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Die vorliegende Erfindung betrifft ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere eine Haushaltsgeschirrspülmaschine, mit zumindest einer beheizbaren Pumpeinrichtung, die einen Elektromotor aufweist, der einen Stator und einen im wesentlichen zylindermantelförmigen und eine Welle umgreifenden Rotor umfasst, der bei seiner Drehung ein Förderorgan, insbesondere einen Impeller, antreibt, wobei die Welle in aufrechter Einbaulage angeordnet ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige wasserführende elektrische Haushaltsgeräte können etwa insbesondere Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen sein. Die Pumpeinrichtungen können dort vor allem zum Umwälzen von Flüssigkeiten dienen. Insbesondere werden dabei wegen der hohen Zuverlässigkeit sogenannte Spaltrohrpumpen eingesetzt, bei denen sich der rotierende Teil des Pumpenmotors, der Rotor, im zu fördernden flüssigen Medium befindet. Es ist weiter bekannt, dass der drehende Rotor dabei einen sog. Außenläufer ausbildet, also - von einer zentralen Motorwelle aus gesehen - radial weiter außen liegt als der fest stehende Stator. Ebenso sind sog. Innenläufer bekannt, bei denen der Rotor weiter innen liegt als der fest stehende Stator.
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Üblicherweise sind dabei der elektromotorische Teil und der hydraulische, also flüssigkeitsfördernde Teil, der Pumpeinrichtung voneinander axial getrennt, was einen erheblichen Bauraum für die Pumpen und eine liegende Einbaulage erforderlich macht. Damit sind Wasserwechsel und Entlüftung der Pumpeinrichtung erschwert, es steht immer Wasser in der Pumpeinrichtung. Z.B. zeigt die
DE 10 2016 208 017 A1 in der
2 eine Flüssigkeitsheizpumpe, bei der in einem ersten Gehäuseteil 28 die elektrische Antriebseinheit 18 und separat davon in einem zweiten Gehäuseteil 29 die Hydraulikeinheit 19 untergebracht ist. Die Hydraulikeinheit 19 umfasst u.a. einen Laufradraum 40 mit rotierend antreibbarem Laufrad 17 und einem nachgeordneten Diffusor- und/oder Druckraum 50 mit einem feststehenden Diffusor 23.
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Daher ist eine aufrechte Einbaulage der Pumpeinrichtung vorteilhaft. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die axiale Erstreckung der Pumpeinrichtung klein ist, damit für diese Einbaulage genügend Höhe zur Verfügung steht. Dies lässt sich insbesondere durch eine Integration von hydraulischem und elektromotorischem Teil der Pumpeinrichtung ermöglichen. (Z.B. weist die Geschirrspülmaschine der
DE 90 10 254 U1 in der
1 eine Motorpumpe mit senkrecht stehender Läuferachse 17 seines Läufers 6 auf. Mit diesem ist unmittelbar das Pumpenlaufrad 7 verbunden. Der Läufer 6 mit dem Pumpenlaufrad 7 ist im Pumpengehäuse 10 konzentrisch zum Stator 8 angeordnet, der in einer Kapsel 9 eingeschlossen ist.) Dabei stellt sich jedoch das Problem, die Flüssigkeit effektiv und mit hohem Wirkungsgrad von unten nach oben zu befördern. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, hierfür eine gute Lösung zu erreichen.
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Die Erfindung löst das Problem durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 15 verwiesen.
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Mit der Erfindung ist ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere eine Haushaltsgeschirrspülmaschine, mit einer hohen Effektivität und einem sehr hohen Wirkungsgrad der beheizbaren Pumpeinrichtung mit einer Welle in aufrechter Einbaulage geschaffen, indem der Rotor den Stator radial außenseitig umläuft und auf seiner radialen Außenseite mit einer Mehrzahl von fördernden Ansätzen versehen ist. Dadurch steht als Förderorgan nicht nur ein an der Unterseite der Pumpeinrichtung drehendes Flügelrad, insbesondere ein drehender Impeller, zur Verfügung, der im Wesentlichen radial nach außen in einen Ringspalt fördert, sondern als zusätzliches Förderorgan ist der durch den Stator angetriebene Außenrotor mit den fördernden Ansätzen an seinem Außenmantel vorgesehen, wodurch die Flüssigkeit auch über den Weg im Ringspalt nach oben aktiv gefördert wird. Der Zusatzaufwand ist minimiert, indem die fördernden Ansätze auf der Außenseite des Rotors angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind die Ansätze unmittelbar am Rotor angeordnet. Dann bedarf es keiner irgendwie gearteter Haltemittel für diese Ansätze. Der Konstruktions- und Montageaufwand ist somit minimiert. Besonders günstig können auch der Rotor und die daran befindlichen Ansätze als einstückige Baueinheit gemeinsam gebildet sein.
