WO2016142123A1 - Verfahren zum herstellen einer welle für ein haushaltsgerät, welle für ein haushaltsgerät zur pflege von wäschestücken sowie haushaltsgerät zur pflege von wäschestücken - Google Patents

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WO2016142123A1
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shaft
laundry
domestic appliance
household appliance
oxidizing agent
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Tom Weber
Martina Wöbkemeier
Stephan Malcher
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BSH Hausgeraete GmbH
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    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
    • F16C2223/10—Hardening, e.g. carburizing, carbo-nitriding
    • F16C2223/16—Hardening, e.g. carburizing, carbo-nitriding with carbo-nitriding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2340/00—Apparatus for treating textiles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a shaft for a household appliance, a shaft for a household appliance and a household appliance for the care of laundry with such a shaft according to the independent claims.
  • a laundry drum In household appliances for the care of laundry items, especially in front loader washing machines, usually a laundry drum is rotatably mounted on a shaft.
  • the shaft which is also referred to in this context as a drum shaft, in turn, usually mounted on roller bearings relative to the remaining front loader washing machine.
  • a particular challenge is to achieve a reliable sealing of such rolling bearings, to prevent ingress of water, dust and washing liquor in the bearings. The reliable sealing of the bearings thus has a significant impact on the life of such household appliances.
  • WO 2007/098976 A2 describes a so-called wet runner pump, which has a plain bearing.
  • a shaft which is guided in the plain bearing, is coated by means of a PVD process in order to achieve better running properties.
  • a chromium-nitrogen compound is applied.
  • the coating of the shaft can also be effected by means of a CVD method or by electroplating.
  • the shaft is made of stainless steel so that it already has corrosion resistance of its own accord.
  • DE 19 508 085 A1 describes a seal arrangement for a shaft, in which case a corrosion-inhibiting layer of Al 2 O 3 , Cr or a TiN or TeC layer is formed on the shaft by means of a CVD or PVD method. In this case, only partial areas of the shaft are surface-treated. It is the object of the present invention to achieve an increased life of a household appliance, which comprises a shaft which is mounted on roller bearings.
  • the shaft is surface hardened.
  • the shaft is nitrocarburized for surface hardening, whereby a nitrogen and carbon-enriched nitriding layer is formed on the shaft.
  • the nitrocarburizing is carried out in a salt bath.
  • the nitrocarburizing is preferably carried out at a temperature between 170 and 580 ° C for a period of about 1 to 3 hours.
  • a salt bath for example, cyanide and cyanadumble aerated salt melts come into question.
  • the nitrocarbination in a salt bath in particular has the advantages that a particularly short treatment time is sufficient and essentially all iron and iron sintering materials can be treated.
  • a pore content in the compound layer of the nitriding layer of more than 50% can be obtained.
  • the Nitrocabur ist instead of in a salt bath by so-called Gas nitrocaburation or perform by plasma nitrocarburizing.
  • the nitrocabrasion can also be carried out in a plasma or gas process.
  • the shaft is treated after the Nitrocaburleiter with an oxidizing agent.
  • an oxidizing agent By the downstream oxidation treatment, a further increase in the corrosion resistance of the shaft can be achieved.
  • the oxidizing agent hot salt solutions or molten salts containing corresponding oxidizing agent.
  • the oxidizing agent but also, for example, a melt of potassium or sodium nitrite can be used.
  • the treatment with the oxidizing agent is carried out at 400 ° C.
  • the lubricity is additionally increased by the treatment with the oxidizing agent, so that the frictional resistance is reduced at the respective shaft surface.
  • the shaft is treated after treatment with the oxidizing agent for sealing the nitriding layer with an impregnating agent.
  • the impregnating agent used can be both organic and inorganic nature.
  • the seal additionally increases the corrosion resistance of the shaft and also helps to lower the coefficient of friction on the surface.
  • the shaft is completely nitrocaburiert during surface hardening and then completely treated with the oxidizing agent and the impregnating agent. It is therefore preferably no surface hardening of individual areas of the shaft. Although this is possible in principle, it does not make economic sense, since the respective areas must then be covered individually.
  • the shaft has already been completely mechanically processed before the surface hardening and the subsequent process steps, whereby it is taken into account in the mechanical processing that the tolerance dimensions still change due to the surface hardening and the subsequent process steps.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that at least one predetermined functional region of the shaft, in particular for the attachment of a radial shaft sealing ring, is treated with an abrasive agent.
  • said functional area is polished or sandblasted.
  • a post-treatment of the wave can also be carried out by glass bead blasting or lapping blasting with glass beads.
