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Wasch- und Schleudermaschine Die Erfindung bezieht sich auf Wasch-
und Schleudermaschinen, und zwar insbesondere auf automatische Waschmaschinen, bei
denen nach dem Waschgang eine die Wäsche aufnehmende Trommel mit einer verhältnismäßig
hohen Geschwindigkeit rotiert, wobei das Wasser aus der Trommel und aus der Wäsche
abzentrifugiert wird.
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Im allgemeinen ist bei derartigen Waschmaschinen die Wäsche selten
gleichmäßig innerhalb der Trommel verteilt. Diese ungleichmäßige Gewichtsverteilung
führt beim Schleudervorgang zu unerwünschten Begleiterscheinungen. Bei hoher Rotationsgeschwindigkeit
der Trommel treten nämlich erhebliche Kippbewegungen im rotierenden System auf,
die bei einer Übertragung auf den Rahmen der Waschmaschine starke Erschütterungen
hervorrufen.
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Um die Übertragung dieser Kippbewegungen zu verhindern, ist bereits
eine Aufhängung der Trommel mittels Federn vorgeschlagen worden, wobei das gesamte
Gewicht der Trommel an den Federn hängt. Dadurch sind Kippbewegungen der Trommel
möglich, ohne daß diese auf den Maschinenrahmen übertragen werden. Eine solche Federaufhängung
hat sich im allgemeinen aber als unbefriedigend erwiesen, da durch das Gewicht der
Wäsche und des Wassers die Trommel ein beträchtliches Stück unter ihre Leerstellung
sinkt, wobei das Maß des Absinkens vom Gewicht des Trommelinhalts abhängt. Dies
führt zu Schwierigkeiten bei der Anordnung der Einlaß- und Auslaßanschlüsse für
das Wasser und insbesondere zu Schwierigkeiten im Antriebsmechanismus. Weiterhin
muß das Gehäuse einer solchen Waschmaschine eine beträchtliche Höhe aufweisen, um
die Trommel in ihren verschiedenen Höhenlagen aufnehmen zu können.
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Es sind andere Vorschläge bekanntgeworden, bei denen eine Trommel
von einer senkrecht stehenden Welle getragen wird, die um einen festen Punkt an
der Basis kippen kann, wobei die Trommel seitlich durch Federn oder andere elastische
Mittel so verspannt ist, daß ein gänzliches Umkippen der Welle und damit der Trommel
nicht möglich ist.
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Eine derartige Anordnung der Welle führt aber nur dann zu dem gewünschten
Ergebnis, wenn das Lager der Welle an die verschiedenen Bewegungen der Welle angepaßt
ist. Man hat schon vorgeschlagen, das untere Ende der Welle halbkugelförmig auszubilden,
wobei sich diese auf einer Grundplatte des Maschinenrahmens in einer etwa halbkugelförmigen
Ausnehmung abstützt. Ein derartiges Lager läßt zwar Dreh- und Kippbewegungen der
Welle zu, verhindert jedoch seitliche Bewegungen. Das gleiche trifft zu für ein
anderes bekanntes Lager, bei dem zwischen einem oberen und unteren, jeweils halbkugelförmigen
Lagerkörper eine Kugel angeordnet ist. Auch hier sind nur Dreh- und Kippbewegungen,
aber keine seitlichen Verschiebungen der Welle möglich. Aus dynamischen Gründen
ist es aber wichtig, daß die die Trommel tragende Welle neben den Rotations- und
Kippbewegungen auch Translationsbewegungen im gewissen Umfange ausführen kann, um
Erschütterungen im Rahmen der Maschine auszuschließen.
