DE10115989A1 - Radial-Strömungsmaschine, insbesondere Umwälzpumpe - Google Patents
Radial-Strömungsmaschine, insbesondere UmwälzpumpeInfo
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Radial-Strömungsmaschine (1), insbesondere Umwälzpumpe (2) mit einem Pumpengehäuse (6), das einen Saug- und einen Druckkanal (19, 12) ausbildet und mit einem mit dem Pumpengehäuse (6) verbundenen Motorgehäuse (25) eines Antriebsmotors (4), insbesondere Elektro-Naßläufermotor (5), mit im Motorgehäuse (25) angeordnetem Stator (26) und einer Lageranordnung (27, 28) für eine mit einem Rotor (30) versehenen Motorwelle (10). Auf dieser ist auf einem in das Pumpengehäuse (6) ragenden Wellenfortsatz ein Radial-Pumpenlaufrad (8) drehfest angeordnet. Die Motorwelle (10) ist in der Lageranordnung (27, 28) in axialer Richtung verstellbar gelagert. Das Radial-Pumpenlaufrad (8) bildet ein Sperrorgan (55) einer Sperrvorrichtung (54) für eine zwischen dem Saugkanal (19) und dem Druckkanal (12) angeordnete Durchströmöffnung (23).
Description
Die Erfindung betrifft eine Radial-Strömungsmaschine, insbesondere Umwälzpumpe, wie im
Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben.
Derartige Radial-Strömungsmaschinen sind als sogenannte Umwälzpumpen bekannt und in
vielfachen Einsatz in Installationen für Heizungs- oder Kühlkreisläufen für das Umwälzen
eines Mediums wobei sie zur Regelung der Umwälzung des Mediums und zur Abgabe einer
Wärme- bzw. Kühlleistung fallweise in Betrieb oder außer Betrieb gesetzt werden. Nachteilig
ist dabei, daß im Falle der Außerbetriebsetzung ein durch thermische oder Druckwirkung ver
ursachtes Durchströmen der Radial-Strömungsmaschine möglich ist und damit vielfach zu
sätzliche Regelorgane wie elektrisch betätigte Sperrventile oder Rückschlagventile im Kreis
lauf für das Medium erforderlich werden, um die mit der Außerbetriebsetzung angestrebten
Betriebszustände zu erreichen. Dieser zusätzliche Aufwand für elektrisch betätigte Sperrven
tile etc. ist sowohl vom Installationsaufwand als auch vom Aufwand der Steuerung beacht
lich. Rückschlagventile erfordern einen sehr genauen hydraulischen Abgleich der Anlage
durch Verminderung des Durchflusses. Um einen Mindestdurchfluß zu erreichen, werden
herkömmliche Umwälzpumpen meist mit der höchsten Leistungsstufe betrieben. Dieser Be
triebszustand führt z. B. bei Wärmetauschern durch die verminderte Regelbarkeit des Medi
umstroms zu einer Leistungsminderung und führt weiters zu einer Verminderung der Stand
zeit einer derartigen Umwälzpumpe.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Radial-Strömungsmaschine zu schaffen, bei der
gleichzeitig mit der Außerbetriebsetzung eine zuverlässige Sperrwirkung zur Verhinderung
der Durchströmung erreicht wird.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 wiederge
gebenen Merkmale erreicht. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß der Rotor zwei in axia
ler Richtung voneinander distanzierte und zwischen diesen verstellbare Stellungen für den
Betriebszustand und den Stillstand aufweist und mit einer derartigen Verstellung zumindest
eine Durchströmöffnung zwischen einem Saugkanal und dem Druckkanal für das strömende
Medium geöffnet bzw. in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Anlage gesperrt wird. Damit
ergeben sich aber auch die Vorteile einer einfachen Regelung der Betriebszustände, ein ver
kürztes Regelverhalten der hydraulischen Anlagen wie auch eine jeweils angepaßte und damit
insgesamt kürzere Laufzeit und eine auf den Anwendungsfall exakt abstimmbare Regelung
des Mediumstroms und eine Differenzierung des Mediumstroms für unterschiedliche Kühl-
und/oder Wärmekreisläufe in einer derartigen Anlage.
