AT413907B - Elektrische antriebseinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektrische Antriebseinrichtung für einen drehbaren Bauteil, insbesondere für ein drehbar gelagertes Pumpenlaufrad einer Kreiselpumpe, mit einem den drehbaren Bauteil beinhaltenden Nassbereich und einem von diesem getrennten Trockenbereich, mit einem im Trockenbereich angeordneten feststehenden Kommutator und einem den Kommuta-5 tor kontaktierenden umlaufend ausgebildeten Bürstenpaar, wobei das Bürstenpaar umlaufend ausgebildet und von einem drehbaren Bürstenhalter gehalten ist, welcher Bürstenhalter durch einen Bürstenhalterantrieb angetrieben ist, mit ein Drehfeld erzeugenden feststehenden Wicklungen, wobei der Kommutator mit den Wicklungen leitend verbunden ist, und wobei der drehbare Bauteil auf der Seite der Wicklungen ein erstes Magnetsystem aufweist, welches mit den io Wicklungen elektromotorisch zusammenwirkt.

Bei herkömmlichen Kreiselpumpen wird ein das Pumpenlaufrad beinhaltender Nassbereich üblicherweise durch Dichtungselemente, beispielsweise Gleitringdichtungen oder dergleichen von einem den elektrischen Antrieb beinhaltenden Trockenbereich getrennt. Insbesondere bei 15 korrosiven Medien kann es zu frühzeitiger Alterung oder Beschädigung der Dichtungselemente und somit zu funktionsbeeinträchtigenden Leckagen zwischen Nass- und Trockenbereich kommen.

Um Wellendichtungen zu vermeiden, ist es bekannt, das Pumpenlaufrad über magnetische 20 Kupplungen anzutreiben. Derartige magnetische Kupplungsantriebe sind etwa aus der US 3,802,804 A, der US 4,013,384 A, der US 4,111,614 A oder der US 4,283,645 A bekannt.

Weiters sind sogenannte "inside-out-motors" bekannt, bei denen ein äußerer Rotor um einen inneren Stator angeordnet ist. Inside-Out-Motoren werden beispielweise durch die Dokumente 25 US 5,986,379 A, US 6,239,532 B1 und US 6,286,199 B1 geoffenbart und sind üblicherweise als elektronisch kommutierte Elektromotoren ausgeführt.

Die DE 196 27 854 A1 zeigt einen Pumpenmotor mit Statormagnetsystem, das vom im Nassbereich befindlichen Rotormagnetsystem durch eine dichtende Membran getrennt ist. Die Vorrich-30 tung weist des weiteren einen Kommutatorring und zwei Kollektorbürsten in je einem Bürstenhalter auf, der drehbar gelagert und durch die Magnetkraft vom Rotor antreibbar ist.

Die JP 63-154037 A zeigt einen Pumpenmotor in Axialspaltausführung, bei den der Nassbereich vom Trocken bereich über eine der Statorjochanordnung zugehörige Scheibe getrennt ist. 35

Die US 3,870,914 A zeigt einen Pumpenmotor mit rotierender Bürstenanordnung, bei dem der Bürstenantrieb über einen Rotor mit einem weiteren feststehenden Kommutator betreibbar ist.

Die DE 26 46 761 A1 offenbart eine Strömungsmaschine zur Förderung von Flüssigkeiten oder 40 Gasen mit einem Gleichstrommotor als Antrieb, der ein die Wicklung tragendes, geblechtes, feststehendes Ankerpaket und einen topfförmigen, Magnete tragenden Außenläufer aufweist, wobei Steuerelemente des Gleichstrommotors im Innenraum des Ankerpaketes angeordnet sind. Mit der Ankerwicklung ist ein Kommutator verbunden. Ein erstes, drehbar gelagertes Magnetsystem wirkt elektromotorisch mit der Ankerwicklung zusammen. 45

Es ist die Aufgabe der Erfindung, auf möglichst einfache Weise einen einfachen und zuverlässigen Antrieb für ein Pumpenlaufrad bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Wicklungen auf einer feststehenden so Wicklungsscheibe angeordnet sind, welche den Nassbereich vom Trockenbereich trennt.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der drehbare Bauteil und/oder der Bürstenhalter auf einer feststehenden Achse drehbar gelagert ist, wobei vorzugsweise die Wicklungsscheibe fest mit der Achse verbunden ist. 55 3

