Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
 Fachgebiet Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
Technische Universität Berlin

Konstruktion des Prototyps einer
demontagegerechten frontbeladenen Waschmaschine

Konstruktive Studienarbeit im Fach Produktionstechnik
Jörg Zeiger
30. Oktober 2002

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung  3

2 Aufbau und Funktionsweise einer Waschmaschine  4

3 Stand der Technik  6
3.1 Begriffe  6
3.2 Richtlinien zur demontagegerechten Gestaltung  8
3.2.1 Erläuterung der Teilfunktionen  9
3.3 Zusammenfassung der Literaturrecherchen  10
3.3.1 Werkstoffauswahl  11
3.3.2 Kennzeichnung  11
3.3.3 Baustruktur  11
3.3.4 Einzelteilgestaltung  12
3.3.5 Verbindungstechniken  12
3.3.6 Zugänglichkeit  12
3.4 Zusammenfassung der Ergebnisse  13

4 Finden von Produktideen  15
4.1 Derzeitiger Aufbau  15
4.2 Verbesserter Aufbau  15

5 Gestaltung der Maßgebenden Module  17
5.1 Gehäuse  17
5.1.1 Analyse Ist-Zustand 17
5.1.2 Konzept Soll-Zustand  18
5.2 Schwingsystem  19
5.2.1 Analyse Ist-Zustand  19
5.2.2 Konzept Soll-Zustand  20
5.3 Wasserführung  24
5.3.1 Analyse Ist-Zustand  24
5.3.2 Konzept Soll-Zustand  25
5.4 Stromführung  28
5.4.1 Analyse Ist-Zustand  28
5.4.2 Konzept Soll-Zustand 30
5.5 Handhabung und Befestigungselemente  32
5.5.1 Analyse Ist-Zustand  32
5.5.2 Konzept Soll-Zustand 32

6 Einzelteilgestaltung  35
6.1 Rahmen  35
6.1.1 Blechteile  37
6.2 Abdeckplatte  39
6.3 Schwingsystem  41
6.4 Wasserführung  43
6.4.1 Magnetventileinheit  43
6.4.2 Einspülkomplex  45
6.4.3 Pumpe  45
6.4.4 Rohre und Schläuche  46
6.4.5 Rohr- und Schlauchverbindungen  48
6.4.6 Verbesserte Wasserführung  49
6.5 Elektrik  50
6.5.1 Steuerelektronik  50
6.5.2 Kabel und Stecker  52
6.5.3 Bedienpaneel  53
6.5.4 Verbesserte Stromführung  53

7 Demontageablauf  55
7.1 Demontage in Baugruppen  55
7.2 Demontage der Unterbaugruppen  60
7.2.1 Schwingsystem  60
7.2.2 Waschmaschinenfront  62
7.2.3 Steuerelektronik  62

8 Ergebnisvergleich  63
8.1 Vielfalt und Komplexität  63
8.2 Erkennbarkeit  66

9 Zusammenfassung  68

10 Literaturverzeichnis  69

1 Einleitung

Der heutige Trend zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von verwendeten Werkstoffen und Bauteilen wird auch bei Hausgeräten immer wichtiger. Zudem spielt die zukünftige Rücknahmeverpflichtung der Hersteller von Hausgeräten bei der Gestaltung eine wichtige Rolle. Die Große Zahl und Vielfalt der auf dem Markt befindlichen Geräte macht deshalb in Hinsicht auf Recycling und Demontage einen einheitlichen Aufbau künftiger Geräte notwendig. Bei der Demontage sollte dabei die Rückgewinnung funktionsfähiger Baugruppen zur Wiederverwendung als Hauptkriterium gelten. Aus diesem Grunde ist es ratsam einer zerstörungsfreien Demontage von Hausgeräten den Vorrang einzuräumen. Sie erleichtert eine Art Kreislauf der Bauteile zwischen Verwendung und Wiederverwendung. Die zerstörungsfreie Demontage stellt dabei an sämtliche verwendeten Bauteile hohe, zum Teil neue Anforderungen was die Konstruktion und Haltbarkeit betrifft. Die demontagegerechte Gestaltung von Haushaltsgeräten dient nicht nur der Entsorgung, sondern auch zu einem großen Teil der einfacheren Wartung und Instandhaltung der Maschinen. Was nicht zuletzt auch ein förderndes Verkaufsargument auf dem hart umkämpften Markt sein kann.Im Rahmen einer konstruktiven Studienarbeit wird hier der Werdegang der Konstruktion einer demontagegerechten frontbeladenen Waschmaschine widergegeben und dokumentiert. Für das gesamte Vorgehen wurden stets Richtlinien für die demontagegerechte Konstruktion angewendet und beachtet.

