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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät, wobei die Pumpe einen Pumpenmotor mit einem in einem zu fördernden flüssigen Medium laufenden Rotor umfaßt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Geschirrspülmaschine mit zumindest einer derartigen Pumpe.
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Bei wasserführenden elektrischen Haushaltsgeräten, wie etwa Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen oder Trocknern, ist es bekannt, zum Abpumpen und/oder Umwälzen von Flüssigkeiten elektrisch angetriebene Pumpen einzusetzen. Insbesondere werden dabei wegen der hohen Zuverlässigkeit sogenannte Spaltrohrpumpen eingesetzt, bei denen sich der rotierende Teil des Pumpenmotors, der Nassläufer, im zu fördernden flüssigen Medium befindet. Dabei kann auch die Lagerung für den Rotor vom Fördermedium ihre Schmierung erhalten. Dadurch ist eine verlustbehaftete bewegliche Wellendichtung entbehrlich, so dass Blockierungen und Undichtigkeiten vermieden werden können, für die derartige Wellendichtungen anfällig sind. Als Spaltrohr wird dabei der zylindrische, stehende Teil des Motorgehäuses im magnetischen Spalt zwischen Rotor und Stator bezeichnet. Dieses Spaltrohr ist im Innern mit dem zu fördernden Medium gefüllt und dichtet dieses nach außen hin gegen die Umgebungsluft ab. Ein solches Spaltrohr besteht häufig aus unmagnetischen Materialien wie etwa Edelstahl oder Kunststoff.
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Dabei ist etwa bei PMSM-Motoren mit Magnetrotoren eine Minimierung des magnetischen Spalts besonders bedeutsam. Da sich in diesem magnetischen Spalt aus Kunststoff/Metall und Flüssigkeit befindet und die Dicke des Flüssigkeitsspalts nicht beliebig verringert werden kann, weil ansonsten sich Toleranz- und Verschmutzungsprobleme ergeben, ist die Wandstärke der Spaltrohre und Magnetummantelungen besonders bedeutsam. Üblich sind hier Wandstärken im Millimeterbereich.
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Besonders gut hinsichtlich Effizienz und Bauraum sind dabei Magnetanordnungen aus Seltenen Erden. Deren Preise sind allerdings in den letzten Jahren erheblich angestiegen, was die wirtschaftliche Verwendung erschwert. Deswegen ist es wünschenswert, verstärkt Ferrite einzusetzen, die eine geringere Permeabilität und eine magnetische Induktion haben. Dabei werden üblicherweise zweipolige Rotoren aus Hartferriten eingesetzt, die jedoch bei steigenden Leistungen bei Unsymmetrien im magnetischen Spalt, zum Beispiel eine Schrägstellung oder einen Versatz der Achse, zu erheblicher Geräuschentwicklung führen. Außerdem würde dies bei den erforderlichen Leistungen, z. B. 60 bis 100 Watt, einen sehr hohen Einsatz von Kupfer und Eisen erfordern, um eine solche Pumpe mit einem zweipoligen Rotor zu betreiben.
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Würde man jedoch zu viele Pole im Rotor verwenden (z.B. Achtpole) wäre der Rechenaufwand zum Erreichen einer gewünschten hohen Drehzahl erheblich, was wiederum den Aufwand deutlich erhöht. Eine Absenkung der Polzahl ist daher gewünscht, um zum Beispiel bei gleichbleibender Rechenleistung die Motordrehzahl von gut 4000 auf etwa 5000 Umdrehungen pro Minute anheben und damit das Masse-Leistungsverhältnis deutlich verbessern zu können. Außerdem ist es üblich, höherpolige Ferritrotoren aus Schalen-, Speichen-, oder Brotmagneten mit magnetischem Rückschluß, etwa einem Eisenkern, zusammenzusetzen. Diese zusammengesetzten Magnete werden nach außen mit separaten Umhüllungen oder Umspritzungen gegen Fliehkräfte und Korrosion geschützt. Diese Bauweise ist teuer und aufwendig. Sie kann zudem zu nichtsinusförmiger Feldverteilung und mechanischen Unwuchten durch Bauteiltoleranzen führen. Kunststoffgebundene Ferritmagnete erreichen nicht die erforderliche Leistungsdichte. Die Umhüllung der Magnete geht direkt in den Magnetspalt ein und führt hier zu einer Leistungsreduktion.
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Zudem ist es wünschenswert, um die mit der Drehzahl steigende Reibung mit dem flüssigen Medium zu verringern, den Pumpendurchmesser zu verringern, was den Einsatz hoher Polzahlen erschwert.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, kleine, leichte und hoch drehende Motoren bei minimalem Konstruktions- und Fertigungsaufwand zur Verfügung stellen zu können.
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Die Erfindung löst das Problem durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Geschirrspülmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 13 und 15 verwiesen.
