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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Waschmaschine oder eine Spülmaschine.
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Bei derartigen Haushaltsgeräten sind einfach aufgebaute und kostengünstige Dosierpumpen für Fluide, insbesondere für flüssiges Waschmittel, von Interesse um als Dosiersystem in den Haushaltsgeräten eingesetzt zu werden. Bekannt sind hierbei Dosiersysteme in unterschiedlichen Varianten, wie beispielsweise Volumenpumpen (Zahnradpumpen, Schlauchpumpen, oder Kolbenpumpen). Ebenfalls bekannt sind sogenannte Exzenterschneckenpumpen, welche für viele Einsatzzwecke gebräuchlich sind. Beispielsweise ist aus Dokument
DE 21 39 013 A eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, deren Kupplungsstück zwischen Rotor und Antriebswelle durch einen Schlauch aus elastischem Werkstoff gebildet ist, und die dadurch kaum einer Wartung bedarf. Darüber hinaus sind sogenannte archimedische Schrauben bekannt, welche nur ein einziges bewegtes Teil in Schneckenform aufweisen, die jedoch keine Volumenmaschinen sind und für den vorliegenden Zweck unbrauchbar sind. Zusätzlich sind Schneckenpumpen mit mehreren ineinandergreifenden Schnecken bekannt, die insbesondere mit zwei oder aber auch mit vier Schnecken ineinandergreifend ausgebildet sind. Diese Lösungen sind technisch jedoch sehr aufwändig und für den vorliegenden Zweck ebenfalls unbrauchbar.
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Aus der Druckschrift
DE 102 12 184 A1 ist ein Verfahren zum Dosieren eines mindestens einen Feststoffanteil enthaltenden pastösen Waschmittelkonzentrats in eine gewerbliche Waschmaschine bekannt, wobei man das Waschmittelkonzentrat mittels einer Exzenterschneckenpumpe aus einem Behältnis entnimmt und einer oder mehreren gewerblichen Waschmaschinen zuführt, wobei man ein frei fließendes Waschmittelkonzentrat einsetzt und das Waschmittelkonzentrat mit einer stationär im Behältnis angeordneten Entnahmeleitung und mit einer ebenfalls stationären Exzenterschneckenpumpe aus dem Behältnis entnimmt.
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Aus der Druckschrift
DE 43 32 850 A1 ist ein Pastenbehälter mit Entnahmevorrichtung, bestehend aus einem nach einer Seite offenen Zylinder und einer an der offenen Seite des Zylinders angeordneten beweglichen, dichtschließenden Folgeplatte und einer Entnahmevorrichtung zur Entnahme und zum Transport der Paste bekannt, wobei sich auf der Folgeplatte ein Motor mit Getriebe befindet, an dessen mittig die Folgeplatte durchragender Achse ein mehrflügeliger Rührpropeller derart angebracht ist, dass er sich geringfügig unterhalb der Folgeplatte frei in der Paste drehen kann, und die Entnahmevorrichtung mit der Folgeplatte außerhalb deren Mitte und oberhalb des von dem Rührpropeller überstrichenen Bereiches verbunden ist und die Paste zu einer Dosiervorrichtung transportiert.
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Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist es, dass die Dosierpumpen verhältnismäßig komplex und kostenintensiv hergestellt werden müssen, da sie eine große Anzahl von einzelnen Bauteilen aufweisen die jeweils montiert und zu einem funktionsfähigen Zustand angeordnet werden müssen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfach aufgebaute und kostengünstige Dosierpumpe vorzuschlagen, welche – abgesehen von einem Antrieb – über lediglich ein einziges bewegtes Teil verfügt und zum Fördern flüssiger Hilfsstoffe oder Fluide in einer Wasch- oder Spülmaschine geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels eines Haushaltsgeräts mit einer Exzenterschneckenpumpe gelöst, wobei die Exzenterschneckenpumpe einen Stator und einen beweglichen Rotor umfasst, welcher dem Stator zugeordnet ist, wobei der Rotor eine Exzenterschnecke und eine Antriebswelle zum Antreiben der Exzenterschnecke aufweist, wobei die Antriebswelle flexibel und einstückig mit der Exzenterschnecke ausgebildet ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Antriebswelle besonders einfach und zu geringen Herstellungskosten und mit geringem Montageaufwand bereitgestellt werden kann. Dies reduziert die Herstellungskosten der gesamten Exzenterschneckenpumpe, sowie auch die Montage der Exzenterschneckenpumpe innerhalb des Haushaltsgeräts. In der Konsequenz ist es auch denkbar die gesamte Exzenterschneckenpumpe als System in Form einer Einwegkartusche bereitzustellen.
