<Desc/Clms Page number 1>
Flüssigkeitspumpe mit Elektromotorenantrieb
Die Erfindung betrifft eine Flilssigkeitspurnpe mit Elektromotorenantrieb, insbesondere eine Zirkula- tionspumpe für Zentralheizungs-und Warmwasserversorgungsanlagen, mit Nassläufer, wobei Rotor und
Stator des Elektromotors durch einen dünnen Mantel, ein sogenanntes Spaltrohr, getrennt sind.
In bekannten Pumpen der erwähnten Art ist die für die Rotoren des Motors und der Pumpe gemeinsame Welle entweder als eine übliche massive Welle, die in Gleitlagern im Pumpengehäuse gelagert ist, oder als eine Rohrwelle, die auf einer stationären Trägerwelle gelagert ist, ausgebildet. Bei diesen beiden Lagerkonstruktionen wird man, um einen möglichst lautlosen Gang der Pumpe zu erreichen, bestrebt sein, das Spiel der Lager so klein wie möglich zu halten, wodurch aber oft Nachteile entstehen, da sich Unreinheiten in der Pumpenflüssigkeit, wie Rost, Zunderreste und Kalk, die in der Pumpe niedergeschlagen werden, in den Lagern festsetzen und dadurch den Rotor blockieren.
Bei Zirkulationspumpen in Hausinstallationen sind solche Betriebsstockungen besonders nachteilig, weil bei solchen Installationen normalerweise kein sachkundiges Bedienungspersonal zur Beaufsichtigung der Anlage vorhanden ist. Es ist auch schwierig, bei den bekannten Pumpen eine betriebssichere Festlegung der Rotorwelle in axialer Richtung herzustellen. Eigentliche Drucklager neigen zu Reibungen und zum Festfressen, und man hat deshalb versucht, mittels verschiedener Einrichtungen zur hydraulischen Ausbalanzierung der Axialkräfte des Rotoraggregates eine direkte axiale Berührung zwischenrotierendenundstationären Teilen zu vermeiden. Diese Einrichtungen sind kompliziert und verteuern die Herstellung der Pumpen. Wenn die Pumpe senkrecht angeordnet ist, kann das obere Lager in gewissen Fällen infolge fehlender Schmierung beschädigt werden, z.
B. wenn die Pumpe bei der Installation nicht korrekt entlüftet wird, so dass sich im Lager Luft ansammelt, welche den Zutritt von Flüssigkeit zur Schmierung der Lagerflächen hindert.
Die Erfindung bezweckt, den aufgezeigten Schwierigkeiten und Nachteilen bei den bekannten Pumpen abzuhelfen, und das für die Erfindung Eigentümliche besteht darin, dass die für die Rotoren des Motors und der Pumpe gemeinsame Welle in Spitzenlagern gelagert ist und dass die Welle einer nachgiebigen, axialen Vorbelastung unterworfen ist. In dieser Beziehung umfasst der Ausdruck Spitzenlager jedes Lager, dessen zusammenwirkende Lagerflächen genau oder im wesentlichen kegelig sind. Somit kann eine der Lagerflächen leicht gekrümmte Erzeugende haben.
Hiedurch wird in besonders einfacher und deshalb billiger Weise eine Lagerung erreicht, bei der die Neigung der Welle, sich auf Grund von Unreinheiten in der Pumpenflüssigkeit festzusetzen, wesentlich herabgesetzt und dadurch die Betriebssicherheit der Pumpe erhöht wird. Der relativ grosse spezifische Lagerdruck wirkt dem Eindringen von Fremdkörpern, wie Rost oder Kalk, zwischen den Lagern entgegen, und falls ein solcher Fremdkörper trotzdem in das Lager eindringen sollte, wird der Lagerdruck in der Regel imstande sein, ihn zu Pulver zu zerdrücken, das weniger dazu geneigt ist, die Welle zu blockieren. Da ein eventuell eindringender Fremdkörper auf einen ganz kleinen Radius wirkt, wird dessen Bremsmoment auf die Welle auch wesentlich geringer als bei einem gewöhnlichen Gleitlager sein.
Die axiale Vorbelastung hat zur Folge, dass eine sichere Lagerung auch bei Längenänderungen der Welle beibehalten wird. Spitzenlager von der mit der Erfindung vorgeschriebenen Art sind ferner imstande, selbst ohne Zufuhr von Schmiermitteln während längerer Zeit zufriedenstellend zu funktionieren, wenn die Lagerflächen aus Werkstoffen her-
<Desc/Clms Page number 2>
gestellt sind, welche eine entsprechend den obengenannten hohen Lagerdrücken hohe Härte besitzen, z. B.