  • an abrasive agent preferably by polishing or sandblasting
  • the surface roughness can be reduced accordingly, so that in particular a radial shaft seal can be mounted directly on the shaft in the relevant functional area and this seals securely.
  • the shaft is produced from the outset with a particularly low surface roughness, for example by superfine turning or surface grinding. As a result, roughening of the surfaces during the nitrocabration process can be reduced to some degree.
  • the shaft according to the invention for a domestic appliance for the care of laundry comprises at least one surface hardened portion, wherein the shaft according to the invention is characterized in that the surface hardened portion comprises a nitrided by Nitrocarburieren with nitrogen and carbon enriched nitride.
  • Advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the shaft according to the invention.
  • the surface-hardened portion has a thickness between 10 and 30 ⁇ .
  • a sufficiently thick surface hardened layer is provided on the shaft, so that the shaft has a particularly long life.
  • the surface hardened portion has a hardness of 500 to 900 HV. Due to this relatively high hardness, the shaft has a particularly long life.
  • the shaft is made of the tempered steel C45E.
  • This tempering steel usually sets the nitrocarburizing the said hardness of 500 to 900 HV. If an even greater hardness is desired, a hardness of more than 900 HV can be achieved by using another steel with a corresponding alloy. Higher hardnesses than 900 HV cause a further positive effect with regard to mechanical abrasion. The increase in hardness has an effect only in the immediate area of the shaft surface.
  • the household appliance according to the invention for the care of laundry items comprises the shaft according to the invention or an advantageous embodiment of the shaft according to the invention.
  • At least one radial shaft sealing ring is arranged directly on the shaft.
  • an additional socket is still mounted on such a shaft on which the radial shaft seal is mounted.
  • a radial shaft seal can also be arranged directly on the shaft.
  • a running surface for a radial shaft sealing ring is formed on the shaft.
  • an improved temperature removal is made possible from the running surface of the shaft to the radial shaft seal.
  • the shaft diameter can be adapted accordingly at the said point, so that radial shaft seals used hitherto in connection with the aforementioned bush can still be used.
  • the relevant shaft segment, which forms the tread for the radial shaft seal is formed with reduced outer diameter, in which case corresponding radial shaft seals are used with reduced diameter.
  • the household appliance is a front loader washing machine.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through an exemplary
  • Fig. 2 is a side sectional view in which a bearing of a shaft of
  • Fig. 3 is a side view of a first embodiment of the shaft.
  • Fig. 4 is a side view of an alternative embodiment of the drum shaft.
  • a household appliance for the care of laundry is shown in a longitudinal sectional view or vertical sectional view, which is a front loader washing machine 10.
  • the front loader washing machine 10 comprises a housing 12 in which a vibration system 14 is arranged.
  • the oscillating system 14 includes a tub 16 of the front loader washing machine 10.
  • the front loader washing machine 10 and the vibrating system 14 include a drum 18 which is rotatably mounted in the embodiment shown here about an axis A, which is oriented horizontally and thus in the x direction ,
  • the drum 18 is designed to receive the items of laundry and surrounded by the tub 16.
  • the drum 18 is via a shaft 20, whose axis is also oriented horizontally and coaxially to the axis A, rotatably mounted.
  • a pulley 22 and a belt 24 are provided, which are drivable via a motor 26, in particular an electric motor.
  • the oscillating system 14 also includes springs 28 and a shock absorber 30.
  • the tub 16 has on its rear or rear wall a supporting star 32, in the center of which are two bearings 34 for the shaft 20 of the drum 18.
  • the front loader washing machine 10 comprises a support star 36 for the drum 18.
  • the support star 36 is arranged for the drum 18 in the direction of the axis A viewed behind a rear wall 38 of the drum 18 and connected to the drum 18.
  • the carrier star 36 is rotatably connected to the shaft 20 so that the drum 18 can rotate within the tub 16 concentric with the bearings 34.
  • the support star 36 for the drum 18 preferably comprises a plurality of unspecified support arms, for example, three support arms which are arranged in the direction of rotation about the axis A equidistant from each other, wherein the support arms extend radially to the axis A.
  • the storage area of the shaft 20 is shown in detail in a side sectional view.
  • the shaft 20 is supported by means of the two bearings 34 designed as rolling bearings.
  • a secure seal of the bearings 34 is particularly important to prevent ingress of water, dust and washing liquor in the bearings 34.
  • the shaft 20 is a particularly important element to achieve this goal. The optimization of the characteristics of the shaft 20 is therefore a fundamental means for increasing the life of the front loading washing machine 10.
  • the shaft 20 After mechanical finishing of the shaft 20, at least a portion of the shaft 20 is surface hardened.