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Um den Achsversatz des Antriebs im Verhältnis zu der Exzenterschnecke in Abhängigkeit der Bewegung der Exzenterschnecke, welche durch einen gegenläufig zur Eigendrehung umlaufenden Achsversatz definiert ist, zu kompensieren, weist die Antriebswelle zumindest zwei Paare von Biegescharnieren auf. Somit ist es möglich die genaue Anordnung beziehungsweise den Ort der Biegung der Antriebswelle während des Bewegens des Förderungssystems beziehungsweise der Exzenterschneckenpumpe genau festzulegen, ohne hierbei mehrere Bauteile innerhalb der Antriebswelle vorzusehen. Stattdessen verformt sich die Antriebswelle in Abhängigkeit des Bewegungszustands ausschließlich an den Biegescharnieren und ermöglicht somit eine Übertragung einer einfachen Rotation, beispielsweise durch einen Antrieb, über die Antriebswelle auf die Exzenterschnecke.
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Um bei der Übertragung der Rotation durch einen Antrieb auf die Exzenterschnecke einen möglichst guten Kraftausgleich zu realisieren und die Biegekraft zu minimieren, sind zumindest zwei Paare Biegescharniere der Antriebswelle jeweils orthogonal zueinander angeordnet. Die orthogonale Anordnung der Biegescharniere sorgt für einen guten Kraftausgleich zwischen den Scharnieren und einer Minimierung der Biegekraft, wobei auch die Reibung zwischen den Biegescharnieren reduziert werden kann. Anstelle einer orthogonalen Anordnung bei zwei Paaren Biegescharnieren kann bei der Verwendung von 3 Paaren Biegescharnieren ein 120°, bzw. 60° Winkelversatz verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann als Alternative zu den Biegescharnieren oder zusätzlich dazu die Antriebswelle als eine biegsame Federstegwelle bzw. Federstegkupplung ausgebildet sein.
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Um das Fluid ausgehend von der Exzenterschnecke in einen höhergelegenen Bereich der Exzenterschneckenpumpe zu befördern, ist die Antriebswelle in einem Hüllrohr angeordnet, welches als Steigrohr für ein zu förderndes Fluid ausgebildet ist. Somit ist es möglich kontinuierlich Fluid im Bereich der Exzenterschnecke zu fördern und stetig durch das Steigrohr beziehungsweise das Hüllrohr in einen höherliegenden Bereich der Exzenterschneckenpumpe zu fördern. Hierbei wird die Antriebswelle vollständig von dem durch das Hüllrohr aufsteigenden Fluid umströmt, wodurch keine zusätzlichen Förderkanäle oder Strömungswege für das aufsteigende Fluid bereitgestellt werden müssen.
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Um einen zusätzlichen Schutz der Exzenterschnecke zu gewährleisten und um die Anzahl der Bauteile der gesamten Exzenterschneckenpumpe zusätzlich zu reduzieren ist der Rotor innerhalb des Hüllrohrs angeordnet. Mit anderen Worten ist es somit möglich die Antriebswelle einstückig auszubilden, wobei sowohl die Antriebswelle als auch die Exzenterschnecke innerhalb desselben angeordnet werden können. Dies reduziert zusätzlich die Herstellungskosten, den Montage- beziehungsweise den Herstellungsaufwand der Exzenterschneckenpumpe und ermöglicht eine vorteilhafte Fluidführung und Dichtung und zudem wird gleichzeitig eine ausreichende Schutzwirkung für die Exzenterschnecke ermöglicht.
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Um die Bauweise der Exzenterschneckenpumpe zusätzlich zu verbessern, beziehungsweise um die Exzenterschneckenpumpe kompakter auszubilden, weist das Hüllrohr ein Lager auf, um die Antriebswelle in der Exzenterschneckenpumpe zu lagern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil realisiert, dass die Übertragung von einem Antrieb auf die Exzenterschnecke besonders präzise erfolgen kann, da die Antriebswelle im Bereich des Lagers stabil mit dem Hüllrohr verbunden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager als Spalt- oder Labyrinthdichtung ausgebildet. Dies hat den technischen Vorteil, dass die Dichtung ebenfalls als Bestandteil des Lagers ausgebildet werden kann. Die Ausbildung als Spalt- oder Labyrinthdichtung ist vorliegend für den Zweck völlig ausreichend, da die Dichtung keinem nennenswerten Druck des zu fördernden Fluides in dem Hüllrohr ausgesetzt ist.