[Bild in Downloaddatei enthalten.]
Bild 1-1: frontbeladene Waschmaschine

2 Aufbau und Funktionsweise einer Waschmaschine

Bei den heutzutage in Privathaushalten verwendeten Waschmaschinen handelt es sich um Front- oder Topladerwaschmaschinen mit einer Wäschetrommel, die sich drehend gelagert in einem abgedichteten Gehäuse befindet. Bei den frontbeladenen Waschmaschinen ist die Trommel einseitig und bei Topbeladenen Waschmaschinen zweiseitig gelagert. Die Waschwirkung wird bei diesem Aufbau durch eine wechselseitige Drehung der Trommel im sogenannten Laugenbehälter erreicht. Der Antrieb der Trommel erfolgt über ihre fliegend gelagerte Antriebswelle mit Hilfe eines Keilriemens. Der Keilriemen wird dabei durch einen Motor angetrieben, der außerhalb des Laugenbehälters befestigt ist. Dieser Laugenbehälter ist zusammen mit dem Motor und der Wäschetrommel schwingend im Gehäuse aufgehängt. Die zu konstruierende Waschmaschine besitzt ihre Öffnung zum Be- und Entladen sowie die Bedienelemente auf der Vorderseite der Maschine. Die Bilder Bild 2-1, Bild 2-2, Bild 2-3 stellen kurz den prinzipiellen Aufbau dar.

[Bild in Downloaddatei enthalten.]
Bild 2-1: Prinzipieller Aufbau einer Frontladerwaschmaschine (Rückansicht)

Die Steuerung der Temperatur, des Wasserstands, der Drehzahl und der Waschdauer wird von einer Elektronik übernommen, die durch den Anwender bedient wird. Ein direkter Eingriff in die Waschprogramme ist dabei nur bedingt möglich.

[Bilder in Downloaddatei enthalten.]
Bild 2-2: Prinzipieller Aufbau einer Frontladerwaschmaschine (Seitenansicht)
Bild 2-3: Maschinenaufbau [17]

Bei solchen Maschinen befindet sich die Waschlauge nur im Laugenbehälter und wird durch Schläuche zu und abgeführt. Der restliche Teil der Waschmaschine kommt dabei nicht mit der Waschlauge in Berührung. Das Wasser wird auf dem Weg in den Laugenbehälter zuerst durch den Einspülbehälter mit Waschmittel geführt und fließt dann in den Laugenbehälter. Je nach Waschprogramm variiert der Wasserstand im Laugenbehälter. Die Zuführung des Wassers wird über Magnetventile gesteuert und durch einen Wasserstandsregler gemessen. Bei der Abführung der Waschlauge wird diese über einen Anschluss am tiefsten Punkt des Laugenbehälters mit einer Pumpe durch den Abflussschlauch gepumpt.

3 Stand der Technik

Bei der Konstruktion einer demontagegerechten Waschmaschine gelten wie auch bei jeder anderen Konstruktion nach Beitz [10] drei grundsätzliche Gestaltungsregeln: Eindeutig, Einfach, Sicher. Diese Eigenschaften beziehen sich dabei sowohl auf die Konstruktion, als auch auf die Funktion und Handhabung der Bauteile. Die Umsetzung solcher Regeln lässt sich auf vielen Wegen erreichen und soll bei der Waschmaschine vor allem bei Verbindungselementen, Form und Anordnung der verwendeten Bauteile bzw. Baugruppen angewendet werden.

Ziel ist es also möglichst viele Bauteile zu einfachen Baugruppen zusammenzuführen, die Anzahl und Art der verwendeten Verbindungselemente zu reduzieren und zu vereinheitlichen sowie die Materialvielfalt zu verringern. Die Anzahl der manuellen Demontageschritte ist bei der Umgestaltung auf ein Minimum zu reduzieren, um so eine komplett automatisierte Demontage der Waschmaschine zu ermöglichen. Bei den Verbindungselementen soll deshalb versucht werden gänzlich auf Schrauben zu verzichten und alternativ Steck- und Schnellverschlüsse anzuwenden. Biegeweiche Bauteile müssen durch biegesteife ersetzt werden, um so eine automatisierte Demontage zu ermöglichen. Die Angreifpunkte für Greifer müssen einheitlich und gut zugänglich gestaltet werden.

Für eine Beurteilung der Baustruktur eignet sich nach [11] auch der Knotengrad. Ein Knoten symbolisiert in dieser Betrachtung ein Bauteil und der Knotengrad gibt an mit wie vielen anderen Bauteilen es in Verbindung steht. Der Durchschnitt Knotengrade der Bauteile ergibt dann den Gesamtknotengrad der Baustruktur. Der Knotengrad ist hierbei eine Maßzahl zum verstehen der Baustruktur. Ziel muss es sein, den Knoten-grad so gering wie möglich zu halten.

3.1 Begriffe

Nach [12] ist der Vorgang des Demontierens wie folgt definiert:

Gesamtheit aller geplanten Vorgänge, die der Vereinzelung von Mehrkörpersystemen zu Baugruppen, Bauteilen und/oder formlosen Stoff dienen.

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