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Wasch- oder Reinigungsmaschine mit elektrischem Antrieb Die Erfindung
betrifft eine Wasch- oder Reinigungsmaschine mit einem Maschinengehäuse und einer
innerhalb des Maschinengehäuses drehbaren Trommel, sowie einem elektrischen Antrieb
für diese Trommel.
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Herkömmliche Wasch- oder Reinigungsmaschinen weisen sum Antrieb einen-
Elektromotor auf, der als kompakte und für sich allein betriebsfähige Baueinheit
mit einem Ständer un einem darin gelagerten Läufer ausgeführt ist. Um dio Herstellungskosten
der Wasch- oder Reinigungsmaschine zu senken, ist man bedacht, den Elektromotor
in seiner Leistung möglichst knapp zu dimensionieren, da dessen Kosten, insbesondere
bei größeren Wasch- oder Reinigungsmaschinen, besonders hoch zu Buch schlagen. Die
Belastung des Elektromotors hängt weitgehend vom Gewicht und der Verteilung der
Trommelfüllung ab. Auf die Trommel ausgeübte Fliehkrafte führen insbesondere beim
Ablauf zu erheblichen zusätzlichen Belastungen des Elektromotors.
Es
treten Spitzenbelasungen auf, die um Größenordnungen höher liegen als die Belastung
des Elektromotors bei Nennbetrieb. Bekannte Ausführungsformen von Wasch- oder Reinigungsmaschinen
sind deshalb mit umfangreichen elektrischen Sicherungseinrichtungen zum Überlastungsschutz
der herkömmlich ausgefährten Elektromotoren versehen.
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Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, den Antrieb einer Wasch-oder
Reinigungsmaschine so auszubilden, daß er den speziellen Verhältnissen des Leistungsbedarfs
und den besonderen Raumformgegebenheiten einer Wasch- oder Reinigungsmaschine optimal
anpaßbar ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Wasch- oder Reinigungsma.schille
der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß unter Verzicht auf einen als kompakte
Baueinheit mit einem Ständer und einem darin gelagerten Läufer ausgeführten Elektromotor,
ein Wirbelstromläufer mit der Trommel drehmomentschlüssig verbunden und unter Vermittlung
der Trommellagerung ausschließlich gelagert ist und daß in Induktionsstellung gegenüber
dem Wirbelstromläufer ortsfest mindestens zwei Elektromagnete angeordnet sind, welche
in Umfangsrichtung des Wirbelstromläufers gegeneinander versetzte, zeitlich phasenverschobene
magnetische Wechselfelder erzeugen. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, keinen handelsiiblichen
und nur wenig über seine Nennbelastung hinaus belastbaren Elektromotor verwenden
zu müssen. An die Stelle komplizierter und empfindlicher Wicklungen des Elektromotors
treten einfach konstruierte Elektromagnete, deren Spitzenbelastbarkeit wesentlich
höher als die Belastung bei Nennbetrieb ist.
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Die Drehgeschwindigkeit und der Drehsinn des Wirbelstromläufers ist
auf einfache Weise durch die Größe und die Ph senverschi.ebung der durch die Elektromagnete
erzeugten magnetischen Wechselfelder gesteuert. Damit entfällt ein Getriebe zur
Übertragung des Drehmoments vom Antrieb auf die Trommel.
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Die Kühlung und Wärmeableitung des Wirbelstromläufers und der Elektromagnete
ist einfach, da der Antrieb nicht räumlich kompakt ausgebildet sein muß, Vorzugsweise
bilden die Elektromagneten einzeln ein- ausbaubare Baueinheiten.
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In einer Ausführungsform ist die Was oh.- oder Reinigungsmaschine
so ausgebildet, daß die Elektromagneten mit einem Ein-Phasen-Wechselstrom gespeist
sind und daß zur Erzeugung der seitlichen Phasenverschiebung der durch die beiden
Elektromagneten erzeugten magnetischen Wechselfelder in dem Versorgungskreis mindestens
eines dieser Elektromagneten ein Phasenschieber liegt. Diese Ausführungsform eignet
sich insbesondere für kleinere Wasch- oder Reinigungsmaschinen, etwa für eine Haushalts-Waschmaschine.
In einfachen Ausführung umfaßt der Phasenschieber einen Koldensator.