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Um die Herstellungskosten und den Montageaufwand für diese Vorrichtung zusätzlich zu reduzieren, ist das Hüllrohr einstückig ausgebildet. Somit ist es möglich die Lagerung für die Antriebswelle, die Dichtung für die Antriebswelle beziehungsweise für das zu fördernde Fluid, den Abschnitt des Hüllrohrs welcher die Antriebswelle umfasst und den Abschnitt des Hüllrohrs, welcher dazu ausgebildet ist die Exzenterschnecke aufzunehmen, als einstückiges Bauteil auszubilden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Exzenterschneckenpumpe einen Antrieb zum Antreiben des Rotors auf. Hierbei ist der technische Vorteil realisierbar, dass der Antrieb direkt an die Antriebswelle angreift beziehungsweise mit dieser verbunden ist und über das Betreiben des Antriebs die Antriebswelle und über die Antriebswelle die Exzenterschnecke betrieben werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Exzenterschneckenpumpe ein Verbindungselement auf, welches dazu ausgebildet ist die Antriebswelle mit dem Antrieb zu verbinden. Dadurch ist es beispielsweise realisierbar, den Antrieb und die Antriebswelle modulartig voneinander zu trennen oder wiederum über das Verbindungselement aneinander anzuordnen. Dies ermöglicht beispielsweise das Austauschen des Antriebs ohne hierbei weitere Bestandteile oder Elemente von der Exzenterschneckenpumpe lösen zu müssen, da über das Verbindungselement eine einfache Anordnung und Kraftübertragung realisierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement als konisch verjüngter Schneckenantrieb ausgebildet. Dadurch kann beispielsweise der technische Vorteil realisiert werden, dass ein bei einem Einschieben oder einem Herausziehen der Exzenterschneckenpumpe entstehender Versatz oder eine bestehende Unpräzision an der Ausrichtung der Antriebswelle im Verhältnis zu dem Antrieb über die konisch verjüngte Ausbildung des Verbindungselements kompensierbar ist. Zusätzlich ist es beispielsweise möglich die Drehrichtung des Antriebs und somit des konisch verjüngten Schneckenantriebs derart zu wählen, dass durch die Drehrichtung des Verbindungselements eine ziehende Kraft auf die Exzenterschneckenpumpe ausgeübt werden kann, um diese innerhalb des Haushaltsgerät am richtigen vorgesehenen Platz anzuordnen.
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Um die modulartige Bauweise der Exzenterschneckenpumpe innerhalb des Haushaltsgeräts konsequent fortzusetzen, weist die Exzenterschneckenpumpe einen Behälter zum Speichern eines Fluids auf, wobei die Exzenterschneckenpumpe als Tauchpumpe in den Behälter einbringbar ausgebildet ist. Dadurch ist es für einen Nutzer beziehungsweise einen Betreiber des Haushaltsgeräts möglich, den Behälter zum Speichern des Fluides mit neuem Fluid beziehungsweise flüssigem Waschmittel aufzufüllen ohne dabei zwingend die Exzenterschneckenpumpe vollständig zu entfernen. Hierbei kann der Behälter aus dem Haushaltsgerät entnehmbar ausgebildet sein. Mit anderen Worten ist es somit realisierbar, dass ein Nutzer beziehungsweise ein Bediener des Haushaltsgeräts den Behälter einschließlich der Exzenterschneckenpumpe aus dem Haushaltsgerät entfernen kann, um diesen mit frischem Fluid beziehungsweise mit frischem flüssigem Waschmittel aufzufüllen. Hierbei wäre es beispielsweise denkbar, dass der Antrieb in dem Haushaltsgerät verbleibt und lediglich die Exzenterschneckenpumpe einschließlich der Antriebswelle der Schnecke und der innerhalb des Hüllrohrs angeordneten Exzenterschnecke samt dem Behälter entfernt werden kann. Im Anschluss an das durch den Nutzer erfolgte Auffüllen des Behälters mit frischem Fluid erfolgt dann das Wiedereinführen des Behälters samt Exzenterschneckenpumpe in das Haushaltsgerät. Über das konisch verjüngt ausgebildete Verbindungselement ist hierbei realisierbar, dass der Antrieb und die Antriebswelle präzise miteinander in Eingriff geraten, wobei die konische Verjüngung eine erhöhte Toleranz hinsichtlich der Anordnung der Exzenterschneckenpumpe samt des die Exzenterschneckenpumpe umgebenden Behälters in das Haushaltsgerät ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Exzenterschneckenpumpe einen Auslass auf, welche oberhalb eines maximalen Füllstands des Behälters angeordnet ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass beim Betrieb der Exzenterschneckenpumpe durch Fördern von aufsteigendem Fluid über den Auslauf an einen gewünschten Ort weiter zu befördern. Hierbei stellt die Spalt- beziehungsweise Labyrinthdichtung sicher, dass das aufsteigende Fluid nicht durch das Lager an der Antriebswelle hindurchtreten kann, sondern lediglich durch den Auslauf weiterbefördert wird.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Bewegung einer Exzenterschneckenpumpe,
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2a eine schematische Darstellung einer Antriebswelle mit Gelenkanordnung,
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2b eine weitere schematische Darstellung einer Antriebswelle mit Gelenkanordnung,
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3 eine schematische Darstellung einer Antriebswelle mit Exzenterschnecke,
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4 eine schematische Darstellung eines Hüllrohrs mit Auslauf,