Möglich ist dabei eine Ausbildung nach Anspruch 2, weil dadurch eine betriebssichere und
keine weiteren Maschinenelemente erfordernde Sperrvorrichtung erreicht wird.
Möglich sind dabei vorteilhafte Ausgestaltungen, wie in den Ansprüchen 3 bis 5 beschrieben,
wodurch ein sicheres Absperren der Strömungsverbindung erreicht wird und auch eine hohe
Anzahl von Schaltvorgängen die Verläßlichkeit der Vorrichtung nicht beeinträchtigen.
Vorteilhaft sind auch Ausbildungen nach den Ansprüchen 6 und 7, weil dadurch die Fertigung
vereinfacht und für hohe Stückzahlen einer Serienproduktion ausgelegt ist.
Es sind aber auch Ausbildungen nach den Ansprüchen 8 bis 10 vorteilhaft, weil dadurch ge
gebenenfalls standardgemäße Pumpengehäuse durch einen zusätzlichen Produktionsvorgang
mit einer Sperrvorrichtung bestückt werden können, wobei die dazu erforderlichen Einsatz
elemente kostengünstig gefertigt werden können.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen beschreiben die Ansprüche 11 bis 14, weil dadurch eine
bedarfsgerechte Kühlung des Antriebsmotors erreicht wird und gleichzeitig Störungen an der
Sperrvorrichtung im gesperrten Zustand durch verschiedene Druckniveaus zwischen der
Saug- und Druckseite verhindert werden.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen, wie in den Ansprüchen 15 und 16 beschrieben, wird
eine zusätzliche Verstellmechanik und/oder werden zusätzliche Steuerelemente eingespart
und damit eine wirtschaftliche Ausgestaltung der Radial-Strömungsmaschine erreicht.
Möglich ist weiters eine Ausbildung nach Anspruch 17, weil dadurch der Wirkungsgrad einer
mit einer derartigen Sperrvorrichtung versehenen Radial-Strömungsmaschine nicht beein
trächtigt wird.
Es ist auch eine Ausbildung nach Anspruch 18 vorteilhaft, wodurch die durch die Feder
anordnung aufzubringende Verstellkraft für den Läufer auch bei auftretenden Druckunter
schieden und Druckschwankungen aufgrund unterschiedlicher Betriebszustände gering ge
halten werden kann und die Federanordnung nur eine Steuerfunktion für die grundsätzliche
hydraulische Funktion zu übernehmen hat.
Schließlich sind aber auch Ausbildungen, wie in den Ansprüchen 19 und 20 beschrieben, von
Vorteil, da dadurch ein rascher Druckaufbau zur Beaufschlagung der hydraulischen Wirkflä
che des Rotors erreicht wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der in den Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Radial-Strömungsmaschine im Betriebszustand in An
sicht, geschnitten;
Fig. 2 die erfindungsgemäße Radial-Strömungsmaschine bei Stillstand in Ansicht, ge
schnitten;
Fig. 3 eine Detailansicht der Sperrvorrichtung der erfindungsgemäßen Radial-Strö
mungsmaschine in Ansicht, geschnitten;
Fig. 4 eine Detailansicht der Motorwelle mit einer Ventilanordnung, geschnitten;
Fig. 5 eine andere Ausbildung der erfindungsgemäßen Radial-Strömungsmaschine in
Ansicht, geschnitten;
Fig. 6 eine Detailansicht der Motorwelle im Endbereich mit Überströmkanälen.
Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer
den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei
che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer
den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, un
ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind
bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch
Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unter
schiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsge
mäße Lösungen darstellen.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine Radial-Strömungsmaschine 1, z. B. eine Umwälzpumpe 2, darge
stellt, wobei in der Fig. 1 diese im Betriebszustand und in der Fig. 2 bei Stillstand gezeigt ist
und Fig. 3 einen Detailausschnitt aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung wiedergibt.