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Die fest, flüssigkeits- und gasdicht mit der Achse verbundene feststehende Wicklungsscheibe trennt den Nassbereich vom Trockenbereich durch eine flüssigkeits- und gasdichte Kontaktierung zum Gehäuse. Die Stromzufuhr zur Wicklung der Wicklungsscheibe erfolgt über den Kollektor. Zur Erzeugung des Drehfeldes in den Wicklungen werden die Bürsten des Bürstenpaa-5 res über den stillstehenden Kollektor geführt. Wesentlich ist, dass der Bürstenhalterantrieb zum Antrieb des Bürstenpaares hydraulisch vom drehbaren Bauteil getrennt ist, um eine vollständige hydraulische Trennung des Nassbereiches vom Trockenbereich zu garantieren.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der io Bürstenhalterantrieb einen Rotor mit Rotorwicklungen und einen mit diesen verbundenen drehbaren Hilfskommutator aufweist, welcher von einem feststehenden Hilfsbürstenpaar kontaktiert ist, wobei für den Rotor ein feststehendes zweites Magnet- und Rückschlusssystem vorgesehen ist. Der Bürstenhalterantrieb weist somit einen eigenen, von der Wicklungsscheibe unabhängigen separaten Sekundärantrieb auf, welcher die Bürsten des Primärantriebes antreibt. Dabei ist 15 vorgesehen, dass das Bürstenpaar vorzugsweise über Schleifringe mit einer Lastspannungsquelle und das Hilfsbürstenpaar mit einer Steuerspannungsquelle leitend verbunden ist. Aus der konstanten Spannungsversorgung aus der Lastspannungsquelle wird ohne den Einsatz einer Steuerelektronik der für den jeweiligen Belastungszustand erforderliche Strom zur Verfügung gestellt. Die Drehzahlsteuerung des Pumpenlaufrades erfolgt über den Hilfsantrieb, der mit 20 seinen Hilfsbürsten an der Steuerspannung der veränderlichen Steuerspannungsquelle anliegt. Der Sekundärantrieb kann über eine herkömmliche Motorelektronik angesteuert werden. Die für den Sekundärantrieb erforderliche Leistung macht nur einen Bruchteil der im System benötigten gesamten Leistung, beispielsweise etwa 10% der Gesamtleistung, aus. Somit kann anstelle einer aufwendigen und teuren Leistungselektronik eine einfachere und billigere Steuereinheit 25 verwendet werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kommutator als Flachkommutator ausgebildet sein kann. Der Flachkommutator bietet zusammen mit dem in axialer Richtung angeordneten Bürstenpaar den Vorteil, dass die Bürsten durch Fliehkraftwirkung nicht abgeho-30 ben werden können.

Anstelle eines Scheibenläufers kann für Primär- und Sekundärantrieb auch ein Stabankermotor verwendet werden. 35 Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung im Längsschnitt. Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen. 40

Die Figur zeigt eine Pumpe 1 mit einer elektrischen Antriebseinrichtung 2 für einen durch ein Pumpenlaufrad 3 gebildeten drehbaren Bauteil. Dabei ist der das Pumpenlaufrad 3 beinhaltende Nassbereich 4 vom Trockenbereich 5 durch eine Wicklungsscheibe 6 flüssigkeitsdicht getrennt. Die Wicklungsscheibe 6 ist mit einer feststehenden Achse 7 verbunden. Das Pumpen-45 laufrad 3 ist bezüglich der Achse 7 drehbar gelagert, wobei die Lager mit Bezugszeichen 8 bezeichnet sind. Die statische Wicklungsscheibe 6 weist Wicklungen 9 auf, welche mit einem feststehenden Kommutator 10 in leitender Verbindung stehen. Die Stromzufuhr zum Kommutator 10 erfolgt über umlaufende Bürsten 11, 12, welche in einem drehbaren Bürstenhalter 13 gehalten sind. Mit Bezugszeichen 8a ist die Lagerung des Bürstenhalters 13 um die Achse 7 so bezeichnet. Die Stromzufuhr zu den Bürsten 11,12 erfolgt über Schleifringe 14, 15.

Am Pumpenlaufrad 3 ist auf der Seite der Wicklungsscheibe 6 ein erstes Magnetsystem 16 angebracht. In der Wicklungsscheibe 6 wird ein Drehfeld erzeugt, welches durch das Magnetsystem 16 das Pumpenlaufrad 3 antreibt. Zum Antrieb des Bürstenhalters 13 werden zwei 55 verschiedene Ausführungsvarianten vorgeschlagen.