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5 eine schematische Darstellung einer Exzenterschneckenpumpe mit Behälter,
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6 eine schematische Darstellung einer herausgezogenen Exzenterschneckenpumpe mit Behälter in einer Draufsicht,
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7 eine weitere schematische Darstellung einer Exzenterschneckenpumpe mit Behälter in einer Draufsicht,
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8 eine schematische Darstellung eines konisch verjüngten Schneckenantriebs,
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9a eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit einer als Federstegwelle ausgebildeten Antriebswelle, und
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9b eine weitere perspektivische Ansicht des Rotors von 9a mit einer als Federstegwelle ausgebildeten Antriebswelle.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bewegung einer Exzenterschnecke 105. Gegenüber Rotationskolbenpumpen mit zwei bewegten Rotorteilen, wie sie beispielsweise in Zahnradpumpen oder -schrauben vorzufinden sind, bei welchen die Rotorteile ausschließlich Rotationsbewegungen um ihre eigene Achse ausführen und entsprechend einfach zu lagern und anzutreiben sind, führt die Exzenterschnecke 105 bei einer Exzenterschneckenpumpe 101 zusätzlich zu ihrer eigenen Drehung um eine Symmetrieachse 107 eine weitere, dieser Drehung überlagerte, Bewegung auf einem Zylindermantel aus. Die isolierte Rotationsbewegung ist in 1 durch die Kreisbahn in der x-y-Ebene dargestellt. Die der Rotationsbewegung überlagerte Rollbewegung bewirkt eine resultierende Bewegung der Exzenterschnecke 105, welche in der 1 durch die Vielzahl der einzelnen Pfeile an der Kreisbahn gekennzeichnet ist. Bevorzugt ist hier eine Konstruktion basierend auf einer 2:1 Hypozykloide, bei der die Drehfrequenzen gegenläufig sind und den gleichen Betrag ergeben. Bei anderen Zykloidkonstruktionen können sich andere Verhältnisse ergeben, die typisch aber immer ganzzahlige Verhältnisse sind. Bei einer einmalig gewählten Bauart ist das Verhältnis der beiden Drehfrequenzen festgelegt. Während der Rotor eine Drehung um seine eigene Achse im Uhrzeigersinn ausführt, rollt die Achse selbst auf einem Zylindermantel beziehungsweise einem Kreis im Gegenuhrzeigersinn. Zusammenfassend ist für den Antrieb 103 der Exzenterschnecke 105 zum einen eine Drehung in den Rotor zu übertragen und zum anderen ein konstanter, entgegen der eigenen Drehung umlaufender Achsversatz gleicher Frequenz auszugleichen. Zum Übertragen von Drehbewegungen unter Ausgleich von Achsversatz sind üblicherweise Getriebeelemente wie Kardanwellen, Gelenkkupplungen, Zahnräder und elastische Kupplungen bekannt. Der hier auszugleichende Versatz des Rotors lässt sich durch konstruktive Maßnahmen etwa auf 5% der Länge des das Drehmoment übertragenen Teils der Welle beziehungsweise der Antriebswelle festlegen. Beispielsweise wäre vorliegend ein paralleler Achsversatz von 1 mm auf eine Länge der Antriebswelle von 20 mm denkbar.
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Die 2a zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebswelle 109 mit Gelenksanordnungen 111. Die Antriebswelle 109 ist in 2a in einer ersten Ansicht dargestellt, wobei ein erstes Paar von Biegescharnieren 111 jeweils durch eine Verengung des Durchmessers der Antriebswelle 109 realisiert ist. Die Verengung des Durchmessers hat ein reduziertes Flächenträgheitsmoment der Antriebswelle 109 an diesen entsprechend verengten Stellen zur Folge, welche durch die Ausbildung der Antriebswelle 109 aus einem elastischen Material realisiert ist. In der zweiten Ansicht der 2a ist die Antriebswelle 109 unter einem um 90° verdrehten Blickwinkel dargestellt, wobei ein weiteres Paar von Biegescharnieren 111 durch eine lokale Verengung des Querschnitts der Antriebswelle 109 realisiert ist. Die Gelenkanordnungen lassen sich zur Aufnahme des Achsversatzes als elastische Plastikgelenke direkt an die bevorzugt aus Kunststoff bestehende Exzenterschnecke 105 anordnen. Hierbei sind die zwei Paare von Biegescharnieren 111 jeweils orthogonal zueinander angeordnet, wobei jedes Paar von zwei parallel zueinander liegenden Biegescharnieren 111 dabei ermöglicht, einen Achsversatz in einer Ebene zu realisieren. Das mindestens eine zweite Paar von Biegescharnieren 111, welches zum ersten Paar orthogonal angeordnet ist, ermöglicht einen Ausgleich eines Achsversatzes in einer zur ersten Ebene senkrecht verlaufenden Ebene. Aus Fertigungsgründen beziehungsweise zur Vereinfachung der Bauteilgeometrie kann das jeweils orthogonal liegende Biegescharnierpaar ebenso hintereinander angeordnet werden. Die vorgeschlagene Hintereinanderanordnung, anstelle der Anordnung in einer Ebene, verursacht bei der Drehung der Antriebswelle 109 diverse Abweichungen von einer idealen Drehbewegung, wie etwa Winkelfehler zwischen Antriebs- und Abtriebsseite oder Längenveränderungen der Antriebswelle 109 über die Umdrehung. Diese Abweichungen sind jedoch sehr klein und durch konstruktive Gestaltung in einem für diese Anwendung vernachlässigbaren Bereich. Dies ist im Gegensatz zu schnelllaufenden und massereichen Maschinenteilen in Bezug auf die Gleichlaufschwankungen eher unbedeutend und kann vernachlässigt werden.