Die Umwälzpumpe 2 besteht aus einer Pumpeneinheit 3 und einem mit dieser zu einer Be
triebseinheit gekuppelten Antriebsmotor 4, z. B. einem Elektro-Naßläufermotor 5. Die Pum
peneinheit 3 wird gebildet durch ein Pumpengehäuse 6, bevorzugt in gegossener Metallaus
führung, z. B. Grauguß, Rotguß ete., welches einen Ringraum 7 für ein Radial-Pumpenlaufrad
8 ausbildet, der in radialer Richtung zu einer Mittelachse 9 einer Antriebswelle 10 des An
triebsmotors 4, die mit einem Fortsatz 11 in das Pumpengehäuse 6 ragt und auf der das Lauf
rad 8 drehfest befestigt ist. Der das Radial-Pumpenlaufrad 8 umfassende Ringraum 7 eines
sich in etwa in tangentialer Richtung anschließenden Druckkanals 12 bildet in einem Endbe
reich 13 einen rohrförmigen Anschlußbereich 14 des Pumpengehäuses 6 aus. Dieser An
schlußbereich 14 ist z. B. flanschartig ausgebildet und ist beispielsweise mit einem Außenge
winde 15 und mit einer Dichtfläche 16 für den Anschluß einer Rohrleitung 17 versehen.
Die Zuleitung eines Strömungsmediums - gemäß Pfeil 18 - zum Radial-Pumpenlaufrad 8
erfolgt über einen Saugkanal 19, der durch das Pumpengehäuse 6 ausgebildet wird und das
Strömungsmedium - gemäß Pfeil 18 - aus einer in etwa radialer Richtung verlaufend in eine
in bezug auf das Radial-Pumpenlaufrad 8 axialer Richtung umlenkt und diesen durch eine zur
Mittelachse 9 konzentrisch verlaufenden Ausströmquerschnitt 20 zuströmt. Der durch das
Pumpengehäuse 6 ausgebildete Saugkanal 19 ist ebenfalls in einem in etwa radial abführen
den Endbereich 21 flanschartig zum Anschluß einer Rohrleitung 22, wie bereits für den
Druckkanal 12 beschrieben, ausgebildet.
Das Radial-Pumpenlaufrad 8 ist ein von innen nach außen durchströmtes zweiwandiges Flü
gelzellenlaufrad, das bei Drehbewegung infolge der Zentrifugalkräfte einen Druck im Strö
mungsmedium aufbaut. Umfangsseitig bildet das Radial-Pumpenlaufrad 8 eine den Saugkanal
19 mit dem Druckkanal 12 verbindende Durchströmöffnung 23 aus, die sich aus einer Anzahl
von Flügelzellen 24 gleichmäßig über den Umfang verteilt ausbildet.
Der im Pumpengehäuse 6 bevorzugt angeflanschte Antriebsmotor 4 wird durch ein Motorge
häuse 25 gebildet, in dem ein Stator 26 angeordnet ist und das in Lageranordnungen 27, 28,
z. B. Gleitlagern 29, einen aus der Antriebswelle 10 mit einem mit dieser drehfest verbunde
nen Rotor 30 ausbildenden Läufer 31 drehbeweglich und in axialer Richtung um einen maxi
malen Verstellweg 32 verstellbar gelagert ist, wobei der Verstellweg 32 durch einen in Achs
richtung gemessenen Abstand 33 zwischen einer dem Pumpengehäuse 6 zugewandten Stirn
fläche 34 des Rotors 30 und einer dieser zugewandten Anlauffläche 35 einer das pumpenseiti
ge Gleitlager 29 im Motorgehäuse 25 aufnehmenden Lagerschildplatte 36 gebildet wird. Die
axiale Verstellung des Läufers 31 erfolgt in Abhängigkeit des sich im Betriebszustand auf
bauenden Magnetfeldes zwischen dem Stator 26 und dem Rotor 30, wobei der Läufer 31 bei
Auftreten des Magnetfeldes entgegen der Steuerwirkung einer Federanordnung 37 aus seiner
Anschlagstellung im Ruhezustand, bei der die Stirnfläche 34 an der Anlauffläche 35 anliegt -
also die Stellung zwischen Rotor 30 und Stator 26, wie dies der Fig. 2 besser zu entnehmen ist -,
seitlich divergierende Lagen einnimmt. Die Federanordnung 37 wird z. B. durch eine die An
triebswelle 10 in einer Ausnehmung 38 des Rotors 30 umgebenden Spiraldruckfeder 39 ge
bildet, die sich gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von reibungsreduzierenden Anlauf
scheibenpaketen 40 am Rotor 30 und am vom Pumpengehäuse 6 in entgegengesetzter Rich
tung angeordneten Gleitlager 29 abstützt.