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Insbesondere sind die fördernden Ansätze um den Außenumfang des Rotors gleichmäßig verteilt angeordnet, d.h. je zwei in Umfangsrichtung benachbarte fördernde Ansätze sind mit demselben Umfangswinkel voneinander beabstandet.
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Wenn die fördernden Ansätze zwischen einander axiale Durchgangsöffnungen belassen, ist eine sehr schnelle und von wenig Widerstand gestörte Aufwärtsförderung der Flüssigkeit erreichbar. Störende Turbulenzen oder Kavitation können weitgehend vermieden werden.
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Um dies zu erreichen, sind die Durchgangsöffnungen vorteilhaft in Umfangsrichtung zumindest jeweils 5 Millimeter lang erstreckt. Dadurch können Verstopfungen durch etwaig in der Flüssigkeit mitgeführter Festkörperteilchen wie z.B. Zitronenkerne oder Brotrindenstückchen in zuverlässiger Weise vermieden werden.
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Für einen guten Flüssigkeitsdurchgang bei gleichzeitig hoher Förderintensität ist es günstig, wenn die Durchgangsöffnungen verschiedener fördernder Ansätze axial fluchtend hintereinander liegen.
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Sofern die fördernden Ansätze eine maximale radiale Erstreckung zwischen 2 und 15 Millimetern von einem zylindermantelförmigen Grundkörper nach außen aufweisen, kann der Ringspalt zur Flüssigkeitsförderung weitgehend überstrichen werden, ohne dass der Widerstand groß wird.
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Insbesondere können die fördernden Ansätze eine radiale Erstreckung aufweisen, die jeweils zwischen einer minimalen und einer maximalen Erstreckung variiert. Die verbleibende freie Breite im Ringspalt variiert damit ebenfalls. Die Ansätze erhalten damit eine schaufelartige Gestalt.
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Besonders vorteilhaft nimmt die radiale Erstreckung eines jeden Ansatzes bezüglich der Umfangsrichtung von einem zum anderen Ende des Ansatzes kontinuierlich bis zur maximalen Erstreckung zu. Gleichzeitig hat er eine gewisse Steigung in axialer Richtung, also in oder gegen die axiale Förderrichtung, ähnlich wie Gewindegänge eines Schraubgewindes.
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Weiter ist es besonders günstig, wenn die Mehrzahl von fördernden Ansätzen über die gesamte axiale Länge des Rotors erstreckt ist. Die Förderhilfen wirken damit gleichmäßig über den gesamten aufragenden Förderweg der Flüssigkeit vom unteren Förderorgan bis zu einem oberen Auslass, insbesondere einem tangentialen Auslass. Als umzuwälzende Flüssigkeit kommt insbesondere Wasser, das ggf. mit Spül- oder Klarspül- und/oder Trocknungsmittel versetzt ist, in Betracht.
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Jeder fördernde Ansatz muss dabei nicht wie ein Gewindegang vollständig den Umfang umlaufen, sondern kann jeweils ein Viertel bis sieben Achtel des Umfangs des Rotors umgeben. Die Flüssigkeit wird dabei nicht nur axial gefördert, sondern auch in Rotation versetzt (Reibungsminimierung).
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Die genannten Vorteile und Regeln lassen sich insbesondere auf einen solchen Elektromotor anwenden, der ein sog. Außenläufer ist, bei dem der Rotor außerhalb eines radial weiter innen liegenden Stators angeordnet ist. Damit kann insgesamt auch - teures - Material beim Stator eingespart werden, der weit weniger Material als bei einem sog. Innenläufer benötigt.