  • the shaft 20 is thereby nitrocarburized for surface hardening, whereby a nitrogen and carbon-enriched nitriding layer is formed on the shaft 20.
  • nitrocarburizing a particularly high hardness and a particularly high corrosion resistance on the shaft 20 can be achieved.
  • the shaft 20 is made of the tempered steel C45E.
  • this tempered steel can be achieved by the nitrocarburizing a hardness of the surface layer of 500 to about 900 HV. If, due to the boundary conditions, even greater hardnesses are to be achieved, it is also possible to use other alloys instead of the tempered steel C45E, in which an even greater hardness than 900 HV can be achieved after the nitrocarburization.
  • the nitrocarburizing is carried out in a salt bath, for example one of a cyanide or in a cyanad ambiencen aerated molten salt.
  • the shaft 20 is treated with an oxidizing agent, whereby the oxidation treatment is carried out at about 400 ° C.
  • the oxidation treatment is carried out at about 400 ° C.
  • the corrosion resistance of the shaft 20 can be further increased.
  • the lubricity of the shaft 20 is additionally increased by the oxidation.
  • the shaft 20 is treated with an impregnating agent.
  • organic as well as inorganic impregnating agents can be used as the impregnating agent.
  • the entire shaft 20 is completely nitrocarburized during surface hardening and then completely treated with oxidizing agent and the impregnating agent.
  • the shaft 20 is provided with a corresponding tolerance dimension, which already takes into account the dimensional change due to the surface hardening.
  • a bush 40 is additionally attached to the shaft 20.
  • a radial shaft seal 42 is mounted, whereby the bearing of the shaft 20 is sealed so that in particular a penetration of water, dust and washing liquor in the storage system, in particular in the bearings 34, is prevented.
  • Fig. 3 the embodiment of the shaft 20 shown in Fig. 2 is shown in a side sectional view.
  • the shaft 20 has a knurling 44, via which the shaft 20 with the support star 36 - as shown in Fig. 1 - is connected. In other words, the knurling 44 is enclosed by the carrier star 36.
  • the shaft 20 has a chamfer 46, which is provided so that the sleeve 40 shown in Fig. 2 can be easily pushed over the corresponding shaft portion.
  • the shaft 20 Due to the previously discussed Nitrocrburgiervons and the subsequent steps, the shaft 20 - even when using a conventional tempering steel - are made so corrosion resistant and hard that the radial shaft seal 42 can be mounted directly on a functional area 48 of the shaft 20.
  • the functional area 48 thus serves as a running surface for the radial shaft sealing ring 42, so that the radial shaft sealing ring 42 runs directly on the shaft 20.
  • the Nitrocarburiervorgangs it comes to a roughening of the surface of the shaft 20.
  • two different approaches are basically conceivable.
  • the shaft 20 can be produced directly with a reduced surface roughness, for example by microfinishing or a corresponding surface grinding process. Alternatively, however, it is also possible to carry out a subsequent processing of the functional area 48 with abrasive agents, for example by polishing or sandblasting after the surface hardening.
  • abrasive agents for example by polishing or sandblasting after the surface hardening.
  • the diameter d it is possible for the diameter d to be formed in the region of the functional region 48 with a larger diameter than in the case of the embodiment of the shaft 20 shown in FIG. This would bring the advantage that the radial shaft seal 42 can be maintained with substantially unchanged dimensions, although the sleeve 40 is omitted.
  • the shaft 20 itself has a running surface for a radial shaft sealing ring 42.
  • an improved removal of temperature from the respective functional area 48 serving as a running surface relative to the radial shaft sealing ring 42 is made possible.
  • a lifetime increase of the storage system of the front loader washing machine 10 as a significant reduction of an entry of foreign particles, especially in the form of alkali, water and dust, can be achieved in the bearing 34.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle 20 für ein Haushaltsgerät 10 zur Pflege von Wäschestücken, bei welchem zumindest ein Teilbereich der Welle 20 randschichtgehärtet wird, wobei die Welle 20 zum Randschichthärten nitrocarburiert wird, wodurch eine mit Stickstoff und Kohlenstoff angereicherte Nitrierschicht an der Welle 20 ausgebildet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Welle 20 für ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken sowie ein Haushaltsgerät 10 zur Pflege von Wäschestücken mit einer derartigen Welle 20.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Welle für ein Haushaltsgerät, Welle für ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken sowie Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle für ein Haushaltsgerät, eine Welle für ein Haushaltsgerät sowie ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken mit einer derartigen Welle gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Bei Haushaltsgeräten zur Pflege von Wäschestücken, insbesondere bei Frontladerwaschmaschinen, ist üblicherweise eine Wäschetrommel über eine Welle drehbar gelagert. Die Welle, welche in diesem Zusammenhang auch als Trommelwelle bezeichnet wird, ist wiederum gewöhnlich über Wälzlager gegenüber der restlichen Frontladerwaschmaschine gelagert. Eine besondere Herausforderung besteht darin, eine zuverlässige Abdichtung derartiger Wälzlagern zu erzielen, um ein Eindringen von Wasser, Staub und Waschlauge in die Wälzlager zu verhindern. Die zuverlässige Abdichtung der Wälzlager hat somit einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer derartiger Haushaltsgeräte.