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Erheblich größere Antriebsleistungen als in der letztgenannten Ausfährungsform
lassen sich erz,i.clen, wenn mindestens eine Gruppe von Grei in Umfangsrichtung
des Wirbelstromläufers gegeneinander versetzte, vorzugsweise gleichmäßig über den
Umfang des Wirbelstromläufers verteilten Elektromagneten vorgesehen ist, deren einzelne
Elektromagneten an die Phasen einer Drehstromversorgung in Stern- oder Dreiecksschaltung
angeschlossen sind.
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Besonders hohe Drehmomente Lassen sich erzeugen, wenn der Wirbelstromläufer
zwei entgegengesetzt gerichtete, frei liegende Läuferflächen aufweist und wenn gegenüber
beiden Läuferflächen Elektromagnete angeordnet sind, insbesondere dann, wenn ein
Elektromagnet zwei, je einer Läuferflache gegenüberstehende Polschuhe aufweist,
da in diesem Fall der magnetische Fluß durch den Wirbelstromläufer besonders groß
ist.
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Einfache Ausführungsformen des Wirbelstromläufers sind eine Ringscheibe
oder ein Hohlzylinder. Schließlich ist es auch denkbar, daß der Wirbelstromläufer
von einem notwendigen Konstruktionsteil der Trommel gebildet ist.
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Um Dichtprobleme zu vermeiden oder zu verringern, empfiehlt es sich,
die Wasch-'oder Reinigungsmaschine so auszubilden, daß der Wirbelstromläufer innerhalb
des I'laschinengehäuses angeordnet ist. Dies ist ohne wesentlichen zusätzlichen
Bauaufwand und ohne wesentliche Volumenvergrößerung tWr das Maschinengehäuse möglich,
weil der Platzbedarf fUr den Wirbelstromläufer gering ist. Die Geringhaltung des
Gehäusevolumens ist speziell bei Reinigungsmaschinen notwendig, im Hinblick auf
die beim Öffnen des Maschinengehäuses swangsläufig eintretenden Reinigungsmitteldapfverluste
durch Freigabe des Dampfinhaltes an die Atmosphäre, Verluste, die proportiqnal dem
Gehäusevolumen sind.
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Eine korrosionsverhindernde Kapselung der Elektromagnete entfällt,
wenn diese wenigstens zum Teil außerh des Maschinengehäuses angeordnet sind. Weisen
die Elektromagneten Polshuhe auf, welche das Maschinengehäuse durchdringen, und
einen Teil der Gehäusewand bilden, so lassen nich die Polschuhe zur Brhöhung der
Induktionswirkung nahe an den Wirbelstromläufer heranführen.
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Das an der Trommel angreifende Drehmoment ist umso größer, je größer.
der Abstand der von den Elektromagneten erzeugten Wechselfelder von der Drehachse
ist. Der konstruktiv vorgesehene Durchmesser der Trommel wird bei Ausführung dbll
Wirbelstromläufers als Ringscheibe vorteilhaft ausgenützt, wenn die Ringscheibe
am Mantel der Trommel befestigt und von einer eine radial nach außen gerichtete
Fortsetzung des Maschinengehäuses bildenden Ringseheide aufgenommen ist.
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Bei Ausbildung des Wirbelstromläufers als Hohl zylinder, sitzt der
Hohl zylinder zweckmäßig an einer Stirnwand der Trommel an und ist von einem eine
axiale Fortsetzung des Maschinengehäuses bildenden Ringzylinder aufgenommen.
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Das an der Trommel angreifende Drehmoment ist umso größer, je höher
die im Wirbelstromläufer induzierten Wirbelströme sind. Um die hierbei entstehende
Verlustwärme niedrig zu halten, besteht der Wirbelstromläufer vorzugsweise aus einem
Werkstoff mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 4 x 10-6 ##cm. Die entstehende
Verlustwärme wird besonders gut abgeleitet, wenn der Werkstoff eine Wärmeleitzahl
von wenigstens 80 kcal/mtht0 hati Der Wirbelstromläufer besteht vorzugsweise aus
Kupfer oder Aluminium.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von- Zeichnungen naher erläutert
werden. Hierbei zeigt: Fig. 1 eine schematische. Schnittansicht einer Wasch- oder
Reinigungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Antrieb; Fig. 2 eine schematische
Schnittansicht entlang der Schnittlinie lI-II aus Fig. 1; Fig. 5 eine Schaltungsanordnung
zum Anschließen der Spulenwicklungen an eine Drehstromversorgung; Fig. 4 eine Schnittansicht
einer anderen Ausführungsform des Antriebs; Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zum
Anschließen der Spulenwicklungen des Antriebs nach Fig. 3 an ein Ein-Phasennetz,
Fig. 6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Antriebs; und Fig.
