheibe umfänglich einen verformbaren Lagerring, in welchen ein Kugellager eingebettet ist. Über das Durchgangsloch ist eine erste mechanische Weiterleitung 5 zwischen dem Wellengenerator und dem Antriebsmotor 7 auf übliche Weise realisiert. Der Wellengenerator ist innerhalb einer verformbaren, außenverzahnten Keilwelle drehbar angeordnet. In dieser Ausführungsform ist die verformbare, außenverzahnte Keilwelle in dem mit dem Wellengenerator in Kontakt stehenden ersten Oberflächenbereich verformbar und mit einer 58 Zähne aufweisenden Außenverzahnung ausgestaltet. Der zweite Oberflächenbereich der Keilwelle, der nicht mit dem Wellengenerator in Kontakt steht und nicht verformbar ist, weist bei dieser Ausführungsform eine Außenverzahnung auf, die in ein Zahnrad der Zahnradpumpe 38 eingreift. Zudem ist die Keilwelle auf der dem Wellengenerator entgegengesetzten Seite mit einer Lochkranz-Platte verschlossen. Auf diese Weise ist eine direkte zweite mechanische Weiterleitung 6 zwischen der Keilwelle des Wellgetriebes 15, 16, 17 und der Dosierpumpe 38 realisiert. Die Keilwelle ist entsprechend drehbar gelagert, so dass beim Betrieb des Wellgetriebes 15, 16, 17 die von der Keilwelle erzeugte reduzierte Drehzahl D_K direkt über die zweite mechanische Weiterleitung 6 auf die Dosierpumpe 38 übertragen wird. Der Bereich, in dem der Wellengenerator und die Keilwelle in Kontakt stehen, wird von einer innenverzahnten Zirkularkurbellwelle derart umschlossen, dass die Außenverzahnung der Keilwelle in die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle genau an den Stellen eingreift, die durch den elliptischen Wellengenerator bei der Rotation im Bereich der großen Ellipsenachse verformt werden. Die Zirkularkeilwelle weist hierzu in dieser Ausführungsform eine 60 Zähne aufweisende Innenverzahnung auf und ist feststehend angeordnet. Außerdem weist die Zirkularkeilwelle umfänglich Befestigungslöcher auf.
Das Wellgetriebe 15, 16, 17 ist in dieser Ausführungsform aus den polymeren Materialen Polyamid und Polyoxymethylen gefertigt. Aufgrund der Anzahl der Zähne von Zirkularkeilwelle und Keilwelle und einer Zahndifferenz ΔZ = 2 weist das Wellgetriebe 15, 16, 17 in dieser Ausführungsform eine Untersetzungsverhältnis von 1:30 auf.
Ein Verfahren zum Betrieb der Dosierpumpe 38 umfasst die Schritte:

(a) Dosierung einer durch die Steuerungseinrichtung 4 vorgegebenen Menge an Behandlungsmittel 39 aus dem Behandlungsmittelbehälter 28 in die Einspülschale 36 durch die Dosierpumpe 38;
(b) Betrieb der Dosierpumpe 38 zum Dosieren durch einen hochdrehenden Antriebsmotor 7 über ein zwischengeschaltetes Wellgetriebe 15, 16, 17 umfassend die Teilschritte:
(A) Anfahren einer Motordrehzahl D_M durch den Antriebsmotor 7;
(B) Antreiben des Wellengenerators mit der Motordrehzahl D_M durch den Antriebsmotor 7 mittels der ersten mechanischen Verbindung 5;
(C) Verformung des außenverzahnten Bereichs der Keilwelle im Bereich der großen Ellipsenachse aufgrund der Rotation des Wellengenerators;
(D) Eingreifen der Zähne der Keilwelle in die Innenverzahnung der steifen, innenverzahnten Zirkularkeilwelle und Wandern der Eingriffsstellen entgegengesetzt zur Rotation des Wellengenerators mit einer langsameren Rotationsgeschwindigkeit, der Drehzahl D_K; und
(E) Antreiben der Dosierpumpe 38 mit der Drehzahl D_K über die zweite mechanische Weiterleitung 6 zwischen der Keilwelle und der Dosierpumpe 38.