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Mit der Erfindung ist dadurch, dass bei der Pumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät der Rotor des Pumpenmotors einen einstückigen Ferritkörper mit mehr als zwei magnetischen Polen umfasst, die für zweipolige Ausführungen solcher Rotoren bekannte Geräuschentwicklung vermieden. Gleichzeitig kann ein geringer Einsatz von Kupfer und Eisen sichergestellt werden.
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Wenn der Ferritkörper weniger als sechs magnetische Pole umfasst, kann die Drehzahl gesteigert und damit der Wirkungsgrad verbessert werden, ohne die Nachteile eines nur zweipoligen Rotors in Kauf nehmen zu müssen.
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Insbesondere bildet der magnetisierte Ferritkörper einen keramischen, stabilen und dauerhaltbaren Hartferritkörper aus. Irgendwelche Umhüllungen als Korrosionsschutz oder zum Zusammenhalt sind entbehrlich. Durch die fehlende Umhüllung kann ein kleinerer magnetischer Spalt realisiert werden.
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Sofern der Ferritkörper genau vier magnetische Pole umfasst, ist ein optimaler Kompromiss zwischen dem Streben nach kleiner Polzahl und Vermeidung der Nachteile eines Zweipols gefunden.
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Der Ferritkörper ist frei von einer äußeren, ihn stabilisierenden und/oder schützenden Umhüllung und kann dadurch mechanisch und konstruktiv den einfachst möglichen Aufbau zeigen.
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Der Ferritkörper kann einer Halbach-Magnetisierung während der Herstellung unterzogen sein, um damit gewünschte bogenförmige Ausrichtungen von Eisenoxidbestandteilen im Material sicherzustellen. Insbesondere bildet der Ferritkörper einen Ringkörper mit bogenförmigen Magnetisierungen aus, um so den gewünschten Vierpol zu erhalten und gleichzeitig im zentralen Bereich eine Ausnehmung zum Eingriff einer Halterung, die den Ring auf einer Welle fest halten kann, bereitzustellen.
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Da in dem vorab anisotrop magnetisierten Ferritkörper während des Sinterns die Schrumpfung des Ferritmaterials entsprechend den magnetischen Orientierungen unterschiedlich ist, ist es sehr günstig, wenn in dem Ferritkörper zumindest ein mechanisch stabilisierender Zuschlagstoff enthalten ist, um die beim Sintern entstehenden inneren Spannungen auszugleichen. Dazu dienen beispielsweise Lanthan und/oder Kobalt. Die unsymmetrische Schrumpfung kann auch teilweise durch eine vorherige unsymmetrische Formgebung kompensiert werden. Eine spätere Magnetisierung des beim Sintern wieder entmagnetisierten Ferrits muß in der Orientierung der Magnetisierung des Rohlings erfolgen, um den gewünschten Effekt hoher Induktion zu erreichen. Dazu werden vorzugsweise mechanische Marken am Bauteil angepresst.
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Besonders vorteilhaft kann der Rotor frei von einem gesonderten Körper für einen magnetischen Rückschluss sein, so daß die Konstruktion weiter vereinfacht und kostenoptimiert ist.
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Für eine optimierte Herstellung umfasst der Rotor genau einen Ferritkörper der genannten Art, erfordert also keinen scheibenweisen Aufbau oder ähnliches; der Rotor kann daher bis auf die Halterung vollständig einstückig sein.
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Die so gebildete Pumpe kann in Doppelfunktion eine Heizpumpe sein.
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Insbesondere kann ein Haushaltsgerät, das mit einer oder mehreren Pumpen der genannten Art ausgestattet ist, eine Geschirrspülmaschine sein. Dabei sind Leistungen der Pumpe von 60 bis 100 Watt typisch, wenn die zumindest eine Pumpe zum Umwälzen und/oder Abpumpen von ggf. mit Reinigungs-, Klarspül- und/oder Trocknungsmittel versetztem Wasser dient, wobei der Rotor der zumindest einen Pumpe selbst in dieser Flüssigkeit läuft.
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Bei einem solchen Gerät kann durch die Erfindung beispielsweise die Drehzahl von 3200 auf etwa 5000 Umdrehungen pro Minute gesteigert werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht von schräg vorne einer Ausführungsform eines wasserführenden Haushaltsgeräts, hier beispielhaft einer Geschirrspülmaschine, mit einer hier vorderseitigen Tür,
- 2 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Pumpe,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Hartferritrings, der den Rotor bildet,
- 4 eine perspektivische Ansicht des Hartferritrings nach 3 in Einbaustellung des Pumpenmotors mit Halterung auf einer Welle und mit umgebendem Stator,
- 5 die Teile nach 4 in Draufsicht,
- 6 die Teile nach 4 in Schnittansicht,
- 7 eine ähnliche Ansicht wie 3 mit eingezeichneter Magnetisierung.
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Die in 1 schematisch dargestellte Geschirrspülmaschine ist eine Haushaltsgeschirrspülmaschine und zeigt ein beispielhaftes wasserführendes Haushaltsgerät 1. Sie weist als Bestandteil eines teilweise nach außen offenen oder geschlossenen Gerätekörpers 5 einen Spülbehälter 2 zur Aufnahme von zu bearbeitendem Spülgut wie Geschirr, Töpfen, Bestecken, Gläsern, Kochutensilien u. ä. auf. Das Spülgut kann dabei zum Beispiel in Geschirrkörben 11 und/oder einer Besteckschublade 10 halterbar und dabei von sog. Spülflotte beaufschlagbar sein. Als Spülflotte wird dabei frisches oder insbesondere im Betrieb umlaufendes Wasser mit oder ohne Reinigungsmittel und/oder Klarspülmittel und/oder Trocknungsmittel verstanden. Der Spülbehälter 2 kann einen zumindest im wesentlichen rechteckigen Grundriss mit einer in Betriebsstellung einem Benutzer zugewandten Vorderseite V aufweisen. Diese Vorderseite V kann dabei einen Teil einer Küchenfront aus nebeneinander stehenden Küchenmöbeln bilden oder bei einem allein stehenden Gerät auch ohne Bezug zu weiteren Möbeln sein. Von der Vorderseite V aus erstreckt sich die Geschirrspülmaschine in Querrichtung Q nach links und rechts. In Querrichtung Q hat die Geschirrspülmaschine 1 häufig eine Erstreckung von 45, 50 oder 60 Zentimetern. In Tiefenrichtung von der Vorderseite V nach hinten liegt die Erstreckung häufig ebenfalls bei etwa 60 Zentimetern. Die Werte sind nicht zwingend.
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Der Spülbehälter 2 ist insbesondere an dieser Vorderseite V von einer Tür 3 verschließbar. Diese Tür 3 ist in 1 in teilweise geöffneter und dann schräg zur Vertikalen stehenden Stellung gezeigt. In ihrer Schließstellung steht sie hingegen aufrecht und ist gemäß der Zeichnung zu ihrer Öffnung um eine untere Horizontalachse nach vorne und unten in Richtung des Pfeils 4 aufschwenkbar, so daß sie in vollständig geöffneter Stellung zumindest nahezu horizontal liegt.
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An ihrer in Schließstellung vertikalen, dem Benutzer zugewandten Außen- und Vorderseite V kann die Tür 3 mit einer Dekorplatte 6 versehen sein, um damit eine optische und/oder haptische Aufwertung und/oder eine Anpassung an umliegende Küchenmöbel zu erfahren.
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Das Haushaltsgerät, hier die Geschirrspülmaschine 1, ist als allein stehendes oder als sog. teilintegriertes oder auch als voll integriertes Gerät ausgebildet. Im letztgenannten Fall kann der Gerätekörper 5 auch im wesentlichen mit den Außenwandungen des Spülbehälters 2 abschließen. Ein diesen außen umgebendes Gehäuse kann dann entbehrlich sein.
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Der beweglichen Tür 3 ist im Ausführungsbeispiel gemäß der Zeichnung in ihrem oberen Bereich eine in Querrichtung Q der Geschirrspülmaschine erstreckte Bedienblende 8 zugeordnet, die eine von der Vorderseite V zugängliche Eingriffsöffnung 7 zum manuellen Öffnen und/oder Schließen der Tür 3 umfassen kann.
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Im unteren Bereich der Geschirrspülmaschine kann sich ein Sockel 12 zur Aufnahme von insbesondere Funktionselementen wie etwa einer umwälzenden oder ableitenden Pumpe 13 befinden, die gleichzeitig auch eine Heizpumpe ausbilden kann, jedoch nicht muss.
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Auch andere wasserführende Haushaltsgeräte 1 wie etwa Waschmaschinen oder Wäschetrockner können mit einer oder mehreren derartigen Pumpen 13 ausgestattet sein. In jedem Fall umfasst die Pumpe 13 einen Pumpe einen Pumpenmotor 14 mit einem in einem zu fördernden flüssigen Medium laufenden Rotor 15. Auch die Lagerung 19 ist durch das flüssige Medium geschmiert und bildet damit eine Nasslagerung innerhalb des flüssigen Mediums, das durch ggf. mit Reinigungs-, Klarspül- und/oder Trocknungsmittel versetztes Wasser gebildet sein kann.
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Der gezeichnete Rotor 15 des Pumpenmotors 14 umfasst einen einstückigen, gesinterten Hartferritkörper 16 mit mehr als zwei und weniger als sechs magnetischen Polen.
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Wie in 7 erkennbar sind, bildet der hier ringförmige Hartferritkörper 16 einen magnetischen Vierpol und ist frei von einer Kunststoffumspritzung oder einer sonstigen äußeren, ihn stabilisierenden und/oder schützenden Umhüllung. Der Rotor 15 ist damit bis auf die ihn auf der Welle 17 mechanisch haltenden Halterung 18 vollständig einstückig. Die Halterung 18 ist in 4 mit eingezeichnet. Der gebildete Ringkörper 16 ist dadurch in Einbaustellung konzentrisch auf der Rotorwelle 17 drehmomentfest fixiert oder mit Kunststoff aufgespritzt. Um dies zu ermöglichen, ist der Hartferritkörper 16 ringförmig ausgebildet und weist ein ausgenommenes Zentrum 20 auf.
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Die Vierpolausbildung ist günstiger als etwa eine Sechs- oder Achtpolausbildung. Zu den o. g. Vorteilen tritt noch hinzu, dass bei einem Vierpol weniger Rastmomente durch Unsymmetrien entstehen als bei höheren Polzahlen. Damit ist auch die Geräuschentwicklung beim Vierpol angenehmer.
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Das keramische Material des Hartferritkörpers 16 kann mit Zuschlagstoffen wie Lanthan und/oder Kobalt versehen sein, um damit auch beim Sintern eines anisotrop magnetisierten Materials die Ungleichmäßigkeiten der Schrumpfung ohne Rissbildung oder zu große Materialspannung abfangen zu können. Diese treten ansonsten bei einer Quadrupolbildung aus anisotrop magnetisiertem Ferritmaterial in hohem Maße auf.
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Auch ist es nicht erforderlich, dass der Rotor 15 einen gesonderten Körper für einen magnetischen Rückschluss aufweist, etwa einen Eisenkern. Der Aufbau ist damit weiter vereinfacht, die Fertigung ist dadurch preiswert möglich. Auch ist eine Außenbearbeitung im Gegensatz zu zusammengesetzten Rotoren entbehrlich. Der erreichte Rotor 16 ist sehr korrosionsstabil.
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Weiter ist in 7 erkennbar, dass der Ferritkörper 16 einer anisotropen Halbach-Magnetisierung unterzogen ist und dadurch bogenförmige Magnetisierungen ausbildet. Monolithische Magnetringe mit bogenförmiger Magnetisierung können direkt in dem flüssigen Medium eingesetzt werden, da sie - wie dargelegt - korrosionsstabil sind. Da auch kein Körper für einen magnetischen Rückschluss erforderlich ist, muss dieser nicht vor dem unter Umständen aggressivem Fördermedium geschützt werden.
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Durch die Erfindung können auch mit Ferritmagneten hocheffiziente Pumpenantriebe in einer Baugröße hergestellt werden, die sonst nur mit Magneten aus Seltenen Erden möglich sind. Dadurch ergeben sich Bauraumvorteile, Gewichtsersparnisse, Wirkungsgradverbesserungen, sinusförmige Magnetflussleitung und sinusförmige Back-EMF, Geräuschreduktionen und Kostensenkungen. Durch einfachsten mechanischen Aufbau des Rotors 15 kommen fertigungstechnische Vorteile hinzu. Ebenfalls sind durch eine übliche Außenbearbeitung der Ringkörper 16 im Vergleich zu zusammengesetzten Rotoren geringe Toleranzen und Unwuchtwerte zu erreichen.
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Die vierpolige Variante bietet bei der ständigen Erhöhung der Leistungsdichte durch höhere Drehzahlen den Vorteil, durch die niedrigere Ansteuerfrequenz die Prozessorleistung im Frequenzumrichter und EMV- sowie höherfrequente Geräuschanregungen gering zu halten. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Neigung der 4/6-Konfiguration zu niederfrequenter Geräuschanregung, wie sie üblicherweise bei den unvermeidlichen Unsymmetrieen im magnetischen Spalt zutage tritt. Ein solcher Rotor 15 mit einem einstückigen Hartferritkörper 16 ist auch äußerst korrosionsstabil
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Geschirrspülmaschine,
- 2
- Spülbehälter,
- 3
- Tür,
- 4
- Öffnungsrichtung,
- 5
- Gerätekörper,
- 6
- Dekorplatte,
- 7
- Griffmulde,
- 8
- Bedienblende,
- 10
- Besteckschublade,
- 11
- Geschirrkorb,
- 12
- Sockel,
- 13
- Pumpe,
- 14
- Pumpenmotor,
- 15
- Rotor,
- 16
- Hartferritkörper,
- 17
- Welle,
- 18
- Halterung,
- 19
- Lagerung,
- 20
- ausgenommenes Zentrum,
- Q
- Querrichtung,
- V
- Vorderseite der Geschirrspülmaschine
