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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere eine Haushaltsgeschirrspülmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie ein wasserführendes Haushaltsgerät mit zumindest einer derartigen Pumpe.
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Für den Betrieb eines wasserführenden Haushaltsgeräts, etwa einer HaushaltsGeschirrspülmaschine oder Haushalts- Waschmaschine, ist es wichtig, einen möglichst geringen Energie- und Wasserbedarf vorzusehen, um auch künftige gesetzliche Anforderungen erfüllen zu können und bei einer Auszeichnung mit einem Energieverbrauchslabel eine möglichst günstige Einstufung zu erhalten. Zudem soll aber auch eine hohe Lebensdauer der Komponenten des Haushaltsgeräts, insbesondere einer Haushalts- Geschirrspülmaschine oder Haushalts- Waschmaschine, erreicht werden. Insbesondere eine Pumpe, etwa zum Umwälzen oder Abpumpen von Spülflotte bzw. Spülflüssigkeit bei einer Haushalts- Geschirrspülflüssigkeit oder von Waschflüssigkeit bei einer Haushalts- Waschmaschine, bildet hierfür eine maßgebliche Baueinheit. Denn aufgrund steigender Anforderungen an die Energieeffizienz, Performance (Leistungsfähigkeit) auch bei wechselnden Programmanforderungen, und Kosteneffizienz der Pumpe mit jeder neuen Pumpengeneration wird eine höhere Maximaldrehzahl und/oder Laufzeit der Pumpe bei der Durchführung von Betriebsprogrammen, insbesondere Geschirrspülprogrammen oder Waschprogrammen, benötig. Je höher die Maximaldrehzahl und/oder je länger die Laufzeit der Pumpe im jeweilig durchzuführenden Betriebsprogramm ist, umso mehr steigt auf Dauer die Ausfallgefahr einer derartigen Pumpe durch Verschleiß.
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Bei einer solche Pumpe ist es üblich, diese als sog. Spaltrohrpumpe auszubilden. Der Rotor deren Elektromotors ist dabei in einem Spaltrohr drehbar untergebracht, dessen erstes Ende offen ist und dessen zweites Ende durch einen Boden verschlossen ist. Der im Spaltrohr angeordnete Rotor wird durch den Zylindermantel des Spaltrohrs von dem ihm zugewandten, außerhalb des Spaltrohrs angeordneten Stator des Elektromotors getrennt. Das Förderorgan, insbesondere das Flügelrad oder der Impeller, dieser Spaltrohrpumpe ist fest mit einer drehbaren Welle des Rotors oder mit dem um eine feststehenden Achse drehbar gelagerten Rotor des Elektromotors verbunden. Der Spalt zwischen dem dem Stator zugewandten Außenmantel des im Spaltrohr untergebrachten Rotors und der Innenwandung des den Rotor vom außen angeordneten Stator trennenden Zylindermantels des Spaltrohrs ist innerhalb der vom Spaltrohr bereitgestellten Rotorkammer von Spülflüssigkeit (bei einer Haushaltsgeschirrspülmaschine) oder Waschflüssigkeit (bei einer HaushaltsWaschmaschine) durchflossen. Bei einer Haushaltsgeschirrspülmaschine ist die Spülflüssigkeit insbesondere Wasser, das je nach Teilspülgang eines durchzuführenden Geschirrspülprogramms mit oder ohne Reinigungsmittel und/oder Klarspülmittel und/oder sonstigen Zusatzstoffen und/oder Schmutzresten des jeweilig zu reinigenden Spülguts wie z.B. Geschirrs sein kann. Bei einer Waschmaschine ist die Waschflüssigkeit insbesondere Wasser, das je nach Teilwaschgang eines durchzuführenden Waschprogramms mit oder ohne Waschmittel und/oder Zusatzstoffen und/oder Schmutzresten der jeweilig zu waschenden Kleidung sein kann. Bei einer ersten Bauart einer solchen Pumpe weist deren Rotor eine mittels einem Gleitlager oder mehreren Gleitlagern drehbeweglich gelagerte Welle auf. Aufgrund der genannten abrasiven Stoffe und durch Mischreibung bei Start und Stopp des elektrischen Motors der Pumpe sind die ein oder mehreren Gleitlager zusätzlich einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Derartige Pumpen zeigen im Kundenfeld ein typisches Ausfallverhalten durch Geräusch und/oder Lagerverschleiß. Die Zerstörungen betreffen dabei nicht nur die äußeren Lager, sondern auch die darin drehende Welle. Bei einer zweiten Bauart einer solchen Pumpe ist das Lagerprinzip umgekehrt, indem ein oder mehrere im oder am Rotor vorgesehene, insbesondere angebrachte, Lager um eine stehende Welle rotieren und der Rotor selbst drehfest mit dem Förderorgan verbunden ist.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, hier eine Verbesserung zu erreichen.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie durch ein wasserführendes Haushaltsgerät nach Anspruch 13. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 3 bis 12 verwiesen.