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Wenn nämlich die Wäsche in der Trommel einer automatischen Maschine
trocken geschleudert wird, erfolgt eine mehr oder weniger ungleichmäßige zufällige
Verteilung der Wäsche in vertikaler und radialer Richtung in der Trommel. Diese
unausgeglichene Verteilung der Massen des rotierenden Systems verändert höhenmäßig
die Lage des natürlichen Mittelpunktes, um welchen das System rotierend hin und
her kippt. Bei einem gegenüber seitlichen Bewegungen festen Lagerpunkt für die Trommelwelle
kann das rotierende System nur um diesen festen Punkt kippen, der nur in seltenen
Fällen zufällig mit dem natürlichen Kippunkt zusammenfallen wird. Das System muß
also meistens um einen zwangläufigen, unechten Mittelpunkt kippen. Das führt aber
zu Vibrationen der rotierenden Trommel und zu radial gerichteten StoßbeIastungen
auf das feste
Lager, die Erschütterungen im Maschinenrahmen hervorrufen.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die Wellenanordnung
an ihrem unteren Ende mittels eines umgekehrten Becherlagers auf einer Kugel aufliegt,
die ihrerseits in einem von dem Grundrahmen der Maschine getragenen Becher Rollbewegungen
durchführen kann, wobei die Kombination der Rollbewegungen der Kugel gegenüber dem
unteren Becher und dem oberen Becherlager sowohl eine Kipp- als auch eine seitliche
Bewegung der Welle und der Trommel ermöglichen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden
in zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen
stellt dar Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Wasch- und Schleudermaschine mit einem
erfindungsgemäßen Lager, Fig.2 einen Vertikalschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß
Fig. 1, Fig.3 eine perspektivische Ansicht des Grundrahmens einer Wasch- und Schleudermaschine,
Fig. 4 bis 9 schematische Erläuterungsskizzen, Fig. 10 einen Vertikalschnitt eines
anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lagers. Bei der in Fig.1 dargestellten
Wasch- und Schleudermaschine besteht der Kesselaufbau 32 aus einer Spritzwanne 20
und einer inneren, die Wäsche aufnehmenden Trommel 34, die von einem Gewichtsausgleichsring
36 umfaßt sein kann. Innerhalb der Trommel 34 und koaxial dazu ist auf einer Hohlwelle
46 ein Rührer 44 angeordnet, der sich während des Waschabschnittes
hin- und herbewegt - wobei die Trommel 34 stillsteht - und während des Schleuderns
mit der Trommel 34 rotiert. Die Hohlwelle 46 ist mit Keilen auf einer Welle 52 befestigt,
während eine die Trommel 34 über eine Nabe 48 tragende Hülse 56 gleitbar auf der
Welle 52 gelagert ist.
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Ein Elektromotor 100 mit umkehrbarer Drehrichtung der Antriebswelle
treibt über Antriebselemente 102. 104, 110, ein Zahnrad 112 an, welches bei einer
bestimmten Drehrichtung die Welle 52 und damit den Rührer 44 über ein Pleuel 116,
ein Zahnsegment 118, ein Zahnrad 120 und eine Kupplung 126 in eine Hin-und Herbewegung
versetzt, während die Trommel 34 in Ruhe bleibt. Bei Umkehrung der Drehrichtung
wird die Verbindung des Zahnrades 120 mit der Welle 52 durch eine Axialverschiebung
der Kupplung 126 unterbrochen, und ein durch den Riemen 104 angetriebener Ring 142
erfaßt über ein Kupplungsteil 150 reibungsschlüssig eine auf der Hülse 56 angeordnete
Antriebsplatte 152. Die Antriebsplatte 152 ist über einen Keil 58 mit der Hülse
56 verbunden, welche nun ihrerseits mit der Kupplung 126 an die Welle 52 angeschlossen
ist, so daß bei dieser Drehrichtung des Motors 100, Trommel 34 und Rührer 44 gemeinsam
rotierend angetrieben werden.
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Für die Wirkungsweise der Erfindung ist die Form der Antriebsvorrichtung
ohne Einfluß, so daß auf eine detaillierte Beschreibung dieser Teile verzichtet
werden kann.