Hartmetall. Es hat sich zudem gezeigt, dass Lager aus diesen Werkstoffen, wenn sie trocken laufen, ein lautes Pfeifen erzeugen, so dass das Bedürfnis einei Entlüftung der Pumpe vom Lager selbst angezeigt wird.
Gemäss der Erfindung kann die Grösse der axialen Vorbelastung einstellbar sein, - wodurch man die Möglichkeit erhält, einen eventuellen kräftigen Verschleiss in den Lagern auszugleichen, der sonst zu einer uagewünschten Herabsetzung des Anlagedruckes in den Lagern führen könnte.
Die Herstellung der axialen Vorbelastung wird gemäss der Erfindung zweckmässig dadurch erreicht, dass der stationäre Teil des einen Spitzenlagers in einer nachgiebigen Membran montiert ist, während der entsprechende Teil am andern Ende der Welle relativ zum Pumpengehäuse axial fixiert ist. Die Membran kann vorteilhaft so hergestellt sein, dass sie in unbelastetem Zustand gewölbt ist und bei der Montage in entgegengesetzter Richtung etwas über ihre ebene Stellung hinaus deformiert ist.
Durch geeignete Wahl der Deformationen der Membran lässt sich erreichen, dass die Stellung der Membran - die nach dem allmählichen Verschleiss der Lager variiert-während der ganzen Lebensdauer der Pumpe fast eben ist, was zu einem Mindestmass der Durchmesseränderung bei der Membran führt und deshalb engere Toleranzen zwischen der Membran und dem Pumpengehäuse ermöglicht. Sofnit wird ein gutes Zentrieren mit Beibehalten der Beweglichkeit des Lagers erreicht. Wenn die Membran ausserdem an dem Ende der Pumpe liegt, wo der Pumpenrotor angeordnet ist, wird die Wirkung des Spielraums zwischen der Membran und dem Gehäuse auf das Zentrieren des Motorenrotors weiterhin herabgesetzt.
Durch Anordnung eines am Mantel dichtschliessenden Füllkörper, der den zwischen Motorenrotor und Pumpenkammer liegenden Teil der Pumpenwelle mit einem relativ engen Spalt umschliesst, kann gemäss der Erfindung die Menge der im Mantel stehenden Flüssigkeit und deren Zirkulation herabgesetzt werden, so dass die Gefahr des Eindringens von Fremdkörpern von der Pumpenflüssigkeit zum Lager des Motorteils und in die Spalte zwischen dem Rotor und dem Mantel geringer wird.
Gemäss der Erfindung kann das feste Lager am Ende eines im Mantel zwischen Rotor und Stator befestigten Zapfens montiert sein, der flüssigkeitsdicht durch das Statorgehäuse geführt ist und der eine axiale Bohrung aufweist, deren äusseres Ende mit einem Entlüftungsorgan geschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform Ist der Zapfen sowohl an der Endwand des Mantels als auch an einer innen im Mantel dicht am Motorenrotor befestigten, durchbohrten Stützwand befestigt, und die axiale Bohrung des Zapfens steht durch mindestens eine Querbohrung in Verbindung mit der Kammer zwischen der Endwand des Mantels und der Stützwand.
Hiedurch wird erstens eine besonders steife Unterstützung des'Zapfens, in dem die Welle gelagert ist, erreicht und zweitens wird das Schmieren des Lagers dadurch gesichert, dass die Flüssigkeit in der genannten Kammer Zutritt zum äusseren Ende des Lagers hat, was besonders beim Start des Motors von Bedeutung ist.
Eine Anzeige der Pumpenrotation kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass das Entlüftungsorgan aus einem nach innen öffnenden Ventilkörper besteht, welcher eine Verlängerung aufweist, die in geschlossener Stellung des Organs ungefähr bis zum Wellenende reicht, und dass sowohl diese Verlängerung als auch das Wellenende schräg abgeschnitten sind. Bei einer kleinen Verschiebung des Entlüftungsorgans nach innen, die nur unwesentliches Ausdrängen von Flüssigkeit nach sich zieht, kommt das Ende des Ventilkörpers in Kontakt mit dem Wellenende, und wenn dieses rotiert, wird dies durch die Bewegung festgestellt werden können, die hiedurch dem Entlilftungsorgan erteilt wird.
