Kunststoff-Laugenbehälter für eine Waschmaschine oder einen
Waschtrockner
Die Erfindung geht aus von einer Waschmaschine mit einem Gehäuse und einem darin federnd aufgehängten Waschaggregat, wobei das Waschaggregat einen zylindrischen
Kunststoff-Laugenbehälter beinhaltet, eine darin drehbar gelagerte Wäschetrommel, deren Achse eine im Wesentlichen waagerechte Ausrichtung aufweist, und einen Antriebsmotor, der die Wäschetrommel direkt oder unter Vermittlung einer Riemenscheibe von außen antreibt. Zur Lagerung der Trommelwelle weist die Stirnseitenwand des Laugenbehälters eine Lageraufnahme auf.
Beim Betreiben der Waschmaschine, insbesondere beim Schleudern, treten enorme Dreh- und Biegekräfte auf, die von der drehbeweglichen Wäschetrommel erzeugt auf den Laugenbehälter übertragen werden. Die Belastung des Laugenbehälters steigt mit der Größe der Trommel und der Beladungsmenge. Die Dynamik der auf den Laugenbehälter wirkenden Kräfte ist abhängig von der Drehzahl der Wäschetrommel, die Krafteinwirkung auf die Laugenbehälter verstärkt sich insbesondere beim Trommelhochlauf. Bei den von vorn beschickbaren Waschmaschinen ist die Trommel einseitig gelagert. Bei diesen als Frontlader bekannten Waschmaschinen müssen die von der Wäschetrommel übertragenen Biege- und Drehkräfte von der Lageraufnahme in der Stirnseitenwand des Laugenbehälters aufgenommen und großflächig auf diese übertragen bzw. verteilt werden. Die Anforderungen bzgl. der mechanischen Festigkeit sind bei diesem Waschmaschinentyp besonders hoch. Die Konstruktion eines solchen Laugenbehälters muss eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um allen Belastungen auf Dauer standhalten zu können, wobei für die Konstruktion des Laugenbehälters zu berücksichtigen ist, dass die mechanische Beanspruchung im Bereich der
Lageraufnahme am höchsten ist und sich von der Lageraufnahme ausgehend über die Stirnseitenwand hin zum Behältermantel verringert.
Geht man davon aus, dass die Lebensdauer einer Waschmaschine mehr als 10 Jahre beträgt, muss ein Laugenbehälter so ausgelegt sein, dass er über eine derartig lange Zeitdauer alle funktionalen Anforderungen erfüllen kann, insbesondere hinsichtlich der
Haltbarkeit gegenüber den von der Trommel übertragenen mechanischen
Beanspruchungen, sowie hinsichtlich der Wasserdichtheit und der Korrosionsbeständigkeit.
Ferner muss von einem modernen Massenprodukt wie den Waschmaschinen gefordert werden, dass deren einzelne Baugruppen, wie im vorliegenden Falle der Laugenbehälter, nicht nur den funktionalen Anforderungen genügen muss, sondern sie müssen auch wirtschaftlich in der Herstellung sein sowie problemlos beim Recycling, wenn die Waschmaschine das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat.
Damit der Laugenbehälter angemessen stabil ist, sind Kunststofflaugenbehälter für Waschmaschinen entwickelt worden, bei denen zusätzliche stabilisierende Mittel insbesondere für die Stirnseitenwand und die Lageraufnahme eingesetzt werden. Aus dem Stand der Technik sind als Stabilisierungsmittel Stege bzw. Rippen oder ein im Kunststoff der Stirnseitenwand integriertes Lagerkreuz aus Metall bekannt. Kunststofflaugenbehälter mit einem im Kunststoff der Stirnseitenwand integrierten metallischen Lagerkreuz sind in der Literatur in vielfältiger Form beschrieben. Es ist bekannt, derartige Kunststoffbehälter so durch Spritzgießen herzustellen, dass in der
Form der Spritzmaschine zuerst das Lagerkreuz angeordnet wird und danach die Spritzung selbst erfolgt. Durch das Umspritzen des Lagerkreuzes wird dessen fester Sitz in der Stirnseitenwand ermöglicht. Ein Kunststoffbehälter mit einem speziell gestalteten Lagerkreuz wird in der Patentschrift DE 10 2005 018 190 B3 beschrieben. Das metallische Lagerkreuz mit der hülsenartigen
Nabe zur Aufnahme der Trommelwelle zeichnet sich durch besonders gestaltete Ausformungen bzw. Profilierungen aus, die den Schmelzfluss der Kunststoffmasse während des Spritzgießens in vorbestimmte Richtungen lenken, so dass sich Bindenähte bilden, die ähnlich wie Rippen dem Laugenbehälter eine zusätzliche Stabilität verleihen. Die Verfahren zur Herstellung von Laugenbehältern mit umspritztem Lagerkreuz sind technologisch aufwändig und kostspielig. Darüber hinaus weist das Spritzgießverfahren auch technisch eine Reihe von Problemen und Nachteilen auf, die sich daraus herleiten, dass Materialien eingesetzt werden, die sehr unterschiedliche Eigenschaften besitzen: Da es sich bei den genannten Laugenbehältern einerseits um einen Behälter aus Kunststoff und andererseits um ein Lagerkreuz aus Metall handelt, wirken sich deren unterschiedliche Materialeigenschaften auf den Abkühlungsprozess nach dem Spritzgießen in nachteiliger Weise derart aus, dass bedingt durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und die unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten es nach dem Umspritzen des metallischen Lagerkreuzes im Laugenbehälter zu erheblichen
Spannungen kommt, die daraus resultieren, dass der Kunststoff beim Abkühlen auf Raumtemperatur schrumpft.