Die WO 2007/098976 A2 beschreibt eine sogenannte Nassläuferpumpe, welche eine Gleitlagerung aufweist. Eine Welle, welche in der Gleitlagerung geführt wird, wird mittels eines PVD-Verfahrens beschichtet, um bessere Laufeigenschaften zu erzielen. Hierbei wird eine Chrom-Stickstoff-Verbindung aufgebracht. Alternativ kann die Beschichtung der Welle auch mittels eines CVD-Verfahrens oder durch Galvanisieren erfolgen. Die Welle besteht aus Edelstahl, sodass diese bereits von sich aus eine Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Die DE 19 508 085 A1 beschreibt eine Dichtungsanordnung für eine Welle, wobei hier eine korrosionshemmende Schicht aus Al203, Cr oder eine TiN- bzw. TeC-Schicht mittels eines CVD- oder PVD-Verfahrens an der Welle ausgebildet wird. Hierbei werden nur partielle Bereiche der Welle oberflächenbehandelt. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine erhöhte Lebensdauer eines Haushaltsgerätes zu erzielen, welches eine Welle umfasst, die über Wälzlager gelagert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Welle, durch eine Welle für ein Haushaltsgerät sowie durch ein Haushaltsgerät mit einer derartigen Welle mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Welle für ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken wird zumindest ein Teilbereich der Welle randschichtgehärtet. Um eine Erhöhung der Lebensdauer des Haushaltsgerätes zu ermöglichen, in welchem die Welle eingesetzt wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Welle zum Randschichthärten nitrocarburiert wird, wodurch eine mit Stickstoff und Kohlenstoff angereicherte Nitrierschicht an der Welle ausgebildet wird. Durch die Nitrocarburierung kann zum einen bei dem randschichtgehärteten Teilbereich eine besonders hohe Härte erzielt werden. Des Weiteren wird durch die Nitrocarburierung eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit in dem randschichtgehärteten Teilbereich der Welle erzielt. Aufgrund der durch die Nitrocarbuierung erzielten Eigenschaften der Welle kann bei einer Wälzlagerung der Welle eine entsprechende Lebensdauererhöhung erzielt werden, da insbesondere eine Verringerung eines Eintrags von Fremdpartikeln in zugehörige Wälzlager sowie ein verbesserter Schutz vor eindringender Lauge, Wasser und Staub erzielt werden kann. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein verbesserter Schutz vor Reibkorrosion an der Welle ermöglicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Nitrocarburierung in einem Salzbad durchgeführt wird. Die Nitrocarburierung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 170 und 580° C für eine Dauer von ca. 1 bis 3 Stunden durchgeführt. Als Salzbad kommen beispielsweise Cyanid- und cyanadhaltige belüftete Salzschmelzen in Frage. Die Nitrocarbunierung in einem Salzbad weist insbesondere die Vorteile auf, dass eine besonders kurze Behandlungsdauer ausreicht und im Wesentlichen alle Eisen- und Eisensinterwerkstoffe behandelt werden können. Darüber hinaus kann durch die Nitrocaburierung in einem Salzbad ein Porenanteil in der Verbindungsschicht der Nitrierschicht von mehr als 50 % erzielt werden. Alternativ ist es aber auch möglich, die Nitrocaburierung statt in einem Salzbad durch sogenanntes Gasnitrocaburieren oder auch durch Plasmanitrocarburieren durchzuführen. Mit anderen Worten kann die Nitrocaburierung auch in einem Plasma- oder Gasverfahren durchgeführt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Welle nach der Nitrocaburierung mit einem Oxidationsmittel behandelt wird. Durch die nachgeschaltete Oxidationsbehandlung kann eine weitere Steigerung der Korrosionsbeständigkeit der Welle erzielt werden. Beispielsweise können als Oxidationsmittel heiße Salzlösungen oder Salzschmelzen verwendet werden, die entsprechende Oxidationsmittel enthalten. Als Oxidationsmittel kann aber auch beispielsweise eine Schmelze aus Kalium- oder Natriumnitrit verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt die Behandlung mit dem Oxidationsmittel bei 400° C. Neben der Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit wird zusätzlich auch die Gleitfähigkeit durch die Behandlung mit dem Oxidationsmittel erhöht, so dass der Reibwiderstand an der betreffenden Wellenoberfläche reduziert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Welle nach der Behandlung mit dem Oxidationsmittel zum Versiegeln der Nitrierschicht mit einem Imprägniermittel behandelt wird. Das verwendete Imprägniermittel kann dabei sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Die Versiegelung erhöht zusätzlich nochmals die Korrosionsbeständigkeit der Welle und trägt ebenfalls dazu bei, den Reibwert an der Oberfläche zu senken.