7 einen die Achse enthaltenden Schnitt nochmal einer anderen Ausführungsform.
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In Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Wasoh-oder Reinigungsmaschine
dargestellt. Ein Maschinengehäuse 2 umschließt eine um eine Drehachse 4 drehbar
gelagerte zylinderförmige Trommel 6. Die Trommel 6 ist in Führungsrollen 8 gelagert,
die zwar eine Drehbewegung, jedoch keine axiale Bewegung der Trommel 6 zulassen.
Eine Beschickungstiere 10 an einer Stirnseite der Trommel 6 ermöglicht das FUllen
der Trommel 6 mit Wasch- oder lleinigungsgut. Am Mantel der Trommel 6 ist rotationssymmetrisch
zur Drehachse 4 ein Wirbelstromläufer 12 angebracht. Der Wirbelstromläufer 12 hat
die Form einer Kreisringscheibe, die auf einem Nabenteil 14 sitzt. Bei Rotation
der Trommel 6 bewegt sich der Wirbelstromläufer 12 zwischen den Polschuhen 16 von
drei Elektromagneten 18 hindurch. Die Polschuhe 16 sind die Enden eines Eisenkerns
20, auf den zwei in Serie geschaltete Spulenwicklungen 22 aufgebracht sind. Der
Wirbelstromläufer 12 ist von einer Ringscheide 24 umschlossen, die von einer radial
nach außen gerichteten Fortsetzung des Maschinengehauses 2 gebildet ist. Die Elektromagnete
18 sind außerhalb des Naschinengehäuses 2 angeordnet, wobei die Polschuhe 16 durch
die Ringacheide 24 in das Innere des Maschinengehäuses ragen.
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Wie in der in Fig. 2 dargestellten schematischen Schnittansicht entlang
der Schnittlinie II-II aus Fig. t dargestellt ist, sind die drei Elektromagnete
18 gleichmäßig Uber den Umfang des Wirbelstromläufers 12 verteilt angeordnet. Die
Spulenwicklungen 22 der Elektromagnete 18 sind, wie in Fig 3 dargestellt, an die
Phasen einer Drehstrot:wersorgung R, S, T angeschlcssen. Der durch die Spulenwicklungen
22 fließende Wechselstrom erzeugt zwischen den Polschuhen 16 der Elektromagnete
18 ein sich änderndes I'iagn£tf(-ld. Das sich ändernde Magnetfeld induziert im Wirbelstromläufer
12 ein Magnetfeld, das aufgrund des Induktionsgesetzes dem erzeugenden Magnetfeld
entgegenrichtet ist. Da die von dem Phasen der Drehstromversorgung R, S, T gelieferten
Wechselströme gegeneinander
phasenverschoben sind, erzeugen die
Elektromagnete 18 seitlich gegeneinander phasenverschobene Magnetfelder, deren Überlagerung
als rotierendes Wanderfeld erscheint.
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Das rotierende Wanderfeld wirkt auf die im Wirbelstromläufer 12 induzierten
Magnetfelder und versetzt den Wirbelstromläufer 12 in Drehung. Durch Änderung der
Stromstrke des durch die Spulenwicklungen 22 fließenden Wechselstromes kann die
Feldstärke des Magnetfeldes und damit die Drehzahl des Wirbelstromläufers 12 geändert
werden. Durch Umpolen zweier Phasen der Drehstromversorgung R, S, 2 läßt sich die
Drehrichtung umkehren.
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Fig. 4 zeigt eine andere AusfUhrungsform'des Antriebs, hierbei sind
jedoch die Bezugszeichen funktionsgleicher Teile um die Zahl 100 erhöht. Eine wiederum
durch eine BaschickungetUre 110 füllbare Trommel 106 ist init Führungsrollen 108,
die im Bereich des Trommelmantels angreifen, im Maschinengehäuse 102 drehbar gelagert.
An der der 3eschickungstUre 110 entgegengesetzten Stirnseite der zylinderförmigen
Trommel 106 ist ein zylinderförmiger Wirbelstromläufer 112 befestigt. Der Wirbelstromläufer
112 ist wiederum rotationssymmetrisch zur Drehachse 104 und bewegt sich bei Drehung
der Trommel 106 durch die Spalte zwischen den Polschuhen 116 von zwei Eleatromagneten
118 hindurch. Die Spulenwicklungen 122 der Elektromagnete 118 werden von phasenverschobenen
lrechselströmen gespeist und induzieren im Wirbelstromläufer 112 ein Wanderfeld,
das wie oben beschrieben, den Wirbelstromläufer 112 und damit die.Trommel 106 in
Drehung versetzt.