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Die Bodenwandung der Spritzwanne 20 ist mit einer Öffnung 164
versehen, durch die die Welle 52 und die Hülse 56 hindurchgeführt sind. Diese öffnung
ist mit einem gummiartigen Balg 166 abgedichtet und ermöglicht Kippbewegungen des
Kesselaufbaus 32 innerhalb der Spritzwanne 20. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Lagers der Welle 52 zeigt die Fig. 2 in vergrößertem Maßstab. Der Boden des unteren
Teiles 72 eines die Antriebsvorrichtung umgebenden Gehäuses enthält einen koaxial
zur Welle 52 angeordneten Hohlzapfen 74, der mit einem Innengewinde versehen ist
und eine Schraube 76 aufnimmt, die am unteren Ende ein umgekehrtes Becherlager 78
trägt. Die Schraube 76 ist mit einer Gegenmutter 73 versehen, die ein Sicherungsblech
75 nach oben gegen das untere Ende des Hohlzapfens 74 preßt, wodurch plastisches
Dichtungsmaterial 77 zwischen der Schraube 76 und dem Hohlzapfen 74 eingeschlossen
wird, um ein Auslecken an dieser Stelle zu verhindern. Wenn die Gegenmutter 73 fest
angezogen ist, werden die Endteile 79 des Sicherungsbleches 75 nach unten gegen
eine der ebenen Seitenflächen der Mutter gebogen und nach oben gegen einen diagonal
gegenüberliegenden flachen Teil des Hohlzapfens 74. Das Becherlager 78 ruht
auf einer Metallkugel 80, die in einem flexiblen Becher 82 auf einer Metallplatte
84 gelagert ist. Der flexible Becher 82 ist an einer mit einer Vertiefung versehenen
Platte 86 mittels Schrauben 88 und eines Klemmringes 90 mit zylindrischem Flansch
91 befestigt, der den flexiblen Becher 82 umgibt. Die Rollbewegungen der Kugel 80
auf der Platte 84 werden durch die flexible Wand 83 des Bechers 82
gedämpft und schließlich vollständig durch den Flansch 91 begrenzt. Ein Randteil
92 der Platte 86 ist an den unteren Flächen diagonal verlaufender U-Schienen 14
befestigt, welche an ihren oberen Seiten durch einen Ring 1.6 untereinander verbunden
sind. Die U-Schienen 14 sind Teile eines Grundrahmens 10 des tragenden Gerüstes
der Waschmaschine. (Siehe hierzu auch Fig. 3.) Auf dem oberen Ende der Schraube
76 innerhalb des Hohlzapfens 74 liegt eine Kugel 94, auf der sich über eine Platte
96 das untere Ende der Welle 52 abstützt. Ein Hülsenlager 98 im Hohlzapfen 74 verhindert
radiale Bewegungen der Welle 52 innerhalb des Hohlzapfens 74.
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Im Betrieb befindet sich die Wäsche mit dem Wasser in der Trommel
34. Während des ersten Waschabschnittes wird, wie bereits erwähnt, nur der Rührer
44 in eine Hin- und Herbewegung versetzt, während die Trommel 34 stillsteht, wobei
Federanordnungen 184 (s. Fig. 3) ein Kippen der Trommel verhindern. Nach einer gewissen
Zeit wird die Hin-und Herbewegung des Rührers 44 in der beschriebenen Weise unterbrochen
und die Trommel 34 gemeinsam mit dem Rührer in rotierende Bewegung versetzt. Solange
die Rotierungsgeschwindigkeit der Trommel 34 unter einer kritischen Größe von 125
bis 150 UpM liegt, bleibt die Trommel im wesentlichen mit Wasser gefüllt und der
Einfluß der ungleichen Gewichtsverteilung der Wäsche ist minimal, so daß die Federanordnungen
184 imstande sind, wesentliche Kippauslenkungen der Welle 52 zu verhindern.
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Wenn die Geschwindigkeit der Trommel den kritischen Bereich durchläuft
und weiter ansteigt, wird so viel Wasser aus der Trommel 34 abzentrifugiert, daß
die ungleichmäßige Gewichtsverteilung in der Trommel nun stärker zur Wirkung kommt
und schließlich die Welle 52 in starke Kippbewegungen versetzt, die jedoch durch
die Anordnung des erfindungsgemäßen Lagers am unteren Ende der Welle 52 keine Erschütterungen
im Rahmen der Waschmaschine hervorrufen.
Die Rotationsgeschwindigkeit
der Trommel schreitet fort, bis die maximale Geschwindigkeit, etwa 750 bis 1200
UpM, erreicht ist. Diese Geschwindigkeit wird eine gewisse Zeit aufrechterhalten,
um im wesentlichen das gesamte Wasser aus den Wäschestücken in der Trommel abzuzentrifugieren.
In dem Maße, wie das Wasser aus der Wäsche herausgeschleudert wird, nimmt die ungleiche
Gewichtsverteilung der Trommel ab, und der Becher 78 rollt automatisch auf
der Kugel 80 ab, um das Rotationssystem in Gleichgewichtsstellung zurückzubringen,
ohne daß dabei unerwünschte Vibrationskräfte auf den Rahmen der Maschine übertragen
werden.
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Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Waschmaschine
mit einer ungleichmäßigen Last 250
in bestimmter Höhe über dem Boden der Trommel.
Bei einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit der Trommel führt die Rotationsachse
gemäß bekannter dynamischer Prinzipien Kippbewegungen aus, die sich um einen Punkt
256 auf der Rotationsachse zentrieren, der ein beträchtliches Stück über
der Kugel 80 liegt.