Dies versetzt, wie nun einem Vergleich der Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, den Läufer 31 in
eine Betriebsstellung, sobald der Stator 26 elektrisch beaufschlagt ist, da in diesem Fall der
Läufer 31 durch das Magnetfeld in eine übereinstimmende Lage mit dem Stator 26 entgegen
der Wirkung der Spiraldruckfeder 39 verstellt wird. Sobald das Magnetfeld durch Außerbe
triebsetzung der Zuführung der elektrischen Energie wegfällt, kommt es infolge der Steuer
wirkung der Spiraldruckfeder 39 zu einer Verstellung des Läufers 30 in Richtung des Pum
pengehäuses 6 um den maximalen Verstellweg 32. In dieser Position kommt es weiters zu
einem dichtenden Abschluß zwischen der Stirnfläche 34, des Rotors 30 und einer die Anlauf
fläche 35 ringförmig umfassenden Dichtungsanordnung 41. Diese Dichtungsanordnung 41
besteht aus einem elastisch verformbaren Material, z. B. O-Ring, Lippenring etc., der die An
lauffläche 35 in Richtung der Stirnfläche 34 des Rotors 30 im unbelasteten Zustand überragt.
Diese Verstellung des Läufers 31 um den maximalen Verstellweg 32 bewirkt weiters die
axiale Verstellung des Radial-Pumpenlaufrades 8, welches auf dem in das Pumpengehäuse 6
ragenden Fortsatz 11 der Antriebswelle 10 befestigt ist.
Wie nun besser der Fig. 3 zu entnehmen, ist im Pumpengehäuse 6 koaxial zu dem dem Radi
al-Pumpenlaufrad (8) zugewandten Ausströmquerschnitt 20 des Saugkanals 19 ein in Rich
tung des Radial-Pumpenlaufrades 8 vorragender ringförmiger Vorsprung 42 angeordnet, der
eine zylindrisch ausgebildete Innenaufnahme 43 für das Radial-Pumpenlaufrad 8 ausbildet,
mit einem Innendurchmesser 44 geringfügig größer als ein Durchmesser 45 des Radial-Pum
penlaufrades 8 im Bereich der Flügelzellen 24. Begrenzt werden die Flügelzellen 24 auf ihrer
dem Antriebsmotor 4 zugewandten Seite von einer Wandscheibe 46 des Radial-Pumpen
laufrades 8, die den Durchmesser 45 überragt, wodurch ein Außendurchmesser 47 größer ist,
als der Innendurchmesser 44 der Innenaufnahme 43. Eine Tiefe 48 der Innenaufnahme 43 ist
geringfügig größer als eine lichte Weite 49 der Flügelzellen 24 einschließlich einer Dicke 50
einer weiteren, die Flügelzellen 24 in Richtung des Saugkanals 19 begrenzenden Seitenwand
51 des Radial-Pumpenlaufrades 8.
Der Vorsprung 42 weist der Wandscheibe 46 zugewandt eine ringförmig umlaufende Dicht
fläche 52 auf, die mit einer Seitenfläche 53 der Wandscheibe 46 eine Sperrvorrichtung 54 der
Durchströmöffnung 23 für das strömende Medium ausbildet, sobald die Radial-Strömungs
maschine 1 außer Betrieb gesetzt, d. h. in den Ruhezustand versetzt wird, d. h. das Magnetfeld
unterbrochen ist und der Läufer 31 in die in Fig. 2 dargestellte Lage infolge der Steuerkraft
der Federanordnung 37 verstellt worden ist. In diesem dargestellten Ausführungsbeispiel bil
det somit das Radial-Pumpenlaufrad 8 mit der Wandscheibe 46 ein Sperrorgan 55 der Sperr
vorrichtung 54 für die Durchströmöffnung 23 aus, womit in der in Fig. 2 dargestellten Ruhe
stellung des Läufers 31 die Strömungsverbindung zwischen dem Saugkanal 19 und dem
Druckkanal 12 unterbrochen ist.