Die Kräfte, die dabei auf das Lagerkreuz einwirken, sind derart groß, dass sich das Lagerkreuz verformen kann. Weiterhin kann es zu Rissbildungen im Kunststoff und zu Ablösungen an den Grenzflächen der beiden unterschiedlichen Materialien kommen.
Nach längerer Betriebszeit kann das zum Verlust der Dichtigkeit des Laugenbehälters und zum Lockerwerden des Lagerkreuzes in der Stirnseitenwand führen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Kunststoff im Inneren des Materials unterschiedlich abkühlt als an der Grenzfläche des Lagerkreuzes. Als Folge bilden sich Mikrolücken zwischen dem Kunststoff und dem Lagerkreuz, was die Verbindung zwischen den Materialien verschlechtert und zu Rissbildungen führen kann.
Alternativ zu den beschriebenen Kunststofflaugenbehältern mit dem in der Stirnseitenwand integrierten Lagerkreuz, sind Laugenbehälter entwickelt worden, deren Stabilisierungsmittel aus Kunststoff bestehen. In der DE 20 2004 012 221 U1 wird beispielsweise ein solcher Laugenbehälter beschrieben. Die hintere Stirnseitenwand des
Laugenbehälters ist mit einer Vielzahl von geraden, steifen Rippen versehen, die in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet sind und ausgehend von der durchgehenden Lageraufnahme, die in der Mitte der hinteren Stirnseitenwand angeordnet ist, radial zum Außenrand der Stirnseitenwand hin verlaufen. Die Rippen sind Bestandteil der Stirnseitenwand, sie werden bei deren Herstellung durch
Spritzgießen mit eingeformt. Das metallische Lagerkreuz als zusätzliches Bauteil entfällt. Durch die dadurch mögliche Vereinheitlichung der Technologie ergeben nicht unerhebliche Rationalisierungspotentiale, die Herstellung des Laugenbehälters ist mit einem technisch und wirtschaftlich erheblich verringerten Aufwand möglich. Bekannt sind auch Laugenbehälter, die im Bereich der Stirnseitenwand zusätzlich zu den radialen Verstärkungsrippen mäander-, stern-, oval-, kreis- oder kugelförmig eingeformte Entlastungsprofile aufweisen. Die Profile sind so gestaltet, dass sie für Kraftverläufe mehrerer Richtungen gut geeignet sind. Derartige Laugenbehälter weisen gegenüber dem zuvor genannten Beispiel eine höhere Festigkeit auf. Nachteilig wirkt sich bei diesen Laugenbehältern aus, das es in den
Kreuzungsbereichen der verschiedenen Entlastungsprofile zu Materialhäufungen kommt, die aufgrund der bereichsweise unterschiedlichen Temperaturgradienten bewirken, dass das Material nach dem Spritzgießen unterschiedlich schrumpft. Die Folge sind Materialspannungen innerhalb der Stirnseitenwand mit der daraus resultierenden Gefahr,
dass es zu Rissbildungen im Material kommen kann und nach längerer Betriebszeit dazu, dass der Laugenbehälter undicht wird.
In der Praxis zeigt sich nun, dass die beschriebenen bekannten Konstruktionen von Laugenbehältern mit Stabilisierungsmittel aus Kunststoff für größere Beladungsmengen und sehr hohe Schleuderdrehzahlen nicht oder nur eingeschränkt einsetzbar sind.
