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Verfahren zum Waschen und Reinigen und Waschmaschine zur
Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Waschen und Reinigen von Kleidern, Stoffen, Geschirr,
Obst u. dgl. in einer in Umlauf gebrachten und in Schwingungen versetzten Waschflüssigkeit und eine
Waschmaschine zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren und Maschine haben jedoch insofern einen grösseren Anwendungsbereich als sie zusätzlich zum häuslichen oder gewerblichen Reinigen von Töpfer- waren, Gläsern u. dgl. sowie von Gemüse und auch zum Reinigen und Waschen des Körpers von Menschen und Tieren, in gewerblichen Verfahren, z.
B. zum Entfetten und Reinigen von Gegenständen und deren
Teilen, für ein dem Sandblasverfahren gleichwertiges Verfahren, in welchem fein verteiltes Schleifmaterial der Flüssigkeit beigegeben ist, in welche die zu behandelnden Gegenstände eingetaucht werden, für die technische Reinigung von Uhrsteinen sowie Uhr-und ähnlichen Präzissionsteilen und Mechanis- men, für verschiedene Formen chemischer Behandlung, z. B. zum Färben und Bleichen von Kleidern, Stoffen, Garnen u. dgl., für das Waschen von Materialien wie Filmen und Drucken, in photographischen Verfahren usw. benützt werden können.
Es sind Maschinen bekannt, in denen ein Waschen und Reinigen dadurch bewirkt wird, dass einem Flüssigkeitskörper, der die zu behandelnden Gegenstände enthält, Ultraschallschwingungen aufgezwungen werden. In solchen Maschinen werden die Ultraschallschwingungen gewöhnlich mit Hilfe von piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schwingungssystemen erzeugt, die normalerweise elektronische Einrichtungen, insbesondere die Erzeugung eines hochfrequenten Wechselstromes erfordern. Diese Maschinen sind daher in der Herstellung und in der Benützung teuer. Ausserdem sind solche Schwingungserzeuger nicht sehr leistungsfähig, wenn die Temperatur der Flüssigkeit erhöht wird.
Wenn solche Maschinen zum Waschen von Kleidungsstücken u. dgl. verwendet werden, ergibt sich, dass sie weniger leistungsfähig sind als man erwarten könnte. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, dass die Ultraschallschwingungen bei ihrem Weg durch die Waschflüssigkeit, die gewöhnlich eine grosse Menge von Luftblasen enthält, so vermindert werden, dass in den Teilen des Behälters, die entfernt von dem Schwingungserzeuger liegen, wenig oder keine Ultraschallschwingungen mehr vorhanden sind.
Versuche, die Wirksamkeit von Ultraschallwaschmaschinen dadurch zu verbessern, dass man die Amplitude der erzeugten Schwingungen vergrössert, schlagen fehl, da Kleidungsstücke oder andere Textilgegenstände, die gewaschen werden, leicht zerstört werden, wenn Schwingungen mit hoher Energie in der Nähe des Schwingungserzeugers auf sie einwirken. Ausserdem müssen bei häuslichen Waschmaschinen auch die biologischen Wirkungen von Ultraschallschwingungen mit hoher Energie in Betracht gezogen werden, da der Benützer einer solchen Waschmaschine gefährdet werden kann.
Es sind ferner Waschmaschinen bekanntgeworden, die eine einfache Type eines Oszillators aufweisen, der keinen Flüssigkeitsstrom erzeugt. Ein solcher Vibrator kann offenbar nicht zwei verschiedene Schwingungen hervorbringen, die für einen besonderen Wascheffekt benötigt werden. Allenfalls erzeugte Schwingungen höherer Frequenz werden stets nur in Abhängigkeit von der Grundfrequenz entstehen und nicht vollkommen unabhängig voneinander erzeugt werden können. Ebenso sind einfache Waschmaschinen bekannt, die ein Zentrifugalflügelrad zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstromes aufweisen. Schliesslich sind auch Waschmaschinen bekannt, bei denen Schwingungen in einem Flüssigkeitsstrom erzeugt werden,
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aber diese Schwingungen haben nur eine Frequenz.
Demgegenüber ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Waschflüssig- keit gleichzeitig wenigstens eine im Hörschallbereich und eine im Überschallbereich liegende Schwingung aufgedrückt werden. Für den Umlauf des Waschgutes ist die Gleichstromkomponente vorgesehen.