Claims (5)

1. 4 AT 413 907 B Der Bürstenhalterantrieb 17 ist als separater Sekundärantrieb mit einem eigenen Rotor 21 mit Rotorwicklungen ausgebildet, welcher mit dem Bürstenhalter 13 fest verbunden ist und auf diese Weise die Bürsten 11, 12 für den Primärantrieb antreibt. Die Bürsten 11, 12 weisen eine eigene Stromversorgung auf, indem sie über Schleifringe 14, 15 mit einer Lastspannungsquelle 5 UL verbunden sind. Die Hilfsbürsten 22, 23 für den Bürstenhalterantrieb 17 sind feststehend ausgebildet und mit einer Steuerspannungsquelle Ust verbunden. Der Hilfskommutator 24 des Bürstenhalterantriebs 17 ist um die Achse 7 drehbar ausgebildet. Für den Rotor 21 ist ein feststehendes zweites Magnet- und Rückschlusssystem 26 angeordnet. Mit Bezugszeichen 25 ist ein geblechter Rückschluss der Wicklungsscheibe 6 bezeichnet. 10 Aus der Spannungsversorgung der Lastspannungsquelle UL kann ohne Einsatz einer Elektronik der für den jeweiligen Belastungszustand erforderliche Strom gezogen werden. Im Vergleich zur ersten Ausführungsvariante hat die zweite Ausführungsvariante den Vorteil, dass keine Leistungselektronik notwendig ist, da der Bürstenhalterantrieb 17 zur Drehzahlsteuerung des Pum-15 penlaufrades 3 durch Variieren der Steuerspannung Ust über die Motorelektronik angesteuert werden kann. Die hierzu benötigte Leistung beträgt nur einen Bruchteil, beispielsweise 10%, der gesamten im System benötigten Leistung. Es kann somit anstelle einer aufwendigen und teuren Leistungselektronik eine einfachere und billigere Steuereinheit verwendet werden. Anstelle der abgebildeten Scheibenläufer kann sowohl für den Primärantrieb als auch für den 20 Sekundärantrieb auch ein herkömmlicher Stabankermotor verwendet werden. Patentansprüche: 1. Elektrische Antriebseinrichtung (2) für einen drehbaren Bauteil, insbesondere für ein dreh bar gelagertes Pumpenlaufrad (3) einer Kreiselpumpe, mit einem den drehbaren Bauteil beinhaltenden Nassbereich (4) und einem von diesem getrennten Trockenbereich (5), mit einem im Trockenbereich (5) angeordneten feststehenden Kommutator (10) und einem den Kommutator (10) kontaktierenden umlaufend ausgebildeten Bürstenpaar (11, 12), wobei 30 das Bürstenpaar (11, 12) umlaufend ausgebildet und von einem drehbaren Bürstenhalter (13) gehalten ist, welcher Bürstenhalter (13) durch einen Bürstenhalterantrieb (17) angetrieben ist, mit ein Drehfeld erzeugenden feststehenden Wicklungen (9), wobei der Kommutator (10) mit den Wicklungen (9) leitend verbunden ist, und wobei der drehbare Bauteil auf der Seite der Wicklungen (9) ein erstes Magnetsystem (16) aufweist, welches mit den 35 Wicklungen (9) elektromotorisch zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wick lungen (9) auf einer feststehenden Wicklungsscheibe (6) angeordnet sind, welche den Nassbereich (4) vom Trockenbereich (5) trennt.
2. 2. Antriebseinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhal-40 terantrieb (17) einen Rotor (21) mit Rotorwicklungen und einen mit diesen verbundenen drehbaren Hilfskommutator (24) aufweist, welcher von einem feststehenden Hilfsbürstenpaar (22, 23) kontaktiert ist, wobei für den Rotors (21) ein feststehendes zweites Magnetsystem (26) vorgesehen ist.
3. 3. Antriebseinrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bürstenpaar (11, 12) vorzugsweise über Schleifringe (14, 15) mit einer Lastspannungsquelle (UL) und das Hilfsbürstenpaar (22, 23) mit einer Steuerspannungsquelle (Ust) leitend verbunden ist.
4. 4. Antriebseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass so der Kommutator (10) als Flachkommutator ausgebildet ist.
5. 5. Antriebseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Bauteil und/oder der Bürstenhalter (13) auf einer feststehende Achse (7) drehbar gelagert ist, wobei vorzugsweise die Wicklungsscheibe (6) fest mit der Achse (7) 55 verbunden ist. 5 5 AT 413 907 B Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55