Die Steuerungseinheit 4 bestimmt in dieser Ausführungsform in Abhängigkeit von einer Beladung mit und/oder einer Verschmutzung der in die Trommel 2 gefüllten Wäschestücke und/oder einer Wasserhärte die erforderliche Menge an Behandlungsmittel 39. Die Dosierpumpe 38 wird dann entsprechend von der Steuerungseinheit 4 angesteuert, so dass automatisch die gewünschte Menge des Behandlungsmittels 39 gefördert wird. Hierbei gibt die Steuerungseinheit 4 die Anzahl der Umdrehungen der Dosierpumpe 38 vor. Aus einem bekannten Fördervolumen je Umdrehung der Dosierpumpe 38 und der Anzahl der Umdrehungen bestimmt die Steuerungseinheit 4 die geförderte Menge an Behandlungsmittel 39.
Die Steuerungseinheit 4 kann auch über eine Signalleitung 30 mit einem Füllstandsensor 31 verbunden sein. Der Füllstandsensor 31 dient zum Erfassen einer bestimmten Füllhöhe des Behandlungsmittelbehälters 28. Erreicht die Füllhöhe des Behandlungsmittels 39 im Behandlungsmittelbehälter 28 den Füllstandsensor 31, dann kann auf die Füllung des Behandlungsmittelbehälters 28 geschlossen werden. Vorzugsweise misst der Füllstandsensor 31 das Erreichen der maximalen Füllhöhe 42. Hierdurch werden Fehlbedienungen durch einen Benutzer der Waschmaschine ausgeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Trockner
2: Behälter zur Aufnahme von Wäschestücken, Trommel
3: Prozessluftkreislauf
4: Steuerungseinheit
5: erste Verbindung zwischen Wellgetriebe und Antriebsmotor
6: zweite Verbindung zwischen Wellgetriebe und niedrigdrehender Gerätekomponente
7: Hochdrehender Antriebsmotor
8: Verdampfer
9: Verflüssiger
10: Drossel
11: Verdichter
12: Gebläse
13: Elektrische Heizvorrichtung
14: Wäschemitnehmer
15: Wellgetriebe
15a: elliptisch geformter Träger
15b: Kugellager
15c: verformbarer Lagerring
16: verformbare, außenverzahnte Keilwelle
17: steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle
18: optische/akustische Anzeige- und Bedienvorrichtung
19: Zugangstür
20: Lagerschild
21: Gleitstreifen
22: Flusensieb
23: Kondensatwanne
24: erster Oberflächenbereich der Keilwelle
25: zweiter Oberflächenbereich der Keilwelle
26: (zweite) Außenverzahnung an Keilwelle
27: Waschmaschine
28: Behandlungsmittelbehälter
29: Frischwasserleitung
30: Signalleitung
31: Füllstandsensor
32: erste Steuerleitung
33: zweite Steuerleitung
34: zweite Außenverzahnung an der Keilwelle
35: Stutzen
36: Einspülschale
37: Förderleitung
38: Dosierpumpe
39: Behandlungsmittel
40: Saugleitung
41: Restmengenspeicher
42: Maximale Füllhöhe
43: Sperrventil
44: Temperatursensor (im Wärmepumpenkreislauf)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3429109 C2 [0005]
DE 3433004 A1 [0006]
DE 4447227 A1 [0007]
DE 8011829 U1 [0008]
DE 102007005108 A1 [0009]
DE 102012207741 A1 [0010]
DE 102012014355 A1 [0011]
DE 102007014023 A1 [0012]
DE 102009000486 A1 [0013]
DE 19708310 A1 [0014]

Claims

Haushaltsgerät (1, 27) mit einem hochdrehenden Antriebsmotor (7) und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente (2, 38), welche über ein zwischengeschaltetes Getriebe (15) verbunden sind, wobei das Haushaltsgerät ein wasserführendes Haushaltsgerät (1, 27) oder ein Haushaltsgerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Wellgetriebe (15, 16, 17) ist, umfassend einen Wellengenerator (15), eine verformbare, außenverzahnte Keilwelle (16), die in einem ersten Oberflächenbereich (24) außenverzahnt und verformbar ist, und eine steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle (17).