Die verbesserte Waschmaschine gemäss der Erfindung ist so ausgebildet, dass für die Erzeugung des
Flüssigkeitsstromes und der Schwingungen in an sich bekannter Weise ein rotierendes Flügelrad und ein dieses umgebender, mit Austrittsöffnungen versehener Ablenkring oder ein solches, das Rad umschlie ssendes Gehäuse vorgesehen sind, und dass das Rad oder das Rad und das Gehäuse bzw. dessen Öffnungen zur gleichzeitigen Erzeugung von hörbaren und von Ultraschallschwingungen ausgebildet sind. Zweck- mässigerweise ist zur Erzeugung von Schwingungen im Überschallbereich ein fester Körper, insbesondere ein Ring nahe dem Flügelrad vorgesehen und die einander zugekehrten Flächen des Rades und des festen
Körpers sind mit sich radial erstreckenden Erhebungen und Vertiefungen versehen.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist das von einem an sich bekannten Umlenkring umgebene Flügelrad mit einer zylindrischen Hülse versehen, die eine Vielzahl axial und peripher zueinander versetzt angeordneter
Schlitze aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren und die verbesserte Maschine eine bessere Wasch- und Reinigungswirkung erzielbar ist, als man sie von den gegenwärtig verfügbaren Maschinen erhalten kann. Dies dürfte wenigstens teilweise darauf zurückzuführen sein, dass die Amplitude der Schwingungen mit höherer Frequenz an Stellen der Flüssigkeit, die entfernt von der Schwingungs- quelle liegen, viel grösser ist als man sie erhalten kann, wenn solche Schwingungen mit höherer Frequenz allein benützt werden, wie dies früher vorgeschlagen worden ist. Dieses Ergebnis rührt offensichtlich daher. dass die einer Schwingung mit niederer Frequenz, die selbst die Waschflüssigkeit leichter durchdringen kann, überlagerten Schwingungen mit höherer Frequenz nicht so rasch abgeschwächt werden als dies der Fall ist. wenn sie allein benützt werden.
Dies ermöglicht dementsprechend ein bedeutend wirkungsvolleres Waschen, da Kleidungsstücke und andere zu waschende oder zu reinigende Gegenstände in allen Teilen des Behälters von den Schwingungen mit höherer Frequenz beeinflusst werden, selbst dann, wenn die Amplitude dieser Schwingungen auf einem verhältnismässig niederen und daher sicheren Wert gehalten wird. Ferner kann der Flüssigkeitsstrom so eingerichtet werden, dass er die zu behandelnden Gegenstände im Behälter zirkulieren und sich umwenden lässt ; dies gilt insbesondere für Maschinen zur Behandlung von Textilgegenständen, Kleidungsstücken u. dgl.
Zum klaren Verständnis der Erfindung werden nachstehend einige Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen sind ein zentraler lotrechter bzw. ein waagrechter Schnitt durch eine Ausführungsform einer Waschmaschine gezeigt. Die Fig. 3, und 4 stellen einen teilweisen lotrechten bzw. einen waagrechten Schnitt durch eine andere Form einer Waschmaschine dar. Die Fig. 5 gibt teilweise im Schnitt eine Abänderung der Maschine gemäss den Fig. 1 und 2 wieder. Fig. 6 zeigt eine Weiterentwicklung einer Einzelheit der Fig. 5. Die Fig. 7,8 und 9 lassen teilweise im Schnitt weitere Ausbildungsformen der Maschine nach den Fig. 1 und 2 erkennen.
In den Fig. 1 und 2 ist eine für das Waschen von Kleidungsstücken, vorzugsweise im Haushalt, geeignete Waschmaschine gezeigt. Die Maschine umfasst ein Gehäuse 1, in dem eine Wanne 2 mit im allgemeinen rechteckigem Querschnitt angeordnet ist. In der Mitte des Bodens der Wanne ist die erfindungsgemässe Einrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstromes angeordnet, dem wenigstens zwei Schwingungen mit verschiedener Frequenz aufgedrückt werden ; im folgenden wird diese Einrichtung Schwingungserzeuger 3 genannt.