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Welle beim Randschichthärten vollständig nitrocaburiert sowie anschließend vollständig mit dem Oxidationsmittel und dem Imprägniermittel behandelt wird. Es erfolgt also vorzugsweise keine Randschichthärtung einzelner Bereiche der Welle. Dies ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch wirtschaftlich nicht besonders sinnvoll, da jeweilige Bereiche dann einzeln abgedeckt werden müssen. Vorzugsweise ist die Welle vor der Randschichthärtung und den nachfolgenden Verfahrensschritten schon vollständig mechanisch bearbeitet worden, wobei bei der mechanischen Bearbeitung berücksichtigt wird, dass sich die Toleranzmaße aufgrund der Randschichthärtung und der nachfolgenden Verfahrensschritte noch ändern. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein vorgegebener Funktionsbereich der Welle, insbesondere für die Anbringung eines Radialwellendichtrings, mit einem abrasiven Mittel behandelt wird. Vorzugsweise wird der besagte Funktionsbereich poliert oder sandgestrahlt. Alternativ kann eine Nachbehandlung der Welle auch durch Glasperlenstrahlen bzw. Läppstrahlen mit Glasperlen durchgeführt werden. Während des Nitrocarburiervorgangs kommt es üblicherweise zu einer gewissen Aufrauung der betreffenden Oberflächen. Durch die Behandlung mit einem abrasiven Mittel, vorzugsweise durch Polieren oder Sandstrahlen, kann die Oberflächenrauhigkeit entsprechend reduziert werden, so dass insbesondere auch ein Radialwellendichtring unmittelbar auf der Welle in dem betreffenden Funktionsbereich angebracht werden kann und dieser sicher abdichtet. Alternativ ist es auch möglich, dass die Welle von vorneherein mit einer besonders geringen Oberflächenrauhigkeit, beispielsweise durch Feinstdrehen oder Oberflächenschleifen, hergestellt wird. Dadurch kann zu einem gewissen Grad eine Aufrauung der Oberflächen während des Nitrocaburiervorgangs reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Welle für ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken umfasst zumindest einen randschichtgehärteten Teilbereich, wobei sich die erfindungsgemäße Welle dadurch auszeichnet, dass der randschichtgehärtete Teilbereich eine durch Nitrocarburieren mit Stickstoff und Kohlenstoff angereicherte Nitrierschicht umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei als vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Welle anzusehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Welle ist es vorgesehen, dass der randschichtgehärtete Teilbereich eine Dicke zwischen 10 und 30 μηη aufweist. Dadurch wird eine ausreichend dicke randschichtgehärtete Schicht an der Welle bereitgestellt, sodass die Welle eine besonders lange Lebensdauer aufweist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Welle ist vorgesehen, dass der randschichtgehärtete Teilbereich eine Härte von 500 bis 900 HV aufweist. Aufgrund dieser relativ hohen Härte weist die Welle eine besonders lange Lebensdauer auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Welle ist es vorgesehen, dass die Welle aus dem Vergütungsstahl C45E hergestellt ist. Beim Einsatz dieses Vergütungsstahls stellt sich üblicherweise beim Nitrocarburieren die besagte Härte von 500 bis 900 HV ein. Sollte eine noch größere Härte erwünscht sein, kann durch eine Verwendung eines anderen Stahls mit einer entsprechenden Legierung auch eine Härte von über 900 HV erzielt werden. Größere Härten als 900 HV bewirken einen weiteren positiven Effekt hinsichtlich des mechanischen Abriebs. Dabei wirkt sich die Erhöhung der Härte nur im unmittelbaren Bereich der Wellenoberfläche aus.