Haushaltsgerät (1, 27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengenerator (15) mindestens einen elliptisch geformten Träger (15a) und ein umfänglich angeordnetes Kugellager (15b) in einem verformbaren Lagerring (15c) enthält.
Haushaltsgerät (1, 27) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare, außenverzahnte Keilwelle (16) durch eine Platte, in welcher sich eine Durchgangsöffnung befindet, einseitig geschlossen ist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare, außenverzahnte Keilwelle (16) in einem zweiten Oberflächenbereich (25) eine Außenverzahnung (26) und/oder Innenverzahnung zur Aufnahme einer Zahnradverbindung aufweist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilwelle (16) in einem nicht-verzahnten Oberflächenbereich mindestens eine Spur zur Aufnahme einer Riemenverbindung aufweist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle (17) und die Außenverzahnung der Keilwelle (16) jeweils eine Zahnanzahl Z im Bereich von 20 bis 200 aufweisen.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz ΔZ der Zahnanzahlen von Keilwelle (16) und Zirkularkeilwelle (17) ΔZ > 2 ist, wobei ΔZ = Z_Innen – Z_Außen gilt.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (15) zumindest teilweise aus einem organischen Polymermaterial besteht.
Haushaltsgerät (1, 27) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von Wellengenerator (15, 16, 17), Keilwelle (16) und Zirkularkeilwelle (17) aus einem organischen Polymermaterial besteht.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (7) ein drehzahlgeregelter BLDC-Motor ist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1, 27) ein wasserführendes Haushaltsgerät aus der Gruppe bestehend aus einem Wäschetrockner, einem Waschtrockner, einer Waschmaschine und einem Geschirrspülgerät ist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigdrehende Gerätekomponente eine Dosierpumpe (38) zur Beförderung eines Behandlungsmittels (39) in einem wasserführenden Haushaltsgerät (1, 27) ist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigdrehende Gerätekomponente (2, 28) ein Behälter (2) eines wasserführenden Haushaltsgeräts (1, 27) zur Behandlung von Wäschestücken ist.
Haushaltsgerät (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät ein Gerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist.
Verfahren zum Betrieb eines Haushaltsgerätes (1, 27) mit einem hochdrehenden Antriebsmotor (7) und einer niedrigdrehenden Gerätekomponente (2, 38), welche über ein zwischengeschaltetes Getriebe (15, 16, 17) verbunden sind, wobei das Haushaltsgerät ein wasserführendes Haushaltsgerät (1, 27) oder ein Haushaltsgerät zur Behandlung und/oder Zubereitung von Lebensmitteln ist, und wobei das Getriebe ein Wellgetriebe (15, 16, 17) ist, umfassend einen Wellengenerator (16), eine verformbare, außenverzahnte Keilwelle (17), die in einem ersten Oberflächenbereich (24) außenverzahnt und verformbar ist, und eine steife, innenverzahnte Zirkularkeilwelle (17), wobei der Wellengenerator (16) mindestens einen elliptisch geformten Träger (15a) und ein umfänglich angeordnetes Kugellager (15b) in einem verformbaren Lagerring (15c) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: (a) Einschalten des Antriebsmotors (7) und Antreiben des Wellengenerators (16) mit der Motordrehzahl D_M; (b) Verformung des außenverzahnten ersten Oberflächenbereichs (24) der Keilwelle (16) durch den Wellengenerator (15) entlang einer langen Ellipsenachse des elliptisch geformten Trägers (15a) und Eingreifen der Außenverzahnung der Keilwelle (16) an Eingriffsstellen in die Innenverzahnung der Zirkularkeilwelle (17) in dem verformten zweiten Oberflächenbereich (24); (c) Wandern der Eingriffsstellen entlang eines Umfangs der Zirkularkeilwelle (17) entgegengesetzt zur Antriebsrichtung des Wellengenerators (16) mit einer reduzierten Drehzahl D_K; und (d) Übertragung der reduzierten Drehzahl D_K von der Keilwelle (16) auf die Gerätekomponente (2, 38) und Antreiben der Gerätekomponente (2, 38).