Der Schwingungserzeuger 3 umfasst ein Flügelrad 4, das drehbar am oberen Ende einer Welle 5 eines Elektromotors 6 befestigt ist. Der dargestellte Motor ist ein Motor mit axialem Luftspalt und umfasst einen Rotor 7 und einen Stator 8 ; es kann jedoch jede andere Motortyp benützt werden, wenn dies wün- schenswert erscheint. Der Motorrahmen 9 weist eine mit einem Flansch versehene Lochplatte 10 auf und ist am Boden 11 der Wanne 2, z. B. durch Anschrauben des Flansches 12 befestigt. Am Mittelteil der Lochplatte 10 ist ein mit einem Gewinde versehener hohler Zapfen ausgebildet, der sich in die Wanne erstreckt. Auf diesen Zapfen ist eine mit einem Rand versehene ringförmige Platte 14 geschraubt, die (nicht dargestellte) Öffnungen aufweist, durch die Flüssigkeit zur Mitte des Flügelrades strömen kann.
Dieses Flügelrad besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einer Scheibe 15, die an. ihrer unteren Fläche mit mehreren, beispielsweise acht, sich axial und radial erstreckenden Flügeln 16 versehen ist ; diese Scheibe ist so angeordnet, dass die radial verlaufenden Kanten 17 der Flügel nahe an einem fixen, als Ablenkring 18 dienenden, ringförmigen Teil liegen. Dieser ringförmige Teil ist an der Platte 14 be-
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festigt und trägt seinerseits eine kuppeiförmige Haube oder ein Gehäuse 19 für das Flügelrad. Der Innenumfang des Umlenkringes bzw. Gehäuses weist nur einen geringen Abstand von den sich axial erstreckenden Kanten 20 der Flügel 16 auf und besitzt ausserdem mehrere kreisbogenförmige Schlitze 21, durch welche unter der Wirkung des Flügelrades Flüssigkeit in das Innere der Wanne geschleudert wird.
Vorzugsweise sind vier Schlitze 21 vorgesehen ; wie Fig. 2 zeigt, erstreckt sich jeder von ihnen etwa über ein Viertel des Umfanges des Gehäuses. Im Betrieb wird dann der zwischen jedem der acht Flügel 16 durch die Drehung des Flügelrades 4 erzeugte Flüssigkeitsstrom periodisch unterbrochen und demgemäss werden dem Flüssigkeitsstrom durch jeden Schlitz Schwingungen aufgedrückt, die eine Frequenz von 200 Hz haben, wenn die Motordrehzahl 1500 Umdr/min beträgt.
Das Flügelrad 4 ist aus einem geeigneten harten elastischen Material hergestellt, z. B. Bronze, Kanonenmetall (Rotguss), Glas oder Keramik, und ist so ausgebildet, dass seine Eigenschwingungsfrequenz vorzugsweise schon im Überschallbereich liegt, beispielsweise bei etwa 18000 Hz. Die Hauptschwingungsart ist vorzugsweise eine axiale und relativ zum Mittelpunkt des Flügelrades, der ein Knoten sein kann. Eine solche Schwingung, die bloss durch den Flüssigkeitsstrom erregt werden kann, wenn das Flügelrad rotiert, bewirkt, dass sich der Umfang des Flügelrades in axialer Richtung bewegt und diese Bewegung erzeugt abwechselnd eine Kompression und eine Verdünnung der zwischen dem Flügelrad 4 und dem ringförmigen Teil 18 und zwischen jedem Flügel befindlichen Flüssigkeit.
Infolgedessen wird der Flüssigkeitsstrom mit der Schwingungsfrequenz des Flügelrades moduliert und dementsprechend werden dem Flüssigkeitsstrom durch die Schlitze 21 Schwingungen mit verhältnismässig niederer Frequenz, nämlich 200 Hz, und auch mit verhältnismässig hoher Frequenz, nämlich 18000 Hz, überlagert.
Die Schlitze 21 im Gehäuse liegen vorzugsweise auf einer Kegelfläche, deren Spitze nach abwärts gerichtet ist, und durchdringen den Randbereich des Gehäuses 19 in einem zur Welle 5 nach unten geneigten Winkel. Ein unter der Wirkung des Flügelrades 15 durch die Schlitze getriebener Flüssigkeitsstrom weist dann eine Bewegungskomponente auf, die tangential zu einem Kreis liegt, der seinen Mittelpunkt auf der Kegelachse hat. Diese Massnahmen bewirken, dass die zu waschenden Gegenstände in der Wanne zirkulieren und vom Boden abgehalten werden.
Um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit in der Wanne zurück zum Flügelrad zirkuliert, ist eine Wand, in der Zeichnung die linke Wand 23, durchlöchert ; sie hat von der Wand 24 einen Abstand, um einen Durchlass für den Rückfluss zu gewährleisten. Aus demselben Grund ist die Wanne mit einem falschen Boden 25 versehen, der im Abstand über dem richtigen Boden 11 angeordnet ist. Zur Vereinfachung des Zusammenbaues ist das Gehäuse 19, z. B. mittels eines Bajonettverschlusses, abnehmbar am ringförmigen Teil 18 befestigt und mit einem Flansch 26 versehen, der an der oberen Fläche des falschen Bodens 25 dichtend aufsitzt.