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Fig. 5 zeigt in einem Schaltbild den Anschluß der Spulenwicklungen
122 an ein Einphasennetz. Während die eine Spulen wicklung 122 unmittelbar mit dem
Einphasennetz verbunden ist, erhält die andere Spulenwicklung 122 den Strom über
einen Phasenschieber 126.
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Im Gegensatz zu den in den Figuren 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen,
bei denen die Wirbelstromläufer 12 bzw. 112 von einer scheibenförmigen Fortsetzung
des Maschinengehäuses 2 bzw. 102 aufgenommen wurden, zeigt Fig. 6 eine andere Ausfiihrungsform,
bei der ein erfingungsgemäßer Antrieb eine herkömmliche Wasch- oder Reinigungsmaschine
antreibt. Die Bezugszeichen funktionsgleicher Teile sind gegenitber der AusfUhrungeform
aus Fig. 1 um die Zahl 200 erhöht. Eine Trommel 206 ist an einer der Beschickungstür
210 gegenüberliegenden Stirnseite in einer einem Lager 228 gelagerten Anr triebswelle
230 fliegend befestigt. Eine Dichtung 232 dichtet die Durchführung der Antriebswelle
230 durch daß Maschinengehäuse 202 ab. Der Wirbelstromläufer 212 ist kreisscheibenförmig
ausgebildet und außerhalb des Maschinengehäuses 202 mittels einer Nabe 214 an der
Antriebswelle 230 befestigt.
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Der Antrieb des Wirbelstromläufers 212 erfolgt wie in den Ausführungsformen
der Figuren 1 und 4 mit Hilfe von Elektromaneten 21S, die am Umfang des Wirbelstromläufers
212 versetzt angeordnet sind und mit zeitlich phasenvenverschobenen Wechselströmen
gespeist werden.
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Da das erzeugte Drehmoment von der Größe der induzierten Wirbelströme
abhängt, soll der Wirbelstromläufer aus einem Material mit möglichst kleinem spezifischem
Widerstand, vorzugsweise kleiner als 4 x 10-6 ##cm bestehen.Um die durch Wirbelströme
erzeugte Verlustwärme ableiten zu kdanen, ißt ein Material mit einer Wärmeleitzahl
Von wenigstens 80 kcal/ m r h, o vorteilhaft. Der Wirbelstromläufer 12 ist vorzugsweise
aus Kupfer oder Aluminium hergestellt.
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In der Ausfühuhrungsform nach Fig. 7 sind funktionsgleiche Teile mit
gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Darstellung nach Fig. 1, jedoch vermehrt
um die Zahl 300.
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Auf der von der Beschickungstür 310 abgelegenen Stirnwand 340 des
Gehäuses 302 ist eine Gruppe von Stabmagneten 318 befestigt, welche die Stirnwand
340 durchdringen. Diese Stabmagnete 318 bestehen aus Bisenkernen 320, die mit T?!ick
lungen 322 bewickelt sind. An den von dem Gehäuse 302 abgelegenen Enden der Stabmagnete
320 liegen diese an einer gemeinsamen Platte 342 aus ferromagnetischem Werkstoff,
z. -B.
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einer Weicheisenplatte an. Innerhalb des Gehäuses 302 stehen die Elektromagnete
320 einer Wirbelstromläuferscheibe 312 gegenttber, die unter Vermittlung einer Weicheisenscheibe
344 an der Stirnwand 346 der Trommel 306 befestigt ist.
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Die Elektromagnete 320 bilden zusammen mit der Weicheisenscheibe 342
und der Weicheisenscheibe 344 einen geschlossenen magnetischen Kraftfluß, welcher
die aus Kupfer oder Aluminium bestehende Wirbelstromläuferscheibe dursetzt.
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Die Elektrobeschaltung der Elektromagnete 318 kann genauso sein, wie
etwa in den Piguren 1 und 3 dargestellt, also so, daß drei mit gleichen Winkelabständen
über den Umfang verteilte Elektromagnete mit den drei Phasen eines Drehstromnetzes
beaufschlagt sind. Auch der Wirkungsmechanismus liir die Inbetriebsetzung des Antriebs
ist der gleiche wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach den Figuren 1 und
3 beschrieben.