In einer andern Ausführungsform der Erfindung wird die Lagerfläche der Pumpenwelle am einen Ende der Welle von der Oberfläche eines abgestumpften Kegels gebildet, der In einer entsprechenden, innen konischen Lagerbuchse rotiert, wobei die Welle eine durch die Lagerbuchse ausragende Verlängerung aufweist, die durch eine Öffnung im stationären Teil der Pumpe sichtbar ist. Hiedurch kann die Rotation und Drehrichtung der Pumpenwelle von aussen kontrolliert werden, u. zw. ohne eine Demontage von Teilen, wobei Flüssigkeit ausdringen könnte.
Gemäss der Erfindung kann die Verlängerung der Welle ausserdem derart ausgebildet sein, dass sie mittels eines von aussen durch die Öffnung einzuführenden Werkzeuges verdrehbar ist. Falls die Welle sich festgesetzt haben sollte, ist es hiedurch möglich, sie mit der Hand zu drehen, und möglicherweise die Ursache des Festlaufens ohne vollständiges Auseinandernehmen der Pumpe zu beseitigen. Vorzugsweise ist die Lagerbuchse in der Mitte einer ringförmigen, nachgiebigen Membran montiert, die im wesentlichen flüssigkeitsdicht an der Lagerbuchse bzw. dem stationären Teil der Pumpe anliegt. Hiedurch ist Zutritt zur Verlängerung der Welle ohne Gefahr eines merklichen Flüssigkeitsverlustes aus der Pumpe gesichert.
Gemäss der Erfindung sind sowohl die stationären als auch die rotierenden Lagerkomponenten aus Hartmetall hergestellt, wodurch eine gute Verschleissfestigkeit erreicht wird, die eine geeignete Lebensdauer der Lager mit relativ kleinen Dimensionen derselben sichert.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
: Fig. lmenge um den Rotor 6 und der Zirkulation dieser Flüssigkeit, wodurch die Gefahr des Eindringens von Fremdkörpern von der Pumpenflüssigkeit zum Wellenlager 14, 17 und zum Spalt zwischen Rotor 6 und Man- tel 11 herabgesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, dass eine Pumpe mit einer Spitzenlagerung wie die hier be- schriebene als Zirkulationspumpe besonders betriebsicher ist, selbst in Anlagen zur Lieferung von warmem
Gebrauchswasser, wo auf Grund der ständigen Zufuhr von frischem Leitungswasser bedeutende Ausschei- dungen von Kalk vorkommen können. Im Gegensatz zu Pumpen mit gewöhnlichen zylindrischen Gleitla- gern ist die Gefahr des Blockierens des Rotors infolge von Ablagerungen in den Lagern wesentlichherabge- setzt. Ein Blockieren des Rotors könnte jedoch auch dadurch entstehen, dass sich Kalk oder andere Fremd- körper in dem engen Spalt zwischen dem Rotor 6 und dem Mantel 11 festsetzen. Es ist deshalb zweckmä- ssig, z. B. die Membran 16 mit einer Öffnung zu versehen, durch welche ein Werkzeug zum Drehen der
Rotorwelle 5 eingeführt werden kann.
Ein solches Werkzeug kann z. B. alseine Welle ausgebildet sein, die flüssigkeitsdicht durch eine Stopfbuchse im Boden des Pumpengehäuses 1 geht, und die an ihrem Inneren
Ende ein Zahnrad trägt, das mit einer Verzahnung an der Rotorwelle oder am Pumpenrad 4 in Eingriff gebracht wird. Die Welle kann in solcher Weise federbelastet sein, dass normalerweise kein Eingriff zwi- schen den Verzahnungen besteht, dass die Welle aber gegen den Federdruck axial verschoben werden kann und dadurch der Zahneingriff hergestellt wird.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das Pumpengehäuse mit 31 bezeichnet, und dessen Eintritts- und Austrittsöffnung mit 32 bzw. 33. Das Schaufelrad 34 der Pumpe ist an der Welle 35 befestigt, die den Rotor 36 des Pumpenmotors trägt.
Das Statorpaket 37 des Motors ist im Statorgehäuse38montiert, welchesmittels Schrauben 39 an einem ringförmigen Flansch 40 befestigt ist, der mit nicht gezeigten Bolzen am Pumpengehäuse 31 abnehmbar befestigt ist. Der Mantel 41, der den Stator 37 vom Rotor 36 trennt, ist bei dieser Ausführungsform ein zylindrisches Rohr, das an seinem Ende nächst dem Pumpengehäuse im Endflansch 40 festgewalzt ist, wobei zur weiteren Sicherung gegen Austreten von Flüssigkeit vom Innern der Pumpe zum Statorgehäuse ein O-Ring 42 als Dichtung zwischen der Bohrung im Flansch 40 und im Mantel 41 angeordnet ist.
