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Die
Erfindung betrifft einen Kunststoff-Laugenbehälter für eine Waschmaschine oder einen Trockner,
in dem eine antreibbare Trommel mit einer im wesentlichen waagerechten
Welle lagerbar ist, umfassend eine Wandung mit mindestens einer Stirnwandung,
die einstückig
mit mehreren radial und konzentrisch verlaufenden Verstärkungsrippen
versehen ist, die Lager einen Sitz in einem Gehäuse haben, das in der Stirnwandung
formschlüssig
angeordnet ist sowie die spezielle Verwendung eines GFK-Polyamid für Lager
einer Trommel in Waschmaschinen oder Trocknern.
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Ein
Laugenbehälter
dieser Art, der eine drehende Trommel für die zu behandelnde Wäsche umschließt, besteht
in der Regel aus einem Zylinder mit einer im wesentlichen waagerechten
Achse, der einen Mantel und zwei Stirnwandungen aufweist. Bei den
Frontladern ist die Öffnung
zum Einfüllen
und Entnehmen der Wäsche
an der vorderen Wandung des Laugenbehälters vorgesehen, während die
Sitze für
die Lager der Trommelwelle in der rückseitigen Wandung eingebaut
sind; bei den Topladern ist die Öffnung
für die
Wäsche
am Mantel vorgesehen und die Lager sind vorzugsweise an der vorderen
und rückseitigen
Wandung angeordnet.
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Die
Lebensdauer einer Waschmaschine beträgt in der Regel 10 bis 20 Jahre.
Daher muss ein Laugenbehälter
so ausgelegt sein, dass er für
eine solche lange Zeitdauer funktionale Anforderungen wie Haltbarkeit
gegenüber
den von der Trommel übertragenen
mechanischen Beanspruchungen, Wasserdichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit
erfüllt.
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Ferner
muss der Laugenbehälter
sowohl in streng technischer wie auch wirtschaftlicher Hinsicht zweckmäßig in der
Herstellung sowie zum Recycling geeignet sein, wenn die Waschmaschine
das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat.
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Aus
der
DE 298 21 140
U1 ist die Verwendung eines Laugenbehälters, der durch Spritzpressen
aus Kunststoff hergestellt wird, bekannt. Er wird in hoch automatisierten
Herstellungsprozessen gefertigt und gestattet auch ein Recycling.
Ein Laugenbehälter
dieser Art wird unter Verwendung eines einzigen Kunststoffes hergestellt,
abgesehen von den Verbindungsschrauben zwischen seinen verschiedenen
Teilen und einigen. Einsatzteilen wie die Wasserdichtungsringe und
die Sitze für
die Lager der Trommelwelle.
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Damit
der Laugenbehälter
angemessen stabil ist, ist die Wandung mit dem Sitz für die Lager nicht
eben, sondern weist mit der Wandung einstückige Verstärkungselemente auf, die beim
Spritzgießen hergestellt
werden. Als Material wird mit Glasfasern verstärktes Polypropylen verwendet,
wobei die Verstärkungselemente
sowohl als radial angeordnete und konzentrisch um eine Lagernabe
sich erstreckende Rippen mit Kreuzungsstellen gestaltet sind.
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Diese
bekannte Konstruktion des Laugenbehälters reicht allein nicht aus,
starken und komplizierten Biege-Drehbelastungen wie die, die bei
den modernsten Maschinen auftreten, bei denen die Schleudergeschwindigkeit
der Drehtrommel sogar über 1500
Umdrehungen pro Minute bei einer Nutzlast an Wäsche von mehr als 5 kg betragen
kann; es treten Unwuchten auf. Diesen begegnet man mit einer integral
eingespritzten Lagernabe aus Metall, während man andererseits zur
Gewichtsersparnis rund um die Lagernabe Rücksprünge in die Wandung einbringt.
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Mit
der
EP 0 219 115 B1 wurde
vorgeschlagen, in eine Nabe aus Glasfaser verstärktem Polyester eines Plastikwaschbehälters notwendige
Kugellager und deren Distanzringe in einem mehrschrittigen wiederholten
Spritzgießverfahren
integral in den Waschbehälter
einzubringen. Dieses Herstellverfahren ist naturgemäß aufwändig und
kostspielig.