Die Festigkeit eines derartig konstruierten Laugenbehälters an erhöhte Anforderungen anzupassen ist begrenzt. Die Festigkeit des Laugenbehälters kann bis zu einem gewissen Grade gesteigert werden, indem man die Materialstärke der Stirnseitenwand und / oder die darin eingeformten Stabilisierungsmittel höher und stärker auslegt. Dieser Möglichkeit der extensiven Verstärkung der Stirnseitenwand des Laugenbehälters sind relativ enge
Grenzen gesetzt, da es mit einer Verstärkung der Stirnseitenwand und der Entlastungsprofile zu Materialhäufungen kommt, die wie beschrieben zu Spannungen und Rissbildungen führen können und daher zu vermeiden sind. Die Laugenbehälter durch Verwendung festerer Kunststoffe eine erhöhte Festigkeit zu verleihen, ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht geboten, da festere Kunststoffe den
Laugenbehälter wesentlich verteuern.
Bei den modernen Maschinen mit Schleudergeschwindigkeiten der Drehtrommel über 1500 Umdrehungen und einer Beladung von mehr als 8 kg ist mit den bekannten Konstruktionen von Laugenbehältern, die ausschließlich aus Kunststoff gefertigt sind, eine ausreichende Festigkeit für die starken und komplizierten Biege- und Drehbelastungen nicht erreichbar.
Dem Trend zu immer höheren Schleuderdrehzahlen und höherer Trommelbeladung folgend, steigen die Anforderungen an die Stabilität des Laugenbehälters, was die Einsatzmöglichkeit für die bekannten Laugenbehälter weiter einengt. Ausgehend vom genannten Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv verbesserten Laugenbehälter für Waschmaschinen oder Trockner vorzuschlagen, der die genannten funktionalen Leistungen in hohem Maße gewährleistet, wirtschaftlich herstellbar ist, und für alle Waschmaschinentypen insbesondere für Frontlader geeignet ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils nachfolgenden Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander oder mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 angewendet werden können.
Der nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung gestaltete Laugenbehälter zeichnet sich dadurch aus, dass als Mittel zur Verstärkung des Laugenbehälters in die Stirnseitenwand radial ausgerichtete Rippen eingeformt sind, die an der Lageraufnahme beginnend sich entlang ihrer radialen Erstreckung verzweigen in einer dem Y ähnelnde Form. Um die stabilisierende Wirkung der sich verzweigenden radialen Rippen zu erhöhen, sind in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung die Verzweigungspunkte bzgl. ihres radialen Abstandes zur Lageraufnahme unterschiedlich angeordnet und sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Rippen entlang ihrer radialen Erstreckung mehrfach verzweigt. Die Verstärkungsrippen sind gleichmäßig beabstandet und die Verzweigungen der Verstärkungsrippen symmetrisch ausgerichtet.
Mit der vorgeschlagenen Konstruktion ist es möglich eine große Anzahl radial ausgerichteter Rippen in die Stirnseitenwand einzuformen, ohne dass Materialhäufungen auftreten. Die verzweigten radialen Rippen bewirken eine direkte und über die Fläche der Stirnseitenwand gleichmäßig verteilte Krafteinleitung von der Lageraufnahme zum Rand der Stirnseitenwand.
Der erfindungsgemäße Laugenbehälter war im Dauerversuch unter Praxisbedingungen bisher bekannten Konstruktionen überlegen. Der Laugenbehälter ist robust genug, um den mechanischen Beanspruchungen standzuhalten, die bei modernen Waschmaschinen während des Betriebs von der Wäschetrommel auf den Laugenbehälter übertragen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen in Abhängigkeit von der Anzahl und vom gegenseitigen Abstand der radialen Rippen die Höhe, die Breite und / oder die Wandstärke der Verstärkungsrippen sowie die Wandstärke der Stirnseitenwand aufeinander abgestimmt derart auszulegen, dass die Festigkeit der Stirnseitenwand vom Rand zum Lagergehäuse gleichmäßig zunimmt.
Daraus ergibt sich der wesentliche Vorteil, unter Berücksichtigung eines effektiven Materialeinsatzes für jede Trommelgröße einen Laugenbehälter mit der für jeden Einsatzfall erforderlichen mechanischen Festigkeit herstellen zu können. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in die Stirnseitenwand zusätzlich zu den radialen Verstärkungsrippen Querrippen eingeformt, wobei die Knotenpunkte von den radialen Verstärkungsrippen und den Querrippen auf einer Kreislinie konzentrisch zum Lagergehäuse liegend angeordnet sind, d.h. vom Lagergehäuse gleich beabstandet sind. Zwischen den einzelnen Knotenpunkten sind die Querrippen vorteilhafterweise geradlinig ausgeführt. Mit den zusätzlichen Querrippen können verbessert die Biegespannungen
aufgenommen werden.