Der Mantel 41 ist an seinem äusseren Ende flüssigkeitsdicht, z. B. durch Lötung, mit einer Kappe 43 verbunden, die eine Innenschulter 44 aufweist. Eine kreisrunde Membran 45 stützt sich mit ihrer äusseren Kante gegen die Schulter 44, wobei die Membran eine zentrale Bohrung besitzt, in welcher eine am Ende geschlossene Randbuchse 46, sich mit ihrem Rand gegen die Unterseite der Membran 45 abstützend, montiert ist. Eine feingeschliffene Spitze 47 aus Hartmetall ist in der Bohrung der Buchse 46 befestigt.
Ein Spitzenhalter 48 ist flüssigkeitsdicht im Boden des Pumpengehäuses 31 befestigt und eine feingeschliffene Spitze 49 ist in einer Bohrung des Spitzenhalters 48 axial gegenüber der Spitze 47 montiert. Die Spitzen 47 und 49 dienen zur Lagerung der Rotorwelle 35, die in jedem Ende eine zylindrische Ausdrehung aufweist, in welcher ein Einsatz 50 aus Hartmetall versenkt ist. Jeder der beiden Einsätze 50 hat einen innen konisch geschliffenen Lagersitz, der den konischen Lagersitzen der Spitzen 47 und 49 entspricht.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich somit von der in Fig. l gezeigten dadurch, dass sich die innen konischen Lagersitze in der Welle befinden, während die Spitzen im Pumpengehäuse bzw. in der am Ende des Mantels angeordneten Membran befestigt sind. Das Pumpenrad 34 ist ebenso wie das Pumpenrad 4 mit seiner Saugseite dem festen Lager zugekehrt, so dass der vom Pumpenrad erzeugte Druckunterschied in den beiden Kammern des Pumpengehäuses dieses Rad und damit die Welle in Richtung gegen das feste Lager beeinflusst. Diese Ausführungsform kann ebenso wie die oben beschriebene mit Organen zum Drehen der Pumpenwelle von aussen versehen werden, z. B. mit einer verzahnten Welle, wie zuvor beschrieben, und diese Welle kann dann flüssigkeitsdicht durch die Kappe 43 und durch eine Öffnung in der Membran 45 geführt sein.
Fig. 3 zeigt eine Abänderung der in Fig. l gezeigten Lagerung der Welle am oberen Ende der Pumpe.
In die Pumpenwelle 55, die im Schnitt gezeigt ist, ist eine Spitze 56 versenkt, die am Vorderende eine Schrägfläche 57 hat. Der innen konische Lagersitz 58 ist in einem zylindrischen Zapfen 59 entsprechend dem Zapfen 18 in Fig. 1 montiert. Der Zapfen 59 ist im Stirnteil 60 des Mantels entsprechend dem Stirnteil 11a in Fig. l und in der Zwischenwand 61 befestigt, die der Zwischenwand 19 in Fig. l entspricht, und der Zapfen ist ausserdem in einer Bohrung 62 in der Endwand 63 im Statorgehäuse geführt.
An Stelle der Entlüftungsschraube 22in Fig. l ist in Fig. 3 ein Ventilkörper 64 mit einem zylindrischen Teil vorhanden, der mit einem Spielraum in der zylindrischen Bohrung des Zapfens 59 liegt, und der eine konische Ventilfläche 65 aufweist, die mit einem Ventilsitz am Übergang zwischen der genannten zylindrischen Bohrung im Zapfen 59 und einer Verlängerung dieser Bohrung von kleinerem Durchmesser zusammenwirkt. Der auf die Ventilfläche 65 folgende Teil des Ventils 64 ist mit Gewinde versehen und wirkt mit einer Mutter 66 zusammen, die in der Bohrung 62 versenkt angeordnet ist. Das entgegengesetzte Ende
<Desc/Clms Page number 5>
des Ventils 64 ist bei 67 schräg abgeschnitten gezeigt.
Normalerweise ist die Mutter 66 gespannt, so dass die Ventilfläche 65 gegenihren Sitz gehalten wird.