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Die 2b zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Antriebswelle 109 mit Gelenksanordnung. Die Darstellung der 2b zeigt die Antriebswelle 109 in einem Betriebszustand, in welchem sowohl ein oberes Biegescharnier 111 als auch ein unteres Biegescharnier 111 leicht gebogen sind, um den Achsversatz ausgehend von einem Antrieb 103 in Bezug auf die Exzenterschnecke 105 zu kompensieren.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebswelle 109 mit einer Exzenterschnecke 105. Die Antriebswelle 109 umfasst in der vorliegenden Seitenansicht ein Paar von Biegescharnieren 111 und die Exzenterschnecke 105 befindet sich an einem unteren Ende der Antriebswelle 109. Insgesamt ergibt sich somit ein einstückig ausgebildetes Rotorbauteil, welches die Hauptfunktionen Pumpenrotor, Bewegungsübertragung von einem Antrieb 103 auf die Exzenterschnecke 105 mit Versatzausgleich, Wellenlager, Dichtung sowie ein Antriebsrad in sich vereint.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Hüllrohrs 113 mit einem Auslauf 121. Das Hüllrohr 113 der Antriebswelle 109 dient gleichzeitig als Steigrohr für ein zu förderndes Fluid und dient außerdem als Verbindungseinrichtung zwischen Antrieb 103 und Pumpenzelle. Hierbei weist das Rohr einem oberen Ende ein Lager 115 auf, um die Antriebswelle 109 innerhalb des Hüllrohrs 113 zu lagern. Das Hüllrohr 113 kann hier ebenso als Stator 108 für die Exzenterschnecke 105 bezeichnet werden und kann bevorzugt einstückig ausgebildet werden. Aus Fertigungs- und Montagegründen kann jedoch auch eine mehrteilige Ausführung des Statorbauteils sinnvoll sein. Der Stator 108 beziehungsweise das Hüllrohr 113 vereinigt in der Konsequenz die Funktionen Pumpenstator, Führungsrohr für die Antriebswelle 109, Steigrohr für das Fluid, Außenteil der Wellenlagerung, sowie horizontal liegender Teil des Fluidkanals als so genannter Auslauf 121.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Exzenterschneckenpumpe 101 mit einem Behälter 119. Die Exzenterschneckenpumpe 101 kommt als Tauchpumpe zum Einsatz, d. h. sie taucht von oben in den Behälter 119 mit dem zu dosierenden Fluid ein. Der Auslass 121 der Exzenterschneckenpumpe 101 liegt höher als ein höchster Fluidstand des Behälters 119 und ein Antrieb 103 zum Betreiben der Exzenterschneckenpumpe 101 ist ebenfalls oberhalb des höchsten Fluidstands vorgesehen. Es gibt also keine unterhalb des Füllstands beziehungsweise dem Fluidstand innerhalb des Behälters 119 liegende und durch eine Behälterwand nach außen tretende Elemente oder Bauteile der Exzenterschneckenpumpe. Folglich müssen auch keine Bauteile oder Elemente eine entsprechende statische oder dynamische Abdichtung erfahren und das gesamte System der Exzenterschneckenpumpe 101 ist durch seine technische Ausbildung vollständig dicht. Dies trägt zusätzlich zu einer geringeren Teileanzahl und einer kostengünstigen Herstellung der gesamten Exzenterschneckenpumpe 101 bei, wodurch zusätzlich die Einfachheit und die Zuverlässigkeit der Exzenterschneckenpumpe 101 signifikant erhöht werden. Dadurch, dass die Exzenterschneckenpumpe 101 als Tauchpumpe ausgebildet ist, befindet sich die Exzenterschnecke 105 am tiefsten Punkt des Behälters 119 und die gesamte Exzenterschneckenpumpe 101 braucht in der Konsequenz nicht selbst ansaugend zu sein. Die bereits ausgeführte Herstellung der beiden Pumpenelemente Rotor 102 beziehungsweise Antriebswelle 109 mit Exzenterschnecke 105 und Stator 108 beziehungsweise Hüllrohr 113 gestattet eine Herstellung aus einfachen Werkstoffen zu niedrigen Kosten mit relativ großen beziehungsweise groben Toleranzen und den entsprechenden großzügigen Spaltmaßen. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass der durch die vorliegenden Spaltmaße möglicherweise verursachte Fehler mit zunehmender Viskosität des zu dosierenden Fluids sinkt. Da Waschhilfsstoffe wie beispielsweise flüssiges Waschmittel im allgemeinen über eine hohe Viskosität im Vergleich zu Wasser verfügen, sind große Spaltmaße innerhalb der Exzenterschneckenpumpe 101 zulässig, da sie zu einer signifikanten Reduzierung der Reibung führen. Durch die reduzierte Reibung sinkt wiederum die erforderliche Leistung eines Antriebs 103 zum Betreiben der Exzenterschneckenpumpe 101 wodurch in der Konsequenz ein kleiner und preisgünstiger Motor einsetzbar ist. Unabhängig davon ist es jedoch ebenso möglich, die Lebensdauer durch den reduzierten Verschleiß innerhalb der Exzenterschneckenpumpe 101 zu erhöhen.