Damit wird ein unbeabsichtigtes Weiterströmen des Mediums durch Einflüsse, z. B. durch
Thermozirkulation oder Druckdifferenz in einem hydraulischen Kreislauf, der mehrere unter
schiedliche Systeme, wie z. B. Heiz-, Solar, Kühlsystem etc. umfaßt, und damit auch in der
Gesamtinstallation mehrere Umwälzpumpen 2 angeordnet sind, die unterschiedliche Betriebs
zustände haben können, wirksam unterbunden.
Z. B. können nachfolgende Betriebszustände während des Stillstandes der Radial-Strömungs
maschine 1, d. h. bei geschlossener Sperrvorrichtung 54, eintreten:
- a) Im Saugkanal 19 entsteht durch Einfluß der Gesamtanlage, z. B. durch weitere Umwälz pumpen 2 ein Überdruck, der ein Öffnen der Sperrvorrichtung 54 entgegen der Wirkung der Federanordnung 37 bewirken könnte. Dabei erfolgt ein Druckausgleich über einen in der Motorwelle 10 angeordneten Verbindungskanal 56 sowie über Strömungsventile 57 in Durchlaßrichtung (wie dies in Fig. 4 beschrieben ist). Durch diesen Druckausgleich ent steht nun die Schließkraft auf einer zum Sperrorgan 55 entgegengesetzt wirkenden Stirn fläche des Rotors 30, an der der Mediumdruck infolge der Dichtanordnung 41 zur Wirkung kommt, der eine kleinere Gegenkraft durch den auf die effektive Fläche des Radial-Pum penlaufrades 8 entgegenwirkt und sich damit eine resultierende Kraft in Richtung des Sper rens der Durchströmöffnung 23 einstellt.
- b) Ein im Saugkanal 19 anstehender auf die effektive Wirkfläche des Spiral-Pumpenlaufrades 8 wirkender Unterdruck bewirkt eine Verstärkung der Schließkraft. Eine Auswirkung auf die Schließkraft durch den Verbindungskanal 56 ist infolge der noch nachfolgend im Detail beschriebenen Wirkung der Strömungsventile 57 nicht gegeben.
- c) Ein im Druckkanal 12 anstehender Druck beaufschlagt das Sperrorgan 55 in Sperrichtung durch die hydraulisch aktive Fläche, d. h. die Fläche der Wandscheibe 46 abzüglich Stirn fläche der Motorwelle 10.
Im Zustand des Betriebes der Radial-Strömungsmaschine 1 stellt sich ein Kühlkreislauf eines
Mediumstromes ein, der von der Druckseite, also dem Druckkanal 12 bzw. Ringraum 7 den
Rotor umströmt und durch den in der Antriebswelle 10 zentrisch über deren gesamte Länge
verlaufend angeordneten Verbindungskanal 56 der Saugseite zugeführt wird. Dieser Kreislauf
wird durch die Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite in Gang gesetzt und be
wirkt eine Kühlung bzw. gleichmäßige Temperierung des Antriebsmotors 4.
In der erfindungsgemäßen Ausbildung der Radial-Strömungsmaschine 1 sind, wie nun besser
der Fig. 4 zu entnehmen, in dem vom Pumpengehäuse 6 abgewandten Endbereich der An
triebswelle 10 ausgehend vom Verbindungskanal 56 die in radialer Richtung wirkenden
Strömungsventile 57, im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form von Rückschlagventilen 58
vorgesehen, die den Verbindungskanal 56 mit einem die Antriebswelle umgebenden Ring
raum 59 über von dem Verbindungskanal 56 in radialer Richtung führende, durch Bohrungen
60 gebildete Ventilkammern 61 und von diesen ausgehenden, in etwa parallel zum Verbin
dungskanal 56 verlaufende Bohrungen 62 strömungsverbunden. Diese Strömungsventile 57
weisen federbelastete, kugelförmige Sperrelemente 63 auf, die bei der Drehbewegung der
Antriebswelle 10 durch die auf die Sperrelemente 63 einwirkende Fliehkraft entgegen der
Federkraft einer Federanordnung 64 die Strömungsverbindung aus der Umgebung der An
triebswelle 10 in Richtung des die Antriebswelle 10 in Längsrichtung querenden Verbin
dungskanals 56 und damit zur Saugseite der Umwälzpumpe 2 freigeben. Nach dem Stillsetzen
der Umwälzpumpe 2 stellt sich infolge der Federkraft der Federanordnung 37 ein Schließen
der Strömungsverbindung und damit eine Unterbrechung des Kühlkreislaufes ein. Tritt im
Saugkanal 19 (siehe Fig. 1 bis 3) ein Unterdruck auf, bleiben die Rückschlagventile 58 ge
sperrt und ist somit eine Druckbeaufschlagung auf die Stirnfläche des Rotors 30 nicht wirk
sam. Mit der effektiven Fläche des Radial-Pumpenlaufrades 8 und dem Unterdruck im Saug
kanal 19 ergibt sich eine resultierende Kraft in Schließrichtung des Absperrorgans 55.