Das erfindungsgemäße Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken umfasst die erfindungsgemäße Welle oder eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Radialwellendichtring direkt auf der Welle angeordnet ist. Üblicherweise wird auf einer derartigen Welle noch eine zusätzliche Buchse angebracht, auf welcher der Radialwellendichtring angebracht wird. Aufgrund der zuvor beschriebenen Oberflächenbehandlung der Welle und des dadurch erzielbaren erhöhten Korrosionsschutzes der Welle kann ein Radialwellendichtring auch direkt auf der Welle angeordnet sein. Mit anderen Worten ist an der Welle eine Lauffläche für einen Radialwellendichtring ausgebildet. Dadurch wird ein verbesserter Temperaturabtransport von der Lauffläche der Welle zum Radialwellendichtring hin ermöglicht. Entweder kann der Wellendurchmesser an der besagten Stelle entsprechend angepasst werden, so dass bislang im Zusammenhang mit der zuvor erwähnten Buchse verwendete Radialwellendichtringe weiter verwendet werden können. Alternativ ist es auch möglich, dass das betreffende Wellensegment, welches die Lauffläche für den Radialwellendichtring bildet, mit verringertem Außendurchmesser ausgebildet wird, wobei in diesem Fall entsprechende Radialwellendichtringe mit verringertem Durchmesser Anwendung finden.
Schließlich ist es in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts vorgesehen, dass das Haushaltsgerät eine Frontladerwaschmaschine ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine beispielhafte
Ausführungsform eines als Frontladerwaschmaschine ausgebildeten Haushaltsgeräts;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht, in welcher eine Lagerung einer Welle des
Haushaltsgeräts dargestellt ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Welle; und in
Fig. 4 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Trommelwelle.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist in einer Längsschnittdarstellung bzw. Vertikalschnittdarstellung ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken gezeigt, welches eine Frontladerwaschmaschine 10 ist. Die Frontladerwaschmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 12, in dem ein Schwingsystem 14 angeordnet ist. Das Schwingsystem 14 umfasst einen Laugenbehälter 16 der Frontladerwaschmaschine 10. Darüber hinaus umfassen die Frontladerwaschmaschine 10 und auch das Schwingsystem 14 eine Trommel 18, die im hier gezeigten Ausführungsbeispiel um eine Achse A, die horizontal und somit in x- Richtung orientiert ist, drehbar gelagert ist.
Die Trommel 18 ist zur Aufnahme der Wäschestücke ausgebildet und von dem Laugenbehälter 16 umgeben. Die Trommel 18 ist über eine Welle 20, deren Achse ebenfalls horizontal und koaxial zur Achse A orientiert ist, drehbar gelagert. Zum Antrieb sind beispielsweise eine Riemenscheibe 22 und ein Riemen 24 vorgesehen, die über einen Motor 26, insbesondere einen Elektromotor, antreibbar sind. Das Schwingsystem 14 umfasst darüber hinaus Federn 28 und einen Stoßdämpfer 30. Der Laugenbehälter 16 hat an seiner Rückseite bzw. Rückwand einen Tragstern 32, in dessen Zentrum sich zwei Lager 34 für die Welle 20 der Trommel 18 befinden. Darüber hinaus umfasst die Frontladerwaschmaschine 10 einen Tragstern 36 für die Trommel 18. Wie zu erkennen, ist der Tragstern 36 für die Trommel 18 in Richtung der Achse A betrachtet hinter einer Rückwand 38 der Trommel 18 angeordnet und mit der Trommel 18 verbunden. Darüber hinaus ist der Tragstern 36 mit der Welle 20 drehfest verbunden, so dass die Trommel 18 sich innerhalb des Laugenbehälters 16 konzentrisch zu den Lagern 34 drehen lässt. Der Tragstern 36 für die Trommel 18 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von nicht näher bezeichneten Tragarmen, beispielsweise drei Tragarme, die in Umlaufrichtung um die Achse A äquidistant zueinander angeordnet sind, wobei sich die Tragarme radial zur Achse A erstrecken.