Das Entlüften der Pumpe geschieht dadurch, dass die Mutter 66 gelöst wird, wodurch das Ventil eventuell vorhandene Luft freigibt. Wenn die Mutter 66 weiter gelöst wird, sinkt das Ventil 64 herunter, und zum Schluss kommt dessen schräg abgeschnittene Endfläche 67 in Kontakt mit der schrägen Endfläche 57 der
Spitze. Hiedurch ist es möglich. ohne Auseinandernehmen der Pumpe zu konstatieren, ob deren Welle ro- tiert, da das Ventil 64 in einem solchen Fall nur auf. und abbewegt wird, da es durch einen eingepressten
Zapfen 68, der in eine Führungsrille 69 im Zapfen 59 eingreift, gegen Drehung gesichert ist. Austreten von Flüssigkeit ins Innere des Statorgehäuses wird während dieses Vorganges und während des Entlüften mittels eines Dichtungsringes 70 zwischen dem Zapfen 59 und der Bohrung 62 im Statorgehäuse verhindert.
Fig. 4 zeigt eine geänderte Ausführungsform für das obere Lager an der in Fig. 2 gezeigten Pumpe. Bei dieser Ausführungsform wird die Lagerfläche der Pumpenwelle von einem abgestumpften Kegel gebildet, und die Welle hat eine durch die dazugehörige Lagerbuchse ausragende Verlängerung, die durch eine Öff- nung im stationären Teil der Pumpe sichtbar ist, und die ausserdem mit Organen versehen ist, die gege- I benenfalls das Drehen der Welle von aussen ermöglichen.
Die Figur zeigt einen Teil des Pumpenstatorgehäuses 81, in welchem das Statorpaket 82 montiert ist.
Die Pumpenwelle 83, die sowohl den nicht gezeigten Pumpenrotor als auch den Elektromotorenrotor 84 trägt, hat einen ausserhalb des letztgenannten liegenden zylindrischen Teil 85, an welchem ein aussen ko- nischer Lagerring 86 aus Hartmetall befestigt ist.
Der Lagerring 86 ist aussen mit einem Spitzenwinkel von zirka 600 geschliffen, und er ist in einer mit einem entsprechenden Innenkonus versehenen, ebenfalls aus Hartmetall bestehenden Lagerbuchse 87 dreh- bar. Ein Rand an der Lagerbuchse 87 stützt sich an der dem Rotor 84 zugekehrten Seite einer geschlosse- nen, ringförmigen Membran 88 ab, deren Aussenrand an einer Innenschulter eines Endstückes 89 anliegt.
Das Endstück 89 ist flüssigkeitsdicht mit dem dünnen zylindrischen Mantel 90 verbunden, der den Elektro- motorenrotor 84 vom Stator 82 trennt, wobei er dicht in die zylindrische Bohrung des letzteren passt. Das
Endstück 89 hat eine hohle, aussen zylindrische, aufwartsgerichtete Verlängerung 91, die durch eine ent- sprechende Bohrung im Statorgehäuse 81 ausragt, und mittels eines aufgeschraubten Deckels 92 verschlos- sen ist, der vorzugsweise ganz oder teilweise durchsichtig ist.
Die Pumpenwelle 83 hat eine Verlängerung 93, die in den zylindrischen Teil 91 des Endstückes 89 hinaufreicht, und deren äusseres Ende vierkantig ist. Das Wellenende ist somit von aussen durch den Dek- kel 92 sichtbar, undbei dessen Entfernungkann die Welle durch Aufsetzen eines Schlüssels auf dessen vier- kantiges Ende mit der Hand gedreht werden, wenn die Welle sich aus irgendeinem Grunde festgesetzt hat.
Die Membran 88 dient wie die Membranen 16 und 45 der oben beschriebenen Ausführungsformen als nachgiebiges Organ, das einen passenden Axialdruck auf die Welle 83 ausübt. Wenn die Membran und die entsprechenden Flächen der Lagerbuchse 87 bzw. des Endstückes 89, an welcher die Membran anliegt, ge- eignet ausgebildet sind, wird der flüssigkeitsgefüllte Raum im Mantel 90 im wesentlichen flüssigkeitsdicht vom Raum ausserhalb der Membran 88 abgeschlossen sein, so dass der Deckel 92 abgenommen werden kann, ohne dass wesentliche Flüssigkeitsmengen herausdringen.
Die axiale Vorbelastung der Rotorwelle kann anstatt mittels einer nachgiebigen Membran auch mit- tels anderer nachgiebiger Organe erreicht werden, z. B. durch Spiralfedern oder Blattfedern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitspumpe mit Elektromotorenantrieb, insbesondere Zirkulationspumpe für Zentralheizungsund Warmwasserversorgungsanlagen, mit Nassläufer, wobei Rotor und Stator des Elektromotors durch einen dünnen Mantel, ein sogenanntes Spaltrohr, getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Rotoren des Motors und der Pumpe gemeinsame Welle in Spitzenlagern gelagert ist, und dass die Welle einer nachgiebigen, axialen Vorbelastung unterworfen ist.