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Aufgrund der Ausbildung der Exzenterschneckenpumpe 101 als Tauchpumpe können ebenso potentielle Undichtigkeiten zum Beispiel an Fügestellen des Stators 108 oder an Fügestellen zwischen Antriebswelle 109 und Exzenterschnecke 105 in Kauf genommen werden, da eventuell austretendes Fluid zurück in den Sumpf beziehungsweise in den Behälter 119 tropfen kann. Dies hätte, abgesehen von geringen Dosierfehlern, keine gravierenden Auswirkungen auf die Funktionalität der Exzenterschneckenpumpe 101. Hierbei muss ein Lager 115 zum Lagern der Antriebswelle 109 zwar dicht ausgebildet sein, jedoch muss dieses Lager 115 nur gegen den Staudruck bestehen, welcher innerhalb des Auslaufs 121 entsteht. Somit ist hier eine einfache Spalt- beziehungsweise Labyrinthdichtung ausreichend. Die Exzenterschneckenpumpe 101 taucht wie bereits ausgeführt von oben in den Behälter 119 ein, wobei der horizontale Auslauf 121 über einen oberen Rand des Behälters 119 in einen Dosierbereich des Haushaltsgeräts 100 hineinragt. Folglich gibt es keinerlei Durchbrüche durch die Behälterwand unterhalb des maximalen Fluidstands und der Behälter 119 ist somit dicht und kann auch bei einem Ausfall oder ein Defekt einzelner Bauteile der Pumpe nicht auslaufen. Die Antriebswelle 109 mündet in ein horizontal liegendes Übertragungselement 106 in Form eines Antriebsrades, was dem Einbau der Exzenterschneckenpumpe 101 in eine entnehmbare Einspülschale bzw. einem aus dem Haushaltsgerät 100 entnehmbaren Behälter 119 gerecht wird, da die Exzenterschneckenpumpe 101 mit dem Übertragungselement 106 zusammen vom Benutzer beziehungsweise von einem Bediener des Haushaltsgeräts 100 entnehmbar durch eine Blendenöffnung des Haushaltsgeräts 100 ausgebildet ist. Das horizontal liegende Übertragungselement 106 in Form eines Antriebsrades hat insgesamt den Vorteil, dass es nicht sehr weit nach oben herausragt, wodurch die gesamte entnehmbare Exzenterschneckenpumpe 101 einschließlich des Behälters 119 ein sehr gutes Verhältnis von Bauhöhe zu maximalem Füllpegel des Fluides aufweist.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung einer herausgezogenen Exzenterschneckenpumpe 101 mit Behälter 119 in einer Draufsicht. Oberhalb der Antriebswelle 109 befindet sich das Übertragungselement 106 in Form eines Antriebsrades, welches mit einem Verbindungselement 104 des Antriebs 103 in Eingriff bringbar ist. Die Exzenterschneckenpumpe 101 befindet sich mit dem gesamten Behälter 119 in einem aus dem Haushaltsgerät 100 herausgezogenen Zustand. In dieser Ausführungsform ist das Haushaltsgerät 100 mit dem Antrieb 103 und dem Verbindungselement 104 in Form einer konisch verjüngt zulaufenden Schnecke ausgebildet. Diese ermöglicht eine einfache Verbindung zwischen Verbindungselement 104 und Übertragungselement 106, welches an einem oberen Ende der Antriebswelle 109 angeordnet ist. Die bei dem Einschieben oder dem Herausziehen des Behälters 119 auftretende Drehung des Übertragungselements 106 oberhalb der Antriebswelle 109 und die damit unmittelbare Verbindung mit der Antriebswelle 109 kann dazu genutzt werden, ein eventuell notwendiges Losbrechen der Exzenterschneckenpumpe 101 zu erzeugen. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn die Exzenterschneckenpumpe 101 durch eingetrocknete Rückstände eines Fluids festgebacken ist. Folglich ist die Länge des Verbindungselements 104 dementsprechend größer als eine zum Andocken an das Übertragungselement 106 notwendige Eingriffsstrecke. In bevorzugter Weise kann zusätzlich die Drehrichtung des Antriebs 103 und der Exzenterschneckenpumpe 101 derart gewählt werden, dass das Verbindungselement 104 beziehungsweise die konisch verjüngte Schnecke eine ziehende Kraft auf den Behälter 119 ausübt. In der Konsequenz bleibt der Behälter 119 dadurch ohne zusätzliche Sicherungsmaßnahmen wie Verriegelungen oder sonstige Sicherungselemente sicher in dem Haushaltsgerät 100 angeordnet, da durch den kontinuierlichen Betrieb ein richtiges Sitzen der Exzenterschneckenpumpe 101 einschließlich des fluidtragenden Behälters 119 in dem Haushaltsgerät 100 gewährleistet ist.