In Fig. 2 ist in einer Seitenschnittansicht der Lagerbereich der Welle 20 im Detail gezeigt. Wie zu erkennen, ist die Welle 20 mittels der beiden als Wälzlager ausgebildeten Lager 34 gelagert. Um eine besonders hohe Lebensdauer der Frontladerwaschmaschine 10 erzielen zu können, ist eine sichere Abdichtung der Lager 34 besonders wichtig, um ein Eindringen von Wasser, Staub und Waschlauge in die Lager 34 zu verhindern. Die Welle 20 stellt dabei ein besonders wichtiges Element dar, um dieses Ziel zu erreichen. Die Optimierung der Eigenschaften der Welle 20 stellt daher ein grundlegendes Mittel zur Erhöhung der Lebensdauer der Frontladerwaschmaschine 10 dar.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Welle 20 näher erläutert. Nach der mechanischen Fertigbearbeitung der Welle 20 wird zumindest ein Teilbereich der Welle 20 randschichtgehärtet. Die Welle 20 wird dabei zum Randschichthärten nitrocarburiert, wodurch eine mit Stickstoff und Kohlenstoff angereicherte Nitrierschicht an der Welle 20 ausgebildet wird. Durch die Nitrocarburierung kann eine besonders große Härte und eine besonders große Korrosionsbeständigkeit an der Welle 20 erzielt werden. Vorliegend ist die Welle 20 aus dem Vergütungsstahl C45E hergestellt. Bei der Verwendung dieses Vergütungsstahls kann durch die Nitrocarburierung eine Härte der Randschicht von 500 bis ca. 900 HV erzielt werden. Sollen aufgrund der Randbedingungen noch größere Härten erzielt werden, ist es auch möglich, statt des Vergütungsstahls C45E andere Legierungen zu verwenden, bei welchen sich im Nachgang zur Nitrocarburierung eine noch größere Härte als 900 HV erzielen lässt.
Vorzugsweise wird die Nitrocarburierung in einem Salzbad durchgeführt, beispielsweise ein einer cyanid- oder in einer cyanadhaltigen gelüfteten Salzschmelze. Nach der Nitrocarburierung wird die Welle 20 mit einem Oxidationsmittel behandelt, wobei die Oxidationsbehandlung bei ca. 400° C durchgeführt wird. Durch die Behandlung mit dem Oxidationsmittel kann die Korrosionsbeständigkeit der Welle 20 noch weiter erhöht werden. Darüber hinaus wird durch die Oxidation auch die Gleitfähigkeit der Welle 20 zusätzlich erhöht wird. Schließlich wird die Welle 20 nach der Behandlung mit dem Oxidationsmittel zum Versiegeln der Nitrierschicht mit einem Imprägniermittel behandelt. Als Imprägniermittel können dabei organische als auch anorganische Imprägniermittel verwendet werden. Durch die Versiegelung wird nochmals die Korrosionsbeständigkeit der Welle erhöht und der Reibwert der Welle, also die Oberflächenrauhigkeit, reduziert.
Vorzugsweise wird die gesamte Welle 20 beim Randschichthärten vollständig nitrocarburiert sowie anschließend vollständig mit Oxidationsmittel und dem Imprägniermittel behandelt. Bei der Herstellung der Welle 20, insbesondere bei deren mechanischer Bearbeitung, wird die Welle 20 mit einem entsprechenden Toleranzmaß versehen, welches die Abmaßänderung aufgrund der Randschichthärtung schon berücksichtigt.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist an der Welle 20 zusätzlich noch eine Buchse 40 angebracht. An dieser Buchse 40 ist wiederum ein Radialwellendichtring 42 angebracht, wodurch die Lagerung der Welle 20 derart abgedichtet wird, dass insbesondere ein Eindringen von Wasser, Staub und Waschlauge in das Lagersystem, insbesondere in die Lager 34, verhindert wird. In Fig. 3 ist die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der Welle 20 in einer Seitenschnittansicht gezeigt. Die Welle 20 weist eine Rändelung 44 auf, über welche die Welle 20 mit dem Tragstern 36 - wie in Fig. 1 gezeigt - verbunden ist. Mit anderen Worten ist die Rändelung 44 von dem Tragstern 36 umschlossen. Die Welle 20 weist eine Fase 46 auf, welche dafür vorgesehen ist, dass die in Fig. 2 gezeigte Buchse 40 leichter über den entsprechenden Wellenabschnitt geschoben werden kann.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform der Welle 20 dargestellt. Aufgrund des zuvor erläuterten Nitrocrburierverfahrens und der nachfolgenden Verfahrensschritte kann die Welle 20 - auch bei einer Verwendung eines herkömmlichen Vergütungsstahls - so korrosionsbeständig und hart ausgebildet werden, dass der Radialwellendichtring 42 direkt auf einem Funktionsbereich 48 der Welle 20 angebracht werden kann. Der Funktionsbereich 48 dient somit als Lauffläche für den Radialwellendichtring 42, so dass der Radialwellendichtring 42 direkt auf der Welle 20 läuft. Während des Nitrocarburiervorgangs kommt es üblicherweise zu einer Aufrauung der Oberfläche der Welle 20. Um insbesondere eine Reduzierung des Reibwiderstands gegenüber des Radialwellendichtrings 42 zu erzielen, sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Herangehensweisen denkbar. Zum einen kann die Welle 20 direkt mit einer verringerten Oberflächenrauhigkeit hergestellt werden, beispielsweise durch Feinstdrehen oder einen entsprechenden Oberflächenschleifprozess. Alternativ ist es aber auch möglich, nach dem Randschichthärten ein nachträgliches Bearbeiten des Funktionsbereichs 48 mit abrasiven Mitteln, beispielsweise durch Polieren oder Sandstrahlen vorzunehmen. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Welle 20 ist es zum einen möglich, dass der Durchmesser d im Bereich des Funktionsbereichs 48 mit einem größeren Durchmesser als bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Welle 20 ausgebildet wird. Dies würde den Vorteil mit sich bringen, dass der Radialwellendichtring 42 im Wesentlichen mit unveränderten Abmaßen beibehalten werden kann, obwohl die Buchse 40 entfällt. Alternativ ist es auch möglich, den Durchmesser der Welle 20 kleiner als in Fig. 4 gezeigt auszubilden, also wie bei der Ausführungsform in Fig. 3 zu belassen, wobei in diesem Fall ein angepasster Radialwellendichtring 42 verwendet werden muss. Der Vorteil bei dieser Ausführung der Welle 20 wäre, dass entsprechendes Material an der Welle 20 eingespart werden kann.