Selbstverständlich sind anstelle der dargestellten und fliehkraftabhängigen Strömungsventile
57 andere, z. B. als Klappenventile etc. ausgebildete Ventilausbildungen denkbar.
Ein weiterer Vorteil dieser Strömungsventile 57 besteht in der Wirkung einer gleichzeitigen
Entlüftung des Rotorraumes, die bei Inbetriebnahme der Radial-Strömungsmaschine 1 durch
die anstehende Saugwirkung über den Verbindungskanal 56 und das fliehkraftbedingte Öff
nen der Strömungsventile 57 erfolgt.
In der Fig. 5 ist eine andere Ausbildung des Pumpengehäuses 6 der erfindungsgemäßen Radi
al-Strömungsmaschine 1 mit der Sperrvorrichtung 54 zwischen dem Saugkanal 19 und dem
Druckkanal 12 gezeigt. Bei dieser Ausbildung ist im Pumpengehäuse 6 dem Radial-Pumpen
laufrad 8 zugeordnet ein ringförmiges Einsatzelement 65 in einer zur Mittelachse 9 verlaufen
den Aufnahme 66, insbesondere über einen Preßsitz, eingesetzt. Das Einsatzelement 65 ragt
im Pumpengehäuse 6, insbesondere im Ringraum 7, in Richtung des Radial-Pumpenlaufrades
8 vor und bildet auf diese Weise in technisch äquivalenter Ausbildung den bereits in den vor
hergehenden Figuren beschriebenen Vorsprung 42, mit der Innenaufnahme 43 für das mit der
Antriebswelle 10 und dem Rotor 30 - gemäß einem Doppelpfeil 67 - verstellbare Radial-
Pumpenlaufrad 8.
In der gezeigten Stellung, die dem Betriebszustand entspricht und bei der die Strömungsver
bindung zwischen dem Saugkanal 19 und dem Druckkanal 12 aufrecht ist, befindet sich das
Radial-Pumpenlaufrad 8 außerhalb des Bereiches der Innenaufnahme 43 des Einsatzelementes
65. Im Ruhezustand, wenn also der Antriebsmotor 4 nicht mit Energie beaufschlagt ist,
kommt es nach Wegfall des Magnetfeldes infolge der Federanordnung 37 zu der bereits in der
Fig. 2 beschriebenen Sperrstellung, bei der die als Sperrorgan 55 wirkende Wandscheibe 46
des Radial-Pumpenlaufrades 8 an der ringförmig umlaufenden und in einer zur Mittelachse 9
senkrechten Ebene angeordneten Dichtfläche 52 des Einsatzelementes 65 dichtend anliegt,
womit die Strömungsverbindung unterbrochen ist.
Das Einsatzelement 65 kann selbstverständlich in verschiedensten Ausführungen gefertigt
sein, wie z. B. als Drehteil, Blechformteil etc. und ermöglicht ein standardgemäßes Pumpen
gehäuse 6, welches z. B. im Gießverfahren aus Grauguß, Rotguß etc. gefertigt wird, durch
einen nachträglichen Produktionsvorgang und Einsetzen des Einsatzelementes 65 z. B. Ein
pressen, Löten, Kleben etc. erfindungsgemäß mit der Sperrvorrichtung 54 zu versehen.