Die dargestellte Maschine weist eine elektrische Heizeinrichtung 27 und eine Pumpe 28 auf, die von einem kleinen Elektromotor 29 angetrieben wird, so dass die Wanne, wenn nötig, entleert werden kann.
Die Fig. 3 und 4 zeigen andere Ausbildungsformen der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Maschine auf. Die Anordnung des Schwingungserzeugers ist im wesentlichen dieselbe. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen benannt und nur die Unterschiede zwischen den beiden Konstruktionen werden im einzelnen beschrieben.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Befestigungsmöglichkeit für den Schwingungserzeuger auf dem Boden 11 der Wanne. Hiezu ist die Platte 14 des Schwingungserzeugers 3 mit einem mit Gewinde versehenen hohlen Zapfen 34 ausgestattet, der durch eine Öffnung am Boden 11 gesteckt und an diesem mittels einer Mutter 35 befestigt ist. Die dargestellte Anordnung zeigt auch ein sehr einfaches Mittel zur Befestigung des Motors 6, dessen Körper auf den Zapfen 34 aufgeschraubt und mittels einer Mutter 36 festgesetzt ist.
Bei einer Waschmaschine kann die Umkehr des Drehsinnes des Motors dazu benützt werden, die Stärke der Waschwirkung zu verändern. In der Anordnung gemäss den Fig. 3 und 4 ist dies dadurch erreicht, dass der im Umfang des Gehäuses 19 vorgesehene Schlitz 21 sich, abgesehen von wenigen schmalen, aus mechanischen Gründen vorgesehenen Rippen, nur um einen Teil des Umfanges, z. B. über einen Winkel von etwa 1800, erstreckt.
Wenn dann der Schwingungserzeuger unsymmetrisch in der Wanne 2 angeordnet wird, die einen ovalen Querschnitt haben kann, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, dann kann die Lage des Schlitzes 21 im Verhältnis zur Wand der Wanne so ausgewählt werden, dass für die eine Drehrichtung der vom Schwingungserzeuger emittierte Flüssigkeitsstrom hauptsächlich gegen den nächst- gelegenen Wandteil gerichtet ist, während für die andere Drehrichtung der Flüssigkeitsstrom entlang der Wand und gegen das Innere der Wanne gerichtet ist.
Wenn, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt, das Zentrum des Schlitzes 21 in dem oberen und linken Teil des Schwingungserzeugergehäuses 19 liegt, dann
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einer Frequenz zu schwingen, die durch die Anzahl der Erhebungen und Vertiefungen auf dem Flügelrad und dem Ring sowie durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Flügelrades bestimmt ist. In der Praxis war es möglich, etwa 650 Erhebungen und Vertiefungen vorzusehen, die bei einer Motordrehzahl vom
1500 Umdr/min eine Schwingungsfrequenz von etwa 16500 Hz ergeben. Die Erhöhungen und Vertiefuni gen können sehr klein gehalten sein und durch Bearbeitung oder während der Herstellung des Flügelrades und des Ringes durch einen Guss-oder Gesenkschmiedevorgang gebildet werden.
In der Praxis ergibt die Anordnung sehr kräftige Schwingungen, wobei die Wirkung dadurch gesteuert werden kann, dass der Abstand des Ringes 49 vom Flügelrad 4 verändert wird. Die mit Bezug auf die
Fig. 7-9 beschriebene Anordnung kann selbstverständlich auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Es I könnte z. B. der Ring 49 durch eine entsprechende, vom Inneren des Gehäuses selbst gebildete Ausstül- pung ersetzt sein, während im wesentlichen dasselbe Ergebnis auch erhalten werden kann, indem die sich radial erstreckenden Erhöhungen und Vertiefungen an der Oberfläche eines Ablenkringes 18 und an den sich radial erstreckenden Kanten 17 der Flügel 16 des Flügelrades ausgebildet werden.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass das Flügelrad kräftige Schwingungskomponenten im Ultraschall- bereich erzeugt, wenn es aus hartem elastischem Material, z. B. aus Hartbronze, Chromstahl, Glas oder einem geeigneten keramischen Stoff hergestellt ist ; durch ein : entsprechende Auswahl der geometri - sehen Gestalt des Flügelrades und der charakteristischen Koeffizienten des Materials, aus dem esherge- stellt ist, kann die Schwingungsfrequenz gemäss den Erfordernissen über einen weiten Bereich gesteuert werden.
Unter Umständen können sich Schwingungen mit mehreren verschiedenen Frequenzen ergeben ; dies ist jedoch kein Nachteil, wenngleich die Erfindung die Möglichkeit nicht ausschliesst, nur Schwingungen mit bloss einer verhältnismässig hohen Frequenz zu benützen. Die Frequenz, dieser Schwingungen ist im allgemeinen nicht kritisch und ex hast sich gezeigt, dass gute Ergebnisse durch die Benützung von Fre- quenzen im Bereich bis zu 40000 Hz erhalten werden.
Hinsichtlich der Schwingungen mit verhältnismässig niederer Frequenz hat sich eine Frequenz oder ein Frequenzband innerhalb des Bereiches von 50 bis 2000 Hz als geeignet erwiesen. Solche Frequenzen können mit einer sehr einfachen Form eines Flügelrades erreicht werden, das mit einer Drehzahl von et- wa 1500 Umdr/min angetrieben wird ; dies ist eine geeignete Geschwindigkeit für einen Elektromotor, der normalerweise zum Antrieb des Flügelrades benützt wird.
Die tatsächliche Frequenz der Schwingungen mit niederer und höherer Frequenz wird selbstverständ- lich entsprechend dem geplanten Verwendungszweck der Maschine ausgewählt.
In der erfindungsgemässen Maschine, besonders wenn sie zum Waschen von Kleidungsstücken u. dgl. benützt wird, sind die Schlitze oder Öffnungen im Gehäuse vorzugsweise so angeordnet, dass dem aus ihnen austretenden Flüssigkeitsstrom eine Drehungskomponente überlagert wird. so dass die zu waschen- den Gegenstände in der Wanne oder in dem Behälter zirkulieren und immer wieder umgewendet werden, während sie sich bewegen. In solchen Maschinen soll jedoch der Flüssigkeitsstrom nicht die scheuernde
Wirkung besitzen, die er in vielen bekannten Typen von Maschinen zum Waschen von Bekleidungs- stücken aufweist, und da die Bewegung der Gegenstände nicht annähernd so heftig ist wie in diesen be- kannten Maschinentypen, werden die zu waschenden Gegenstände einer viel sanfteren Behandlung unter- worfen.
Für gewerbliche Zwecke können jedoch sowohl die Schwingungsenergie als auch die Geschwindig- keit des Flüssigkeitsstromes erhöht werden. Ausserdem können in solchen Fällen auch mehrere Schwin- gungserzeuger benützt werden und die Schwingungserzeuger können sowohl an den Wänden als auch am
Boden des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein oder können sogar auch von oben herabhängend ange- bracht werden, so dass sie in die Flüssigkeit eingetaucht sind. Es ist auch möglich, den Schwingungserre- ger ausserhalb des Behälters anzuordnen, wobei der Schwingungserreger dem Behälter einen Flüssigkeitstrom zuführt, der Schwingungen sowohl mit niederer als auch mit höherer Frequenz ausführt.
Der Schwingungserzeuger kann selbstverständlich auch mit einem Flüssigkeitsbehälter benützt wer-
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Der erfindungsgemässe Schwingungserzeuger kann für viele Zwecke benützt werden, bei denen es erforderlich ist, in einer Flüssigkeit Schwingungen hervorzurufen ; beispielsweise können hier die Reinigung von Filtereinsätzen und die Behandlung von Flüssigkeit/Flüssigkeit-oder von Flüssigkeit/Festkör- permischungen zur Erzeugung von Emulsionen oder Suspensionen erwähnt werden.
Der Schwingungserzeuger konnte auch therapeutischen Zwecken nutzbar gemacht werden, da die
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Schwingungen eine Art von Massage für jeden Teil eines lebenden Körpers ergeben, der in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, in der Schwingungen erzeugt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Waschen und Reinigen von Kleidern, Stoffen Geschirr, Obst u. dgl. in einer in Umlauf gebrachten und in Schwingungen versetzten Waschflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Waschflüssigkeit gleichzeitig wenigstens eine im Überschallbereich und eine im Hörschallbereich liegende Schwingung aufgedrückt werden, wobei für das Umwälzen des Waschgutes die Gleichstromkomponente vorgesehen ist.