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Die 7 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Exzenterschneckenpumpe 101 mit Behälter 119 in einer Draufsicht. Die Exzenterschneckenpumpe 101 und der Behälter 119 sind hierbei vorliegend vollständig in das Haushaltsgerät 100 eingebracht.
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Im Allgemeinen soll der Rotor 102 beziehungsweise die Exzenterschnecke 105 mit einer Frequenz angetrieben werden, die deutlich unter typischen Motordrehzahlen liegt. Aus diesem Grund wird hier vorgeschlagen, an der Antriebswelle 109 ein Übertragungselement 106 anzuordnen, welches von einem mit dem Antrieb 103 in Verbindung stehenden Verbindungselement 104 angetrieben wird. Dies kann beispielsweise mit einer Übersetzung von 1:10 erfolgen. Dies ermöglicht für das Gesamtsystem der Exzenterschneckenpumpe 101 eine günstige Lage der einzelnen Komponenten innerhalb des Haushaltsgeräts 100.
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Ferner wäre es denkbar das einstückige Plastikgelenk beziehungsweise die Antriebswelle 109 mit mehr als lediglich zwei Paaren von Gelenken vorzusehen, welche auch in Kombination mit nicht orthogonalen Gelenken, wie beispielsweise einer Dreiersymmetrie mit Paaren von Gelenken mit einem Versatz von 120° zueinander, ausgebildet werden können. Ebenso könnte die Antriebswelle 109 in Form einer zylindrischen Schraubenfeder ausgebildet werden, welche bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Zusätzlich oder alternativ wäre es ebenso denkbar, den Antrieb 103 mit einem Motor über eine Schneckenwelle, eine Standardverbindung, ein Kegelrad oder auf eine sonstige Art und Weise anzutreiben, wobei der Motor auch unmittelbar antreibbar ausgebildet sein kann. Ebenso wäre es denkbar die Pumpe bzw. die Exzenterschneckenpumpe 101 auch für einen manuellen Betrieb auszubilden. Grundsätzlich lassen sich für Rotor 102 und Stator 108 unterschiedliche Werkstoffe einsetzen. So ist es beispielsweise denkbar für das Übertragungselement 106 einen harten Werkstoff und für den Rotor 102 bzw. die Exzenterschnecke 105 einen weichelastischen Werkstoff sowie auch einen weichelastischen Werkstoff für die Antriebselle 109 vorzusehen. Allerdings ist es insbesondere für eine industriell eingesetzte Exzenterschnecke 105 von Vorteil, eines der beiden Bauteile, also entweder Rotor 102 oder Stator 108 aus einem weichelastischen Werkstoff herzustellen, um eine bessere Abdichtung zwischen dem Rotor 102 und dem Stator 108 zu erreichen. Möglich wäre hierbei auch eine Herstellung in einem 2K-Spritzguss mit geeigneten weichelastischen Bereichen, wie beispielsweise den Rotoroberflächen und den Biegegelenken, und einem harten Bauteil, wie beispielsweise dem Übertragungselement 106 für die Drehmomentübertragung oder dem Rotorgrundkörper.
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Die 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbindungselements 104, welches als konisch verjüngter Schneckenantrieb ausgebildet ist.
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Die 9a und 9b zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht eines Rotors 202 mit einer als Federstegwelle ausgebildeten Antriebswelle 209, die einstückig mit der Exzenterschnecke 205 ausgebildet ist und eine erfindungsgemäße Alternative zu der vorstehend beschriebenen Antriebswelle 109 mit den Biegescharnieren 111 darstellt.
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Bei der in den 9a und 9b dargestellten Ausführungsform umfasst der Rotor 202 neben der im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Federstegwelle 209 ein Antriebsrad 206, ein zylindrisches Dichtungselement 206a und die einstückig mit der Federstegwelle 209 ausgebildete Exzenterschnecke 205. Das Antriebsrad 206, das, wie vorstehend beschrieben, zur Kopplung des Rotors 202 an einen Antriebsmotor dient, ist als Zahnrad 206 mit einer Vielzahl von Zähnen ausgebildet. In den 9a und 9b ist ein beispielhafter Zahn des Antriebsrads 206 als Zahn 206-1 gekennzeichnet. Das Dichtungselement 206a verbindet das Antriebsrad 206 mit der Federstegwelle 209 und dient dazu, den Rotor 202 in dem entsprechenden Lager 115 (siehe 4 und 5) der Exzenterschneckenpumpe 101 fluiddicht drehbar zu lagern. Wie vorstehend beschrieben, ist die Exzenterschnecke 205 ausgebildet, in dem entsprechend geformten Stator 108 der Exzenterschneckenpumpe 101 aufgenommen zu werden, um relativ zu dem Stator 108 rotieren zu können und dadurch beispielsweise ein Fluid aus dem Behälter 119 zu fördern.