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Einen
Zwischenweg weist die Druckschrift
DE 100 40 319 C1 bei der ein Laugenbehälter mit
Nabe, ein darin integral eingespritztes erstes Kugellager und ein
weiteres Kugellager aufweist, eingesetzt in ein Teil-Lagergehäuse, welches
durch Kleben oder Schweißen
mit der Nabe verbunden wird.
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Für Toplader
ist aus dem DE-Gebrauchsmuster
G
80 24 841.5 bekannt, in einer Behälterwandung aus Glasfaser verstärktem Polypropylen
für Kugellager
ein Lagergehäuse
mit Buchse und Anlagebund aus Glasfaser verstärktem Polypropylen, Polyacetal
oder Polyamid mittels Bajonettververschluss formschlüssig anzuordnen. Ähnlich ist
die Gestaltung gemäß der Druckschrift
DE 31 42295 A1 ,
wobei hier das Kugellager in das Gehäuse eingepresst wurde.
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Da
in beiden Fällen
die exzentrisch gestalteten Lagergehäuse verdrehbar sind, um die
Riemenspannung des Drehantriebes einzustellen, hat das Lagergehäuse entsprechendes
Spiel und ist auch wegen der sonstigen Vielzahl von Befestigungsteilen für die Drehwelle
und die Trommel nur bedingt dauerstandsfest.
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Ausgehend
vom zuerst genannten Stand der Technik, liegt der Erfindung das
Problem zugrunde, einen verbesserten Laugenbehälter für Waschmaschinen oder Trockner
mit Lagerung für
Wälzlager vorzuschlagen,
der einfacher und preiswerter herstellbar ist, aber trotzdem die
genannten höchsten funktionalen
Leistungen gewährleistet
und sowohl für Frontlademaschinen
als auch für
Toplademaschinen geeignet sind.
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Das
Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale der Ansprüche
1 und 8. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Bei
einem gattungsgemäßen Laugenbehälter umfassen
die Merkmale erfindungsgemäß in einer
ersten Lösung
eine Stirnwandung im Bereich des Gehäuses, die einstückig mit
mehreren konzentrisch zur Achse der Welle der Trommel und mehreren
radial von der Achse weg sich erstreckenden Verstärkungsrippen
versehen ist, die der Abstützung
eines z.B. mittels Schrauben an der Stirnwandung befestigbaren,
separat gefertigten Gehäuses
für die
Aufnahme von mindestens einem Wälzlager
dienen. Teile des Gehäuses
sollen vorzugsweise pressend/unter Reibschluss/ eingeschrumpft an
mindestens Teilen der Rippen, an einer konzentrischen Rippe unter Ringspannung,
anliegen.
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Die
Außenseite
des Gehäuses
und die komplementär
ausgebildete Verstärkungsrippe
der Stirnwandung im Durchbruch für
den Sitz der Trommelwelle sollte mindestens im Bereich des Sitzes
des Wälzlagers
bzw. des Buchsenteiles eine Presspassung bilden, sodass eine hervorragende
Kraftübertragung
von der Trommelwelle über
die Lager und das Gehäuse
zur Stirnwandung möglich
ist.
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Die
konzentrischen und die radialen Verstärkungsrippen haben im Bereich
des Gehäuses
Kreuzungspunkte, in denen sich auf mindestens einer der konzentrischen
Verstärkungsrippen
mindestens drei oder mehr, wenn die Belastung oder die Verformungswiderstandsfestigkeit
des Gehäuses
dies erfordert, Durchgangslöcher
für Schrauben
befinden, die das Gehäuse
durchgreifend in die Stirnwandung eingeschraubt werden und so das
Gehäuse
neben dem Reibschluss durch Presspassung axial fixieren, während es
radial formschlüssig
durch die konzentrische Rippe gehalten wird.
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Der
Kunststoff-Laugenbehälter
sollte aus weicherem und preiswerterem Material als das Gehäuse bestehen,
vorzugsweise aus Glasfaser verstärktem
Polypropylen, während
das Gehäuse
aus mit etwa 40–70%iger
Füllung
an Glasfasern verstärktem
Polyamid, vorzugsweise Nylon mit mindestens 50% Glasfaser-Füllung, besteht.