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Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Begriff „Rotor“ insbesondere der Läufer, d.h. die rotierbare Komponente eines elektrischen Motors verstanden, die um ihren Umfang verteilt vorzugsweise ein oder mehrere Magnete aufweist und durch den Stator des elektrischen Motors angetrieben wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung besteht ein der drehbaren Welle oder festehenden Achse zugewandter Teil des Gleitlagers zumindest bereichsweise aus einem ultra-hochmolekularen Polyethylen und zeigt dadurch eine enorme Unempfindlichkeit gegen abrasive Stoffe, Mischreibung und Trockenlauf. Gleichzeitig ist ein solches Material - anders als etwa PTFE - sehr billig und kann einfach in Großserie eingesetzt werden. Der Verschleiß sowohl am Gleitlager als auch am Gegenlaufpartner Welle oder Achse sind deutlich verringert.
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Insbesondere wird ein Polyethylen mit einer Masse von über 1000 kg/mol, insbesondere auch über 3000 kg/mol, eingesetzt.
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Sofern das ultra-hochmolekulare Polyethylen ein GUR des Herstellers Celanese ist, zeigt sich eine sehr hohe Molmasse und Molekülkettenlänge, so dass auch im Dauerbetrieb die hervorragende Resistenz gegen Verschleiß erhalten bleibt.
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Mechanisch günstig bildet das ultra-hochmolekulare Polyethylen auf seiner radial inneren Seite eine Ringfläche, deren Lot einer von der Ringfläche umgriffenen, drehbaren Welle des Rotors, oder einer von der Ringfläche umgriffenen stehenden Achse zugewandt ist, so dass das ultra-hochmolekulare Polyethylen die Welle oder Achse umgreift und ein Gegenlager für diese bildet. Durch die Unempfindlichkeit gegenüber abrasiven Stoffen zeigt sich auch eine wesentlich bessere Dauerhaltbarkeit der drehenden Welle oder stehenden Achse, die bei anderen Kunststoffen üblicherweise über die Zeit mit tiefen Riefen versehen wird.
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Dabei kann das Gleitlager einen einschichtigen Aufbau aus dem genannten Polyethylen aufweisen, also auch einen einstückigen und materialeinheitlichen Vollkörper ausbilden. Dadurch, dass das Material sehr preisgünstig ist, sind die Kosten für derartige Gleitlager minimal - anders als zum Beispiel bei PTFE.
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Alternativ ist auch möglich, dass die Schicht aus Polyethylen in einer radial äußeren Hülle angeordnet ist, so dass das Polyethylen nur innen sitzt und radial außen abgestützt wird, zum Beispiel auch in einer Hülle, die weniger thermische Ausdehnung zeigt und daher weniger empfindlich gegen Temperaturschwankungen ist.
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Die in dem Gleitlager drehbar gelagerte Welle oder die feststehende Achse in dem Gleitlager kann aus einem Stahl-, Keramik- oder Kunststoffwerkstoff bestehen.
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Unter bestimmten Bedingungen kann die ultra-hochmolekulare Polyethylen-Baueinheit des Gleitlagers durch Spritzguß hergestellt sein, was den Prozess besonders vereinfacht. Eine Nachbearbeitung ist dann entbehrlich
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Alternativ kann die ultra-hochmolekulare Polyethylen-Baueinheit des Gleitlagers durch Sintern oder Extrudieren hergestellt sein, wenn ein Spritzgießen nicht möglich ist, etwa bei einer besonders hohen Masse pro mol.
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Besonders günstig ist außerdem eine in Doppelfunktion umwälzende und heizende Pumpe, wodurch eine hohe Integration und eine Minimierung des Raumbedarfs erreicht sind.
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Auch hier ist es wie bei einer nicht heizenden Pumpe möglich, dass die Pumpe von der zu fördernden Flüssigkeit geschmiert ist.
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Ein mit einer oder mehreren derartigen Pumpen versehenes wasserführendes Haushaltsgerät kann insbesondere eine Haushaltsgeschirrspülmaschine oder Haushaltswaschmaschine oder Wäschetrockner sein.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können dabei - außer z. B. in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 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 vorn einer Ausführungsform eines Haushaltsgerätes, mit einer hier vorderseitigen Tür und einem Spülbehälter im Innern,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer umwälzenden Heizpumpe,
- 3 eine herausgezeichnete schematische Einzelteildarstellung einer Welle der Pumpe, die in einem radial und einem radial und axial abstützenden Gleitlager gehalten ist.
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In den 1 - 3 sind einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Dabei sind nur diejenigen Bestandteile eines Haushaltsgeräts mit Bezugszeichen versehen und erläutert, welche für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
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Das in 1 schematisch dargestellte Haushaltsgerät ist hier eine Geschirrspülmaschine 1, und zwar eine Haushaltsgeschirrspülmaschine. Auch andere Haushaltsgeräte 1 kommen grundsätzlich für eine erfindungsgemäße Ausbildung in Betracht.
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Die im folgenden beschriebene Haushaltsgeschirrspülmaschine 1 nach 1 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 sogenannter 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. Insbesondere hat die Spülflotte einen lonentauscher zur Enthärtung durchlaufen. Die Spülflotte kann zusätzlich auch mehr oder weniger mit Verschmutzungen aus dem laufenden Betrieb versetzt sein. 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.
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Der Spülbehälter 2 ist insbesondere an dieser Vorderseite V von einer Tür oder Klappe 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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Die Geschirrspülmaschine ist hier 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. Im unteren Bereich der Geschirrspülmaschine kann sich ein Sockel 12 zur Aufnahme von insbesondere Funktionselementen, wie etwa auch einer Pumpe 14 zum Umwälzen der Spülflotte, befinden. Diese Umwälzpumpe kann als sogenannten Heizpumpe insbesondere auch beheizbar sein, um so die Spülflotte auf die im jeweiligen Programmschritt gewünschte Temperatur zu bringen. Eine externe, von der Umwälzpumpe unabhängige Heizung kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen 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. In Querrichtung Q hat die Geschirrspülmaschine 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 umlaufend von insgesamt bei geschlossener Tür oder Klappe 3 drei festen vertikalen Wandungen 13 sowie zwei horizontalen Wandungen 13 begrenzt, von denen eine eine Decke (oben) und eine weitere einen Boden (unten) des Spülbehälters 2 bildet. An die dem Benutzer zugewandte Vorderseite V grenzen in Querrichtung Q nach links hin eine linke aufrechte Seitenwand 13 und nach rechts hin eine rechte aufrechte Seitenwand 13 an.
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Die den Boden des Spülbehälters 2 bildende und diesen im Wesentlichen nach unten hin begrenzende Wandung 13 liegt vorzugsweise ungefähr horizontal, also parallel zu einem äußeren Boden B, auf dem die Geschirrspülmaschine 1 steht.
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Das Haushaltsgerät 1 ist weiter mit zumindest einer Pumpe 14 versehen, etwa zum Umwälzen und/oder Abpumpen von Spülflotte. Auch kann zum Beispiel eine erste Pumpe zum Umwälzen von Flüssigkeit (Umwälzpumpe) und eine zweite Pumpe zum Abpumpen (Entleerungspumpe) vorgesehen sein.
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Die Pumpe 14 ist für ein wasserführendes Haushaltsgerät 1 vorgesehen, also etwa eine Waschmaschine, einen Trockner oder insbesondere eine Haushaltsgeschirrspülmaschine. Die Pumpe 14 umfasst zumindest ein Förderorgan 15, hier einen Impeller, das mit einer Welle 16 eines drehbaren Rotors 17 eines Elektromotors verbunden ist. Dieser ist als sogenannter Nassläufer ausgeführt, so dass das geförderte Wasser mit darin enthaltenen Abrasivstoffen wie Kalk oder Sand aus dem bearbeiteten Gut zwischen Rotor und der Zylinderwandung eines Spaltrohrs durchläuft, das den Stator des Elektromotors von dem ihm zugewandten Rotor trennt bzw. separiert. Die Pumpe 14 ist damit von der zu fördernden Flüssigkeit gleichzeitig auch geschmiert. Dabei ist die Welle 16 über ein oder mehrere Gleitlager 18 zum Abfangen von radialen und/oder axialen Kräften im Spaltrohr bzw. Stator drehbeweglich gelagert. Eine derartige Pumpe 14 kann daher insbesondere eine in ihren Grundzügen bekannte Kreiselpumpe ohne bewegliche Dichtung sein.
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Bei derartigen Pumpen ist es wichtig, im Mischreibungsgebiet, wie es etwa beim Anfahren durchlaufen wird, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß zu erreichen. Flüssigkeitsgeschmierte Pumpen werden im Allgemeinen nach der Sommerfeldzahl ausgelegt oder beurteilt. Diese soll zwischen 1 und 10 liegen. Die üblichen Drehzahlen einer solchen Pumpe liegen zwischen ca. 2000 und 6000 U/min.
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Gemäß der Erfindung besteht ein der Welle 16 zugewandter Teil des Gleitlagers 18 zumindest bereichsweise aus einem ultra-hochmolekularen Polyethylen.
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Dieses hat eine Masse von mehr als 1000 kg/mol, insbesondere von mehr als 3000 kg/mol. Die Dichte ist entsprechend hoch. Beispielsweise ist das ultra-hochmolekulare Polyethylen ein GUR des Herstellers Celanese.
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Konstruktiv gibt es mehrere Möglichkeiten für den Einsatz dieses Werkstoffs: So kann das ultra-hochmolekulare Polyethylen auf seiner radial inneren Seite eine Ringfläche bilden, deren Lot einer von der Ringfläche umgriffenen Welle des Rotors zugewandt ist. Diese Ringfläche umgibt dann die Welle 16 radial außen umgreifend.
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Dabei kann das Gleitlager 18 einen einschichtigen Aufbau aus dem genannten Polyethylen aufweisen und dabei einstückig und materialeinheitlich aufgebaut sein. Für den Ringkörper ergibt sich typisch eine Wandstärke von ca. 2,5 Millimetern. Zusammen mit dem Wellendurchmesser von ebenfalls ca. 5 Millimetern ergibt sich somit ein Gesamtdurchmesser von etwa 10 Millimetern. Die Spaltdicke zwischen Gleitlager 18 und Welle 16 liegt häufig bei etwa einem Zehntel-Millimeter. Zusätzliche Nuten können optional vorgesehen sein, zum Beispiel zur Schmierung und/oder zur Wärmeabfuhr.
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Die Herstellung eines solchen Lagerkörpers kann bei Molmassen am unteren Rand des genannten Spektrums durch Herstellung im Spritzgussverfahren erreicht werden. Für höhere Molmassen kommen insbesondere Sinterprozesse in Frage. Auch ein Extrudieren oder Pressen kommt in Betracht.
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Alternativ zum Vollkörper kann die Schicht aus Polyethylen in einer radial äußeren Hülle aus Metall oder einem Polymer mit anderen Eigenschaften angeordnet sein, die das Polyethylen zum Beispiel auch an einer zu großen Wärmeausdehnung nach außen hindert.
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Das gesamte Gleitlager 18 kann seinerseits in elastischen Bauteilen wie Gummibuchsen, O-Ringen oder 2K-Teilen zur Schwingungsentkopplung und zum Toleranzausgleich in den Lagerschilden eingebettet oder auch hart eingespritzt sein.
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Für die in dem Gleitlager gelagerte Welle 16 kommen verschiedene Werkstoffe in Betracht: Sie kann etwa aus einem Stahl-, Keramik- oder Kunststoffwerkstoff bestehen. Die abrasiven Stoffe zeigen einerseits an den Lagern 18 so gut wie keine Verschleißwirkung, andererseits ist jedoch auch die Lebensdauer der darin drehenden Welle 16 deutlich erhöht.
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Das verwendete ultra-hochmolekulare Polyethylen zeigt auch eine sehr hohe Beständigkeit gegen Öle und Fette. Eine mögliche Quellung durch die Bestandteile des geförderten Mediums ist damit verhindert.
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Die hier gezeichnete Pumpe 14 ist insbesondere eine Heizpumpe, die beim Umwälzen die geförderte Spülflotte gleichzeitig auch aufheizt. Hierfür ist die Pumpe 14 an ihrem äußeren Mantel zum Beispiel mit einer Dickschichtheizung versehen. Dies ist jedoch für die Erfindung nicht zwingend.
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Wie oben schon erwähnt, ist ein wasserführendes Haushaltsgerät 1 mit einer oder mehreren Pumpen 14 der beschriebenen Art eine handelbare Baueinheit und hier gesondert beansprucht. Die Lebensdauervorteile der Pumpe 14 erhöhen auch die Lebensdauer dieses Geräts. Zudem ist der Kostenvorteil bei einem solchen Gerät besonders relevant. Die erfindungsgemäßen Kunststoffe weisen nur ca. 1/4 des Preises von etwa PTFE auf.
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Aufgrund der Vielzahl der in der Spülflotte enthaltenen unterschiedlichen Stoffe, auch abrasiven Stoffe, ist so ein Gerät vorteilhaft eine Haushaltsgeschirrspülmaschine. Die Unempfindlickeit und dauerhafte Verschleißfestigkeit der eingesetzten Kunststoffe wirkt sich hier besonders positiv aus.
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Der Aufbau ist zudem einfach und durch den eingesetzten Kunststoff sind zudem die Schwingungsdämpfung und Entkopplung der rotierenden Teile sehr gut. Es ergibt sich eine hohe Laufruhe unter Unterdrückung von Lagerschwingungen. Die Lagerflächen sind für die gewünschte Art der Schmierung gut geeignet. Zugleich kann eine hohe Präzision der Lagerbohrung erreicht werden, was sich im Langzeitbetrieb und für die Laufruhe ebenfalls positiv auswirkt.
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Es versteht sich, dass die Erfindung auch auf eine mechanische Umkehr anwendbar ist, bei der eine fest stehende Achse radial zentrisch innen liegt und der Rotor über die ein oder mehreren an ihm angebrachten, erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitlager um die feststehende Achse außen herum rotiert. Mit dem Rotor ist das Förderorgan, insbesondere das Flügelrad oder der Impeller, der Pumpe vorzugsweise drehfest verbunden. Die feststehende Achse ist in der 3 zusätzlich mit 16' bezeichnet. Die Gleitlager 18 sitzt dann vorzugsweise innen fest am Rotor 17.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haushaltsgerät,
- 2
- Spülbehälter,
- 3
- Tür,
- 4
- Öffnungsrichtung,
- 5
- Gerätekörper,
- 6
- Dekorplatte,
- 7
- Griffmulde,
- 8
- Bedienblende,
- 10
- Besteckschublade,
- 11
- Geschirrkorb,
- 12
- Sockel,
- 13
- Wandungen des Spülbehälters,
- 14
- Pumpe,
- 15
- Förderorgan,
- 16
- Welle,
- 16'
- feststehende Achse
- 17
- Rotor,
- 18
- Gleitlager
- V
- Vorderseite,
- Q
- Querrichtung,
- B
- Boden,