Anhand der Fig. 5 soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß die von der Federanordnung
37 aufzubringende Verstellkraft für den Läufer 31 eine Steuerkraft darstellt, da sich die effek
tive Schließkraft für das Sperrorgan 55 aufgrund der hydraulischen Druckverhältnisse und der
vom Druck beaufschlagten wirksamen und effektiven Flächen, z. B. Rotorstirnfläche 68, und
der sich entsprechend einem inneren Durchmesser 69 des Radial-Pumpenlaufrades 8 ergeben
den Gegendruckfläche. Wesentlich dabei ist, daß eine sich aufgrund eines mittleren Durch
messers 70 der Dichtanordnung 41 ergebende Fläche größer ist als die sich aufgrund des inne
ren Durchmessers 69 ergebende effektive Fläche des Radial-Pumpenlaufrades 8.
Wie nun weiters der Fig. 6 und teilweise zur Erläuterung der Fig. 4 zu entnehmen, sind in der
Oberfläche der Motorwelle 10 im Bereich der Lageranordnung 27 zumindest zwei am Um
fang gegenüberliegende nutförmige Vertiefungen als Überströmkanäle 71 vorgesehen. Diese
Überströmkanäle 71 bilden eine Strömungsverbindung für das Medium zwischen dem Ring
raum 59 und Rotorraum und bewirken auch einen raschen Druckaufbau zur Bildung der
Schließkraft für den Betriebszustand "Stillsetzen der Umwälzpumpe 2".
Wird die Umwälzpumpe 2 in Betrieb genommen, kommt es zu der bereits beschriebenen Ver
stellung der Motorwelle 10 in Richtung eines Pfeiles 72 in die in strichlierten Linien gezeigte
Stellung der Motorwelle 10. Bei der Ausbildung der Überströmkanäle 71 ist zu beachten, daß
ein Überstand 73 um den die Überströmkanäle 71 das Gleitlager 29 in Richtung des Rotors 30
überragen geringfügig kleiner ist als der vorgesehene Verstellweg 32, damit es in dieser Stel
lung zu einer Unterbrechung der unmittelbaren Strömungsverbindung kommt.
Die Überströmkanäle 71 sind bevorzugt spiralförmig oder in bezug auf die Mittelachse 9 der
Motorwelle 10 winkelig verlaufend zwischen den Bereichen der die Ventilkammern 61 aus
bildenden Bohrungen 60 angeordnet und von der Stirnfläche der Motorwelle 10 in deren
Längsrichtung in der Drehrichtung der Antriebswelle 10 entgegengesetzten Richtung winkelig
ausgeführt, um einen Gleitfilm im Gleitlager 29 sicher zu stellen. Zweckmäßig ist weiters,
wenn eine Querschnittsfläche der Überströmkanäle 71 in Summe etwa einer Querschnittsflä
che des Verbindungskanals 56 entspricht.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, daß zum besseren Verständnis der
Radial-Strömungsmaschine 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder
vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Be
schreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1, 2, 3; 4; 5; 6 gezeigten Ausführungen den Ge
genstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, er
findungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu
entnehmen.
1
Radial-Strömungsmaschine
2
Umwälzpumpe
3
Pumpeneinheit
4
Antriebsmotor
5
Elektro-Naßläufermotor
6
Pumpengehäuse
7
Ringraum
8
Radial-Pumpenlaufrad
9
Mittelachse
10
Motorwelle
11
Fortsatz
12
Druckkanal
13
Endbereich
14
Anschlußbereich
15
Außengewinde
16
Dichtfläche
17
Rohrleitung
18
Pfeil
19
Saugkanal
20
Ausströmquerschnitt
21
Endbereich
22
Rohrleitung
23
Durchströmöffnung
24
Flügelzelle
25
Motorgehäuse
26
Stator
27
Lageranordnung
28
Lageranordnung
29
Gleitlager
30
Rotor
31
Läufer
32
Verstellweg
33
Abstand
34
Stirnfläche
35
Anlauffläche
36
Lagerschildplatte
37
Federanordnung
38
Ausnehmung
39
Spiraldruckfeder
40
Anlaufscheibenpaket
41
Dichtanordnung
42
Vorsprung
43
Innenaufnahme
44
Innendurchmesser
45
Durchmesser
46
Wandscheibe
47
Außendurchmesser
48