Fertigungstechnisch ergeben sich bei der Umsetzung der Erfindung keine Probleme. Durch die veränderte Konstruktion muss der Arbeitsablauf bei der Herstellung des Laugenbehälters nicht verändert werden. Der mit der Erfindung verbundene zusätzliche Aufwand beschränkt sich auf die veränderte Formgestaltung der Spritzform. Spezielle
Anpassungen oder Werkzeuge sind nicht erforderlich.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die nachfolgend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert. Dargestellt sind in
Fig. 1 bis 3: drei Ausführungsformen der Stirnseitenwand in Draufsicht von hinten, Fig. 4: eine Stirnseitenwand mit Querrippen,
Fig. 5: eine Stirnseitenwand in Schnittdarstellung entlang der Trommelachse Fig. 1 zeigt eine Stirnseitenwand 3 des Laugenbehälters 1 in der einfachsten Form. Die Radialrippen 4 sind entlang ihrer radialen Erstreckung einfach verzweigt, symmetrisch ausgeführt und haben eine dem Y ähnelnde Form. Alle Verzweigungspunkte 5 sind von der Lageraufnahme 2 gleich beabstandet. Durch den Y-förmigen Übergang sind alle
Radialrippen 4 direkt mit der Lageraufnahme 2 d.h. mit der Lasteinleitungsstelle verbunden. Die direkte Verbindung zur Lageraufnahme 2 gestattet eine effektive Krafteinleitung, Spannungs- und Steifigkeitssprünge werden vermieden. Eine alternative Form der Stirnseitenwand 3 ist in Fig. 2 dargestellt, bei der die Verzweigungspunkte 5 benachbarter Rippen 4 zur Lageraufnahme 2 unterschiedlich beabstandet sind, in der Weise ausgeführt, dass die Verzweigungspunkte 5 auf zwei konzentrischen Kreislinien 7 angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Stirnseitenwand 3 mit Radialrippen 4, die entlang ihrer radialen Erstreckung zweimal verzweigt sind. Die dem Rand der Stirnseitenwand 3 näheren Verzweigungspunkte 5 sind wie im zweiten Beispiel radial versetzt angeordnet.
Mit dieser Ausführungsvariante ist es möglich, auch im Randbereich der Stirnseitenwand 3 gering beabstandete Radialrippen 4 anzuordnen. Stirnseitenwände 3 mit mehrfach verzweigten Radialrippen 4 sind besonders für Laugenbehälter 1 mit einem großen Durchmesser geeignet. Die beiden in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die
Unterschiede in den Abständen benachbarter Radialrippen 4 minimiert werden können, wodurch eine gleichmäßige Kräfteverteilung auf die Fläche der Stirnseitenwand 3 erreichbar ist.
In Fig. 4 ist dargestellt eine Stirnseitenwand 3 mit zusätzlich eingeformten Querrippen 6, deren Knotenpunkte mit den Radialrippen 4 jeweils auf einer Kreislinie 7 konzentrisch zur Lageraufnahme 2 liegend angeordnet sind und einen geschlossenen Ring bilden. Die Anordnung der Querrippen 6 erfolgt so, dass diese eine möglichst hohe Biegung unter Last erfahren. Die Biegung der Stirnseitenwand 3 unter Last wird für jeden
Laugenbehältertyp abhängig von der unterschiedlichen Struktur der Radialrippen 4 experimentell ermittelt. Im Ausführungsbeispiel sind Querrippen 6 in einem Ring eingeformt. Abhängig von der Größe der Wäschetrommel und der Biegung unter Last können mehrere Querrippenringe angeordnet sein. In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laugenbehälters 1 im Schnitt dargestellt. Die Rippenhöhe nimmt von der Lageraufnahme 2 zum Rand hin ab. Die Form der Radialrippen 4 ist entsprechend der Gesamtkonstruktion der Waschmaschine bauraumabhängig gestaltet. Der Absatz 8 im Ausführungsbeispiel dient dazu, die nicht dargestellte Riemenscheibe platzsparend unterzubringen. In dieser zweckmäßigen Ausführungsform ist die Stärke der Stirnseitenwand 3, kenntlich gemacht durch die gestrichelte Linie, am Rand geringer als im Bereich der Lageraufnahme 2 ausgebildet. Die Stärke der Stirnseitenwand 3 zu variieren, ist ein weiteres Mittel die Festigkeit des Laugenbehälters bereichsweise in der gewünschten Weise anzupassen.
Bezugszeichen
1. Laugenbehälter / Mantelfläche
2. Lageraufnahme 3. Stirnseitenwand
4. Verstärkungsrippen
5. Verzweigung / Verzweigungspunkte
6. Querrippen
7. Kreislinie 8. Einformung / Absatz
9. Achse der Wäschetrommel