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Für eine sehr einfache Konstruktion ist sehr günstig, den Rotor aus einem Plastoferrit oder einer Kunststoffmatrix mit eingebrachten Neodym-Partikeln zu bilden, insbesondere in einem Spritzgussverfahren.
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Eine besonders große Einheitlichkeit und Einfachheit der Konstruktion ist möglich, wenn der Rotor und sowohl eine zentrale Welle oder den Rotor auf der Welle haltende Mittel als auch den Rotor mit der zentralen Welle oder den Mitteln verbindende Halterung(en), die eine radiale Komponente aufweisen, aus einem Stück gebildet sind, insbesondere durch ein Koextrusionsverfahren. Dieses Verfahren ist preisgünstig auch in Großserie durchführbar. Das Gewicht eines solchen Rotors ist zudem sehr gering.
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Die verbindenden Halterungen ragen dabei insbesondere spitz - ähnlich wie ein Schiffsbug - nach unten in Richtung der Flüssigkeit und Förderorgan vor. Damit ergibt sich eine Strömungsoptimierung.
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Für einen effektiven Wärmeeintrag in die Flüssigkeit weist die Pumpeinrichtung gemäß der Erfindung radial außenseitig einen in Umfangsrichtung erstreckten und insbesondere großflächig umgreifenden Heizmantel auf. Dieser kann nach Art einer Manschette direkt außen auf einer Gehäusewand aufliegen und einen optimalen Wärmeübergang auf die Gehäusewand erlauben.
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Die Effektivität ist weiter gesteigert, sofern der Rotor erfindungsgemäß vollständig innerhalb der axialen Erstreckung des Heizmantels gelegen ist. Sofern der Rotor den Heizmantel nicht axial überragt, wird die hier geförderte Flüssigkeit auf ihrem gesamten Weg in der Pumpeinrichtung erwärmt, was einen sehr hohen Wirkungsgrad der Heizung sicherstellt. Dabei kann vorzugsweise die Außenwand des Motorgehäuses entfallen. Damit rotiert der glockenförmige und mit dem Impeller verbundene Rotor direkt im Innern des Heizrohrs. Durch die Rotation der Außenfläche ergibt sich in diesem Bereich eine verringerte Reibung (Planschverluste) zur im Heizrohr rotierenden Flüssigkeit und damit ein Effizienzgewinn. Gleichzeitig verstärkt diese Anordnung die Rotationsgeschwindigkeit des zu fördernden Mediums - und damit den Wärmeabtrag an der von außen beheizten Rohrinnenfläche. Diese Effekte treten besonders durch die außen am Außenumfang des Rotors angebrachten oder angespritzten Ansätze hervor. Ebenfalls können Teile des Impellers - wie Schaufeln - aus magnetischem Material gespritzt werden, um die Komplexität des rotierenden Aufbaus zu verringern.
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Insbesondere liegt die axiale Erstreckung des Heizmantels zwischen 3 und 10 Zentimetern, so dass die Unterbringung der aufrecht stehenden Pumpeinrichtung unterhalb eines Spülbehälters möglich wird.
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Auch eine exakt vertikale Einbaulage mit einer Hauptkomponente der Förderrichtung von unten nach oben ist damit möglich.
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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 Einzelteilansicht des Rotors mit Ansätzen, Halterung und Haltemitteln zur Festlegung auf der Welle,
- 4 eine Ansicht in axialer Richtung auf einen Rotor des Außenläufers mit daran außenseitig vorgesehenen Ansätzen.
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Das in 1 schematisch dargestellte wasserführende Haushaltsgerät 1 ist hier nur beispielhaft eine Geschirrspülmaschine, nämlich eine Haushaltsgeschirrspülmaschine. 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 1, hier die Geschirrspülmaschine, 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 Pumpeinrichtung 13 befinden, die gleichzeitig auch mit einer Heizung versehen sein und somit eine Heizpumpe ausbilden kann. In diese Pumpeinrichtung 13 integriert ist ein antreibender Elektromotor 14.