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Die
zweite Lösung
der Erfindung betrifft die Verwendung von mit mindestens 50% Glasfaser-Füllung verstärktem Polyamid
mit einer Zugfestigkeit von größer 150
N/mm2 für
separat im Spritzguss hergestellte und in eine Stirnwandung eines
Laugenbehälters
aus weicherem Kunststoff pressend einsetzbares Lagergehäuse für darin
pressend einsetzbare Wälzlager
einer Welle einer antreibbaren Trommel in einer Waschmaschine oder
einem Trockner. Das Lager wird vorzugsweise vormontiert, bevor das
Gehäuse
pressend in den Laugenbehälter
montiert wird.
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Zur
näheren
Erläuterung
dieser Merkmale sowie ihrer Vorteile gegenüber dem nächstliegenden Stand der Technik
wird eine Ausführungsform
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
der rückseitigen
Wandung eines Laugenbehälters
aus Kunststoff für
eine Topladewaschmaschine;
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2 eine Ansicht des gleichen
Teils des Laugenbehälters
von 1 zeigt, jedoch
mit eingefügtem
Lagergehäuse;
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3 eine Ansicht ähnlich 1, 2, jedoch mit Teilschnitt durch die zur
Montage vorpositionierten Teile.
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Im
Folgenden werden identische Bezugszeichen für identische oder gleichwirkende
Funktionsteile verwendet.
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1 zeigt an einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen Abschnitt eines Laugenbehälters, eine Stirnwandung 1 mit
dem Lagerungsbereich für
die Welle einer Waschtrommel oder Trocknertrommel. Bei Frontladern
hat man eine derartige Stirnwand in der die Trommelwelle zweifach
gelagert ist, während
bei Topladern zwei beidseits der Trommel angeordnete Stirnwände des
Waschbehälters oder
auch Laugenbehälters
mit je einem Lager, vorzugsweise einem Wälzlager, in der Regel Kugellager, für die Welle
augestattet sind.
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Die
nicht dargestellte Welle mit Achse 7 ist in dem Durchbruch 71 angeordnet.
Der Durchbruch ist erfindungsgemäß mit konzentisch
angeordneten Verstärkungsrippen
oder inneren Ringen 2, 3, 4, 5 sowie bei
Bedarf und entsprechender Belastung auch mit weiteren Rippen wie
Rippe 6 (3)
versehen.
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Ausgehend
von der Rippe 5 erstrecken sich radial Verstärkungsrippen 8, 10, 12, 14, 16 über die Stirnwandung.
Jede dieser Rippen 8, 10, 12, 14, 16 bildet mit
der mittleren konzentrischen Verstärkungsrippe 3 einen
Kreuzungspunkt. In mindestens drei dieser Kreuzungspunkte ist eine
Bohrung 31–36 mit Gewinde
eingebracht für
die Aufnahme einer nicht dargestellten Befestigungsschraube für ein Lager-Gehäuse 100 (2). Diese Bohrungen sind nach
Art eines Schraubdomes ausgebildet und erstrecken sich vorzugsweise über den
größten Teil
der Rippentiefe (3).
Weitere die Wandung verstärkende
Rippen 11 erstrecken sich von der äußersten konzentrischen Verstärkungsrippe 4 nach
radial außen.
Ein oder mehrere Teile einer konzentrischen Rippe, hier Verstärkungsrippe 3,
weisen einen Montagenippel 30 auf für ein zielgenaues Positionieren des
Lager-Gehäuses.
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2, 3 zeigen das als Buchse 102 mit
Bund 101 ausgebildete Gehäuse 100 für ein Wälzlager 23 im
Vormontagezustand in Sollposition. Bei Frontladern wären hier
zwei Lager mit Abstand zueinander angeordnet, in denen die Welle
gelagert ist, die die Trommel fliegend hält. Das Gehäuse ist durch Montagenippel 30,
welcher in eine Öffnung 130 des
Gehäuses
ragt, exakt positioniert. Ausnehmungen 111–116 dienen
der Gewichtsersparnis und der erhöhten Flexibilität des Bundes 101,
der durch Schrauben festgelegt wird, eingesetzt in die Löcher 132–136,
von denen mindestens drei am Umfang des Bundes des Gehäuses 100 angeordnet
sind. Die Löcher
fluchten mit entsprechenden Gewindebohrungen 32–36 in
der Stirnwandung 1. Beim schraubenden Fixieren stützt sich
der Bund auf den Rippenteilen 161, 162 der Rippe 16 und
der anderen Rippen neben den Bohrungen 32–36 ab.