Durch das erläuterte Randschichthärtverfahren und die nachfolgenden Verfahrensschritte kann an der Welle 20 ein besonders guter Schutz vor Reibkorrosion erzielt werden. Des Weiteren ist es möglich, dass die Welle 20 selbst eine Lauffläche für einen Radialwellendichtring 42 aufweist. Dabei wird ein verbesserter Temperaturabtransport von dem betreffenden, als Lauffläche dienenden Funktionsbereich 48 gegenüber dem Radialwellendichtring 42 ermöglicht. Insgesamt kann durch die erläuterte Oberflächenbehandlung der Welle 20 eine Lebensdauererhöhung des Lagersystems der Frontladerwaschmaschine 10 erzielt werden, da eine erhebliche Verringerung eines Eintrags von Fremdpartikeln, vor allem in Form von Lauge, Wasser und Staub, in die Lager 34 erzielt werden kann.
Bezugszeichenliste
10 Frontladerwaschmaschine
12 Gehäuse
14 Schwingsystem
16 Laugenbehälter
18 Trommel
20 Welle
22 Riemenscheibe
24 Riemen
26 Motor
28 Feder
30 Dämpfer
32 Tragstern
34 Lager
36 Tragstern
38 Rückwand
40 Buchse
42 Radialwellendichtring
44 Rändelung
46 Fase
48 Funktionsbereich

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Herstellen einer Welle (20) für ein Haushaltsgerät (10) zur Pflege von Wäschestücken, bei welchem zumindest ein Teilbereich der Welle (20) randschichtgehärtet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (20) zum Randschichthärten nitrocarburiert wird, wodurch eine mit Stickstoff und Kohlenstoff angereicherte Nitrierschicht an der Welle (20) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nitrocarburierung in einem Salzbad durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (20) nach der Nitrocarburierung mit einem Oxidationsmittel behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Behandlung mit dem Oxidationsmittel bei 400 °C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (20) nach der Behandlung mit dem Oxidationsmittel zum Versiegeln der Nitrierschicht mit einem Imprägniermittel behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (20) beim Randschichthärten vollständig nitrocarburiert sowie anschließend vollständig mit dem Oxidationsmittel und dem Imprägniermittel behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein vorgegebener Funktionsbereich (48) der Welle, insbesondere für die Anbringung eines Radialwellendichtrings (42), mit einem abrasiven Mittel behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Funktionsbereich (48) poliert oder sandgestrahlt wird.
Welle (20) für ein Haushaltsgerät (10) zur Pflege von Wäschestücken, umfassend zumindest einen randschichtgehärteten Teilbereich,
dadurch gekennzeichnet, dass
der randschichtgehärtete Teilbereich eine durch Nitrocarburieren mit Stickstoff und Kohlenstoff angereicherte Nitrierschicht umfasst.
Welle (20) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der randschichtgehärtete Teilbereich eine Dicke zwischen 10 und 30 μηη aufweist.
Welle (20) nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der randschichtgehärtete Teilbereich eine Härte von 500 bis 900 HV aufweist.
Welle (20) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (20) aus dem Vergütungsstahl C45E hergestellt ist.
13. Haushaltsgerät (10) zur Pflege von Wäschestücken mit einer Welle (20) nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
14. Haushaltsgerät (10) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Radialwellendichtring (42) direkt auf der Welle (20) angeordnet ist.
15. Haushaltsgerät (10) nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Haushaltsgerät (10) eine Frontladerwaschmaschine ist.
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