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Auch andere Haushaltsgeräte 1 wie etwa Waschmaschinen oder Wäschetrockner können mit einem oder mehreren derartigen umwälzenden Pumpeinrichtungen für Flüssigkeitsförderung und/oder für andere Zwecke versehen sein.
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Gemäß 2 ist der Elektromotor 14 derart in die Pumpeinrichtung 13 integriert, dass er einen in einem zu fördernden flüssigen Medium, das durch ggf. mit Reinigungs-, Klarspül- und/oder Trocknungsmittel versetztes Wasser gebildet sein kann, laufenden Rotor 15 umfasst.
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Der in 2 gezeichnete und im wesentlichen zylindermantelförmige Rotor 15 des Pumpenmotors 14 ist mittels einer Welle 18 um einen radial weiter innen liegenden Stator 19 drehbar. Hier handelt es sich also um einen Außenläufer.
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Der Pumpenmotor 14 ist wie die gesamte Bohreinrichtung 13 in aufrechter, insbesondere vertikaler, Einbaulage angeordnet. Dabei treibt der Pumpenmotor 14 bei seiner Drehung ein Förderorgan 16, insbesondere einen Impeller, an, der hier am unteren Ende der ebenfalls aufrecht stehenden Welle 18 angeordnet ist.
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Die Förderung der o. g. Spülflotte geschieht dabei nicht allein durch das Förderorgan 16, sondern auch durch fördernde Ansätze 17, die auf der radialen Außenseite des Rotors 15 angeordnet sind.
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Diese Ansätze 17 sind unmittelbar am Rotor 15 angeordnet. Insbesondere sind sie einstückiger Bestandteil einer gemeinsamen Baueinheit aus zumindest Rotor 15 und Ansätzen 17. Diese Bestandteile können sehr effektiv in einem 2K-Verfahren gebildet sein. Um diese Einstückigkeit zu ermöglichen, kann der Rotor 15 aus einem Plastoferrit oder einer Kunststoffmatrix mit eingebrachten Neodym-Partikeln gebildet sein, insbesondere in einem Spritzgussverfahren. Die Ansätze 17 selbst können aus dem gleichen Grundmaterial angespritzt sein, müssen jedoch keine Ferrit- oder Neodympartikel umfassen.
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Die fördernden Ansätze 17 müssen in Umfangsrichtung U nicht den Rotor 15 jeweils um 360° umlaufen, sondern sie können zwischen einander axiale Durchgangsöffnungen 20 belassen. Diese können in Umfangsrichtung U zumindest jeweils 5 Millimeter lang erstreckt sein.
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Es ergibt sich somit über den axialen Weg eine Hintereinanderlage einer Mehrzahl von fördernden Ansätzen 17. Diese können insbesondere so gleichmäßig angeordnet sein, dass die Durchgangsöffnungen 20 verschiedener fördernder Ansätze 17 axial fluchtend hintereinander liegen. Es ergeben sich somit an den Durchgangsöffnungen 20 über die gesamte axiale Länge durchgehende Kanäle. Weiter können fördernde Ansätze 17 über die gesamte axiale Länge des Rotors 15 vorgesehen sein.
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Die hier gezeichneten fördernden Ansätze 17 haben eine maximale radiale Erstreckung zwischen 2 und 15 Millimetern, die von einem zylindermantelförmigen Grundkörper 21 des Rotors 15 nach außen weisen.
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Dabei müssen die Ansätze 17 - anders als Gewindegänge - nicht über ihre gesamte Erstreckung in Umfangsrichtung U eine gleichbleibende radiale Erstreckung aufweisen, sondern diese kann jeweils zwischen einer minimalen und einer maximalen Erstreckung variieren.
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Insbesondere erfolgt die radiale Erstreckung eines jeden Ansatzes 17 bezüglich der Umfangsrichtung U von einem zum anderen Ende des Ansatzes 17 kontinuierlich bis zur maximalen Erstreckung zunimmt. In axialer Ansicht zeigen die Ansätze 17 daher jeweils konische Außenflächen.
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Es kann strömungsoptimierend angepasst werden, welche umfangsseitige Länge eine jeweiliger Ansatz 17 hat. Insbesondere läuft jeder fördernde Ansatz 17 jeweils über ein Viertel bis über sieben Achtel des Umfangs des Rotors 15 um.
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Etwa in 3 ist erkennbar, dass nicht nur der Rotor 15 und die darauf gehaltenen Ansätze 17 eine gemeinsame, integrierte Baueinheit bilden können, sondern der Rotor 15 kann auch mit einer zentralen Welle 18 oder zumindest mit den Rotor 15 auf der Welle 18 haltenden Mittel 23 sowie auch mit verbindenden Halterung(en) 24, die eine radiale Komponente aufweisen, eine gemeinsame, aus einem Stück gebildete Baueinheit bilden, insbesondere durch ein Koextrusionsverfahren. Hier ist in der Zeichnung dargestellt, dass die Welle 18 separat ist, insbesondere aus Metall. Hingegen sind den Rotor 15 auf der Welle 18 haltende Mittel 23 zusammen mit von dort erstreckten verbindenden Halterung(en) 24, die eine radiale Komponente aufweisen, und der Rotor 15 mit den Ansätzen 17 eine gemeinsame, aus einem Stück gebildete Baueinheit. Die radial nach außen von der Welle zum Rotor führenden Halterungen 24 münden zentral in eine Spitze 25 ein, die der Strömung entgegengewandt ist und den Strömungswiderstand verringert.
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Die Pumpeinrichtung 13 weist hier zudem radial außenseitig einen in Umfangsrichtung U erstreckten Heizmantel 22 auf. Dabei ist der Rotor 15 vollständig innerhalb der axialen Erstreckung des Heizmantels 22 gelegen ist. Um die aufrechte Einbaulage einer solchen Einbaulage unter dem Spülbehälter 2 im Sockel 12 zu ermöglichen, beträgt die axiale Erstreckung des Heizmantels zwischen 3 und 10 Zentimeter beträgt. Damit kann dann eine exakt vertikale Einbaulage erreicht werden, in der die die Förderrichtung eine Hauptkomponente von unten nach oben aufweist. Der Impeller 16 ist dann am untersten Ende, der Auslass ist am oberen Ende.
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Der Rotor 15 kann etwa Halbach-magnetisiert sein. Bei der Halbachmagnetisierung werden die in einer Matrix enthaltenen Ferrit- oder Neodym-Partikel ausgerichtet, so dass sich aufgeprägte magnetische Merkmale ergeben.
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Der Rotor 15 kann einen integral einheitlichen Körper ausbilden und etwa ein im Spritzgussverfahren hergestellter Kunststoffkörper mit eingelagerten Metallteilchen sein. Ein scheibenweiser Aufbau ist nicht erforderlich. Durch die Halbachmagnetisierung im Fertigungsprozess sind die magnetischen Feldlinien im Rotor 15 auch ohne gesonderten Rückschlusskörper geschlossen. Mit dem einstückigen Aufbau ist auch eine sehr kostengünstige Lösung erreicht. Auch ist eine Außenbearbeitung im Gegensatz zu zusammengesetzten Rotoren entbehrlich. Monolithische Magnetringe mit bogenförmiger Magnetisierung können direkt in dem flüssigen Medium eingesetzt werden, da sie korrosionsstabil sind. Da auch kein Körper für einen magnetischen Rückschluss erforderlich ist, muss dieser nicht vor dem unter Umständen abrasiven Fördermedium geschützt werden.
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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,
- Q
- Querrichtung,
- V
- Vorderseite der Geschirrspülmaschine,
- 11
- Geschirrkorb,
- 12
- Sockel,
- 13
- Pumpeinrichtung,
- 14
- Elektromotor,
- 15
- Rotor,
- 16
- Förderorgan,
- U
- Umfangsrichtung,
- 17
- fördernde Ansätze,
- 18
- Welle,
- 19
- Stator,
- 20
- Durchgangsöffnungen,
- 21
- Grundkörper,
- 22
- Heizmantel,
- 23
- auf der Welle haltende Mittel,
- 24
- Halterungen,
- 25
- Spitze