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Die Kugel 80 rollt daher nach links um die Entfernung D. Da
die Bewegung der Kugel durch die sehr flexible Wand 83 des Bechers
82 nur geringfügig behindert ist, werden durch die Kippbewegungen der Rotationsachse
praktisch keine Vibrationskräfte auf den Rahmen der Maschine übertragen. Dieses
vorteilhafte Ergebnis kann bei Systemen, die nur Kippbewegungen um einen gegenüber
seitlichen Verschiebungen festen Punkt zulassen, nicht erreicht werden.
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Die Fig. 5 zeigt ein der Fig. 4 ähnliches Beispiel, bei dem die ungleichmäßige
Last 250 in der Nähe des Bodens der Trommel angebracht ist. Bei dieser Anordnung
der Last kippt die Trommel um einen Punkt 260, der weit unter der Kugel
80 liegt. Dadurch bewegt sich die Kugel nach rechts um eine Entfernung D,
d. h. entgegengesetzt zur Richtung der Bewegung unter den Bedingungen der Fig. 4.
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Diese Versuche zeigen, daß auch vertikale Verschiebungen der ungleichmäßigen
Last in der Trommel durch die Wirkung des erfindungsgemäßen Lagers keine Erschütterungen
im Rahmen der Maschine hervorrufen. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß
die Wirkung des erfindungsgemäßen Lagers selbst dann nicht beeinträchtigt ist, wenn
keine Gewichtsausgleichsvorrichtung 36 vorhanden ist, nur werden in diesem Falle
die Kippbewegungen, die aus ungleichmäßiger Gewichtsverteilung herrühren, beträchtlich
größer.
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Der außerordentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Lagers ist vor
allem darauf zurückzuführen, daß es eine gewisse freie Kippbewegung der Welle erlaubt,
während gleichzeitig die seitlichen Kräfte, die auf den Maschinenrahmen übertragen
werden, beträchtlich verringert oder vollständig ausgeschaltet sind, weil das Rotationssystem
in jedem Zeitpunkt um seinen natürlichen Mittelpunkt kippen kann. Weiterhin trägt
der Boden des elastischen Bechers 82
wesentlich zur Aufnahme vertikaler Schwingungen
in der Maschine bei, die sonst auf den Rahmen der Maschine übertragen werden würden.
Der Flansch 91 verhindert, daß die Kugel durch außergewöhnliche seitliche
Kräfte aus dem Lager gedrückt wird.
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Fig. 6 zeigt die Bewegungsspur des oberen Endes der Welle 52, die
aus dem Stillstand durch die kritische Geschwindigkeit etwa auf Höchstgeschwindigkeit
beschleunigt wurde. Fig. 7 zeigt die Spur des Lagers im Bereich der Kugel
80 bei dem Bewegungsablauf gemäß Fig. 6.
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Beide Figuren zeigen, daß die Welle 52 zunächst ungeordnete
Bewegungen ausführt, wenn der Kesselaufbau bis zur kritischen Geschwindigkeit beschleunigt
wird, und daß über dieser Geschwindigkeit die Bewegungen gleichmäßiger werden. In
den Fig.6 und 7 bezeichnet die Bezugszahl 262 die Spur während der Beschleunigung
im Bereich der kritischen Geschwindigkeit und die Bezugszahl 264 die Spur, nachdem
der Kesselaufbau durch die kritische Geschwindigkeit hindurch und bis zu seiner
Maximalgeschwindigkeit beschleunigt worden ist.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen ähnliche Spuren der Welle bzw. des Lagers,
wobei die Trommel gemäß Fig. 8 belastet ist.
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Ein abgeändertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagers
ist in Fig. 10 gezeigt. Hierbei sind die dem unter der Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel
gleichwertigen Teile mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens
a versehen. Der Becher 82a besitzt eine im wesentlichen zylindrische Wand
83 a, wobei der Durchmesser der von der Wand 83 a umgebenen Ausnehmung größer ist
als der Durchmesser der Kugel 80a, so daß die Kugel für eine Bewegung in
gewissen Grenzen nicht durch die Wand 83 a behindert wird. Die Wand 83 a kann so
stark ausgeführt sein, daß die Kugel auch beim Auftreten großer seitlicher Kräfte
nicht aus dem Lager gedrückt werden kann.
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Eine flache Platte 78 a ersetzt das Becherlager 78
am
unteren Ende der Schraube 76a und ein Ring 270 aus Gummi oder ähnlichem Material
ist an der unteren Fläche dieser Platte befestigt, um ein Herabgleiten der Platte
von der Kugel zu verhindern.