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Bei der in den 9a und 9b dargestellten Ausführungsform besteht die im Wesentlichen hohlzylinderförmige Federstegwelle 209 aus einer Vielzahl von Federstegwellenelementen, die im Wesentlichen identisch zueinander ausgebildet sind und entlang der Längsachse der Federstegwelle 209 angeordnet sind. In der perspektivischen Darstellung von 9a sind beispielhaft drei Federstegwellenelemente 209a, 209b und 209c der Federstegwelle 209 gekennzeichnet, die sozusagen die Elementarzellen der Federstegwelle 209 darstellen und von denen nachstehend stellvertretend für die Vielzahl von Federstegwellenelementen beispielhaft das Federstegwellenelement 209a detaillierter beschrieben wird.
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Das Federstegwellenelement 209a umfasst einen ersten oberen ringförmigen Federsteg und einen zweiten unteren ringförmigen Federsteg, die sich jeweils in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse der Federstegwelle 209 in Umfangsrichtung um deren Längsachse erstrecken. Dabei ist der obere ringförmige Federsteg entlang der Längsachse der Federstegwelle 209 parallel versetzt zu dem zweiten ringförmigen Federsteg ausgebildet.
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Bei der in den 9a und 9b dargestellten Ausführungsform umfassen der erste ringförmige Federsteg und der zweite ringförmige Federsteg des Federstegwellenelements 209a jeweils einen ersten unteren halbringförmigen Federstegabschnitt und einen zweiten oberen halbringförmigen Federstegabschnitt. Dabei ist der erste halbringförmige Federstegabschnitt jeweils relativ zu der Längsachse der Federstegwelle 209 axial versetzt zu dem zweiten halbringförmigen Federstegabschnitt angeordnet, und zwar mit einem axialen Versatz der kleiner als der parallele Versatz zwischen dem ersten ringförmigen Federsteg und dem zweiten ringförmigen Federsteg ist. Mit anderen Worten: der erste halbringförmige Federstegabschnitt und der zweite halbringförmige Federstegabschnitt definieren jeweils unterschiedliche Ebenen, die entlang der Längsachse der Federstegwelle 209 parallel versetzt zueinander liegen.
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Wie sich der 9a entnehmen lässt, ist der erste untere halbringförmige Federstegabschnitt des ersten oberen ringförmigen Federstegs des Federstegwellenelements 209a über ein erstes axiales Verbindungselement 214a mit dem ersten unteren halbringförmigen Federstegabschnitt des zweiten unteren ringförmigen Federstegs des Federstegwellenelements 209a stoffschlüssig verbunden. Ferner ist der zweite obere halbringförmige Federstegabschnitt des ersten oberen ringförmigen Federstegs des Federstegwellenelements 209a über ein zweites axiales Verbindungselement 210a mit dem zweiten oberen halbringförmigen Federstegabschnitt des zweiten unteren ringförmigen Federstegs des Federstegwellenelements 209a stoffschlüssig verbunden.
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Das zweite axiale Verbindungselement 210a kann relativ zu der Längsachse der Federstegwelle 209 jeweils gegenüber dem ersten axialen Verbindungselement 214a ausgebildet sein. Dabei kann das erste axiale Verbindungselement 214a jeweils über einen radial verlaufenden Mittelsteg stoffschlüssig mit dem zweiten axialen Verbindungselement 210a verbunden sein. Dieser Mittelsteg dient beispielsweise dazu, dass bei einer Herstellung der Federstegwelle 209 mittels eines Spritzgussverfahrens ein Hinterschnitt vermieden werden kann.
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Wie sich der 9a entnehmen lässt, ist das Federstegwellenelement 209a jeweils über zwei dritte axiale Verbindungselemente 212a (aufgrund der perspektivischen Darstellungsweise ist nur ein drittes axiales Verbindungselement 212a in der 9a erkennbar) mit den darüber und darunter angeordneten Federstegwellenelementen, also beispielsweise dem Federstegwellenelement 209b, stoffschlüssig verbunden.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Exzenterschneckenpumpe
- 102
- Rotor
- 103
- Antrieb
- 104
- Verbindungselement
- 105
- Exzenterschnecke
- 106
- Übertragungselement
- 107
- Symmetrieachse
- 108
- Stator
- 109
- Antriebswelle
- 111
- Biegescharniere
- 113
- Hüllrohr
- 115
- Lager
- 119
- Behälter
- 121
- Auslauf
- 202
- Rotor
- 205
- Exzenterschnecke
- 206
- Zahnrad
- 206-1
- Zahn
- 206a
- Dichtungselement
- 209
- Federstegwelle
- 209a
- Federstegwellenelement
- 209b
- Federstegwellenelement
- 209c
- Federstegwellenelement
- 210a
- axiale Verbindungselemente
- 212a
- axiale Verbindungselemente
- 214a
- axiale Verbindungselemente