Eine weitere indirekte Abstützung
findet das Gehäuse 100 am
Ende des Buchsenteiles 102 auf der Rippe 2, wobei
zwischen dem Ende 106 der Buchse und der Rippe 2 eine
Dichtscheibe 21 und ein O-Ring oder eine andere Dichtung 22 angeordnet
sind.
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Die
Buchse 102 ist durch Schrumpfen in die auf beispielsweise
70°C erwärmte Stirnwandung 1 eingesetzt,
sodass sie sich an der Rippe 2 vielfach unter Ringspannung
anlegt, bevor die nicht dargestellten Schrauben das in radialer
Richtung nun unbewegliche Gehäuse
formschlüssig
in axialer Richtung fixieren. Anstelle des Schrumpens ist auch ein mechanisches Einpressen
des Gehäuses
oder ein kombiniertes Erwärmen/Schrumpfen
und Einpressen möglich.
Entscheidend ist dabei die vom Fachmann gewählte Materialkombination, deren
Festigkeit und Dehnfähigkeit.
Letztlich wird das Lager 23 mit seinem Außenring
in Presspassung, hergestellt wie bei der Buchse beschrieben, zur
Buchse 102 in den Durchgang 71 für die Welle
der Trommel eingebracht. Dazu ist die Wandstärke der Buchse entsprechend
dick gestaltet, während
der Bund 101 für
das effektive Verspannen des Gehäuses
dünner,
flexibler gestaltet ist. Aus herstelltechnischen Gründen sind
zwischen Bund und Buchse des Gehäuses 100 leichte
Radien angebracht und der Winkel zwischen der Bundoberfläche und
der Buchseninnenfläche 105 kann
geringfügig
größer als
90° sein.
Der Flanken-Winkel der Fläche 105 und
der Oberfläche
der Rippe 5 soll identisch sein. Die leicht schräge Flächenanordnung
erleichterrt das Ausformen der Teile aus Spritzgussformen in denen
sowohl das Gehäuse 100 als
auch die Strirnwand 1 spritzgegossen werden und das Einpressen
der Teile ineinander bzw. des Lagers 23 in die Buchse 102.
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Als
Material für
das Gehäuse
wird ein gegenüber
der Stirnwandung härterer
und steiferer Kunststoff verwendet. Versuche haben ergeben, dass
fpür das
Gehäuse 100 ein
Polyamid am besten geeignet ist, wobei dem Kunststoff etwa 50%,
generell 40–70%
Glasfasern zur Verstärkung
beigemischt sind. Das Material läßt sich
durch Spritzgießen
gut verarbeiten. Das verwendete Polyamid, ein Nylon oder ähnliches,
ist als Rohprodukt von der Firma ASAHI KASAI, Hampshire, UK unter
Produktbezeichnungen wie Thermofil, Typen 90G50 oder AMC 50 bzw
AMG 50 erhältlich.
Entgegen üblichen
Zugfestigkeiten für
PA-Baustoffe von 15–75
N/mm2 weist dieser PA 66 eine Zugfestigkeit
von etwa 200 N/mm2 auf.
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Die
Konstruktion gemäß der Erfindung
war im Dauerversuch unter Praxisbedingungen in einer Waschmaschine
bisherigen Konstruktionen weit überlegen.
Die Vorteile der beschriebenen Konstruktion können wie folgt zusammengefasst
werden:
Die gitterartige Struktur im Lagerungsbereich, die durch
die konzentrischen Rippen gebildet wird, die sich mit den radial
verlaufenden Rippen kreuzen, ist robust genug, um allen mechanischen
Beanspruchungen standzuhalten, die während des Betriebs der Waschmaschine
von der Drehtrommel auf den Laugenbehälter übertragen werden. Entscheidend
ist wohl die direkte Krafteinleitung von der Trommelwelle über das
eingepresste Kugellager, über
das eingepresste und verschraubte, also reib- und formschlüssig befestigte,
Gehäuse
in die Stirnwand des Laugenbehälters.