Çamaşır makinesinde yıkama performansını artırmak için geliştirilen vorteks kanat konseptine enerji taşıma alternatifleri
Energy transmission alternati̇ves for vortex paddle concept which are developed to increase washing performance on washing machine
Yazar: NİHAL YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde tüm sektörlerdeki teknolojik gelişmeler ile birlikte insan hayatını
kolaylaştıran makineler üzerinde yapılan çalışmalar da artmaktadır. Zamanın en
değerli kaynak olması, az uğraş ile maksimum iş yapan sistemlerin kullanımını
artırarak bu duruma uygun sistemleri geliştirmenin gerekli hale geldiğini
göstermektedir. Özellikle ev içi kullanımına uygun makinelerin estetik, verimlilik ve
fonksiyonellik gibi özellikleri, şirketlerin AR-GE bölümlerinin öncelikli çalışma
konuları arasındadır. Çamaşır makineleri de son 100 yılda evrimleşen ve sürekli
otomatikleşen, her evin olmazsa olmazı bir dayanıklı tüketim ürünüdür. Kullanımının
yaygınlığı ve marka yoğunluğunun yarattığı rekabet göz önünde bulundurulduğunda
bu koşullar altında devamlılık ve büyüme sağlamayı hedefleyen firmaların
teknolojilerini sürekli geliştirmesi gerektiği aşikardır.
Arçelik A.Ş. AR-GE departmanlarında, insan hayatını kolaylaştıran çamaşır
makineleri üzerine birçok araştırma yapılmaktadır. Arçelik A.Ş., rakiplerinin
makinelerine eklediği yeni özellikleri, yaptıkları patent başvurularını ve yatırım
yaptıkları teknolojileri sürekli takip etmesinin yanında mevcut ürünlerinin
problemleri ve geliştirmeye açık alanları üzerine de birçok araştırma yapmaktadır.
Kullanıcıların temel ihtiyaçlarını anlamak, gerçek problemlerine ulaşmak için ise
kullanıcı araştırmaları, anketler ve birebir görüşmeler gibi birçok yoldan çalışmalar
yürütmektedir. Bu çalışmalar neticesinde çıkarılan kullanıcı temel iç görülerini ise
enerji, performans, tasarım, tekstil koruma, kolaylık sağlama ve hijyen olarak
sınıflandırmak mümkündür.
Temel görevi ev işlerinde kolaylık sağlamak ve çamaşırları temizlemek olan çamaşır
makinesinin en kuvvetli iç görüsünü, performans ve kolaylık sağlama olarak
değerlendirmek yanlış olmayacaktır. Rekabette farklılaşma, kullanıcının konforunu
artırıp zaman kazandıran, çamaşır yıkama performansı yüksek makineler
tasarlamakla mümkün olacaktır.
Bu tez çalışmasında da çamaşır makinelerinin yıkama performansının artırılması için
tasarlanan bir konsept olan vorteks kanat incelenmiştir. Vorteks kanat üzerindeki
hareketli parça sayesinde çamaşırlara uygulanan mekanik etkinin artırılacağı
öngörülmüştür. Hareketli parçanın döndürülmesi için tambur içerisine enerji
aktarılması probleminin çözülmesi ise bu tezin amacını oluşturmaktadır.
Çalışma süresince, çamaşır makinesinin tarihi gelişimi ve makinenin genel çalışma
prensibi kapsamında yapısal komponentler ve sistem çalışması üzerine incelemeler
yapılmıştır. Yıkama performansının artırılması ile ilgili yapılan deneyler ve enerjinin
aktarılması ile ilgili var olan farklı metotlar incelenmiştir. Hareketli kanat tasarımları
ve enerjilendirme metotları ile ilgili patent araştırmaları da yapılmıştır.

Tasarım kriterlerinin belirlenmesi için vorteks kanat detayı incelenmiştir. Literatür ve
patent araştırmaları ışığında farklı enerji iletme metotları içeren dört ayrı tasarım
alternatifi şematik olarak çizilmiştir. Alternatiflerin doğru değerlendirilmesi için
sistem hedefleri ve bu hedeflerin alt kırınımları -ağırlıkları belirlenerek- açıklanmış
ve objektif olması açısından alternatifler bir grup tarafından oylanmıştır. Seçilen
konseptin detay tasarımının yapılabilmesi için kanat üzerine gelecek yük hesabı
yapılıp motor seçilmiş ve bu seçimlere göre boyutlar belirlenmiştir.
Tasarımın yapılacağı makine belirlenmiş ve bu bilgiler ışığında CAD ortamında
tasarım yapılmıştır. Sistemin fonksiyonel ve emniyetli çalışması için enerji iletimi ve
sızdırmazlık başlıkları üzerine detaylı çalışmalar yapılmıştır. Mevcut parçalardan
mil, flanş ve kasnak cıvatası üzerinde yapılacak revizyonlar ile yeni tasarımdaki
elemanların mevcut makineye adaptasyonu sağlanmıştır. Tasarım yapılırken montaj
kurgusu da oluşturulmuş ve aktarılmıştır. Sistemin tasarım ve montaj hatalarını
görebilmek ve sistemi teste tabi tutabilmek için farklı üretim metotları ve malzemeler
kullanılarak prototipleme işlemi yapılmıştır.
Çalışmanın sonuç kısmında yapılan çalışmanın faydaları ve projenin devamında
gerçekleşebilecek çalışmalar aktarılmıştır. Ayrıca tambur içerisine elektrik
enerjisinin aktarımı sayesinde gelecekte yapılabilecek çalışmalar incelenmiştir.
Yıkama performansını artıracak ve kullanıcı hatalarını azaltacak komponentlerin
kullanımına olanak tanıyan bu çalışmanın gelecek çalışmalara ilham olması
amaçlanmıştır.
Bu çalışma, Arçelik A.Ş. Merkez AR-GE direktörlüğünde yürütülen bir projedir. Bu
proje kapsamında makine incelenmesi, katı modelleme ve prototiplemenin tüm
evrelerinde Arçelik A.Ş.'nin imkânları kullanılmıştır.

Abstract:
Nowadays, studies on the machines which make human life easier are increasing
with improvements in all sectors. Time, as the most valuable resource, shows that
systems which do maximum work with minimum effort are used more and it is vital
for firms to develop systems like to this. Especially, indoor machines' qualities like
esthetics, productivity and functionality are in the priority study subjects of
companies' R&D departments. In the last 100 years, washing machines have been
evolving and becoming more automatic as an inevitable durable consumption
product in houses. Considering the usage prevalence and the number of brands in
competition, it is apparent that companies must continuously innovate if they want to
endure in these difficult conditions.
Washing machines that simplify human life have been researched and it is being
researched in Arçelik Inc. R&D department. Besides adding new qualities, applying
to patents and pursuing technologies that are invested, Arçelik research's about
problems of current products and its developable parts. Also, Arçelik conducts
studies about consumers by making surveys and doing face to face meetings in order
to see consumer's basic needs and real problems. As a result of these studies, it is
possible to be classified consumer's insights as energy, performance, design, fabric
care, convenience and hygiene.
Main duties are washing machines are providing convenience in house works and
cleaning clothes, so it would not be wrong to evaluate the most important insights of
washing machines as performance and providing convenience. Differentiation in
competition will be possible by designing consumer's comfort enhancing, time
saving and high performanced washing machines.
In this thesis, vortex paddle which is a concept to be designed in order to increase the
performance of washing machine is studied. Increasing the mechanic effect on textile
is to be predicted through the moving part on the vortex paddle. The goal of this
thesis is to solve the problem about transferring energy into drum to rotate the
moving part.
During the study, historical development of washing machine has been researched.
To understand the needs of the washing machine and avoid damage to the existing
system, machine's structural components and systems within machine's general
working principle have been investigated. Experiments about improving washing
performance have been analyzed. By deducting from these experiments, it has been
decided that how and when vortex paddle should work. Various methods about
energy transfer have been investigated and these methods have been used when

searching for solution alternatives. Movable paddle designs and powering methods
patents have been researched. While creating solution alternatives, differentiation
from these patents has been an important criterion.
To determine criterions for design, vortex paddle design has been inspected in detail.
In consideration of the literature and patent researches have been schematized as four
different design alternatives that includes different energy transfer methods. Each
alternative has its own advantages and disadvantages. To evaluate the alternatives,
system targets and their bottom diffraction weights have been explained and judged
them by a group for unbiased results. To create detailed design of the selected
concept, engine has been chosen and load design of paddle and sizes have been
calculated.
Machine that will be used for design has been determined and designed on CAD
software in consideration of these information. For a functional and safe system,
energy transfer method and impermeability have been studied in detail. With
minimum cabling, new energy transmission paths have been determined and adapted
to the system. For these purpose, several methods in the market have been
investigated. New sealing elements have been adapted to the system by examining
the existing sealing elements of the washing machine. Adaptation between existing
units have been provided by making revisions on shaft, flange and pulley screw.
While designing, montage scenario has been made and given.
Prototyping has been done in order to see system errors and montage failures. Metal
parts have been produced by CNC and metal injection methods and plastic parts have
been produced by using different 3D printing methods and different materials.
At the end of research, benefits of project and developments have been explained
later on the project. By means of concept that has been work on design in detail, the
energy coming from the washing machine mainboard directly activates the motor in
the drum. Thanks to the communication between the motor in the vortex paddle and
washing machine mainboard, operating mode of vortex paddle can be changed with
the program that selected by the user. In order to prevent the delicate fabric from
textile abrasion, the rotational parts will remain stationary and paddle will perform
the functions of lifting textiles and intaking water as an existing paddle does. In
stained laundry washing program, the vortex paddle will improve the washing
performance with movements such as continuous rotation in one direction or turning
left and right at regular intervals to create scrubbing effect. In this way, more
controlled washing algorithms will be provided to the users.
Also, because of electric energy transfer in to the drum, researches that can be made
in future have been investigated. Another benefit of transferring electrical energy
into the drum is that it is possible to operate many electronic components inside the
drum. By increasing the control mechanisms of the washing machine, it is possible to
gain benefits such as increasing washing performance, decreasing user errors or
creating more convenient washing machine for users. Therefore, it will be possible to
control the drum which is the part that users intervene during washing process by
adding new features to the drum. These features to be added to the drum which is the
part that laundries directly contact with the machine, the can be listed as detecting
fabric type, color and stain amount.

This study provides components which are able to increase the washing performance
and decrease user errors. The material from this thesis can be used to inspire future
studies.
This project has been directed by Arçelik Inc. Central R&D. Within this project,
Arçelik Inc' s opportunities have been used while researching machines, solid
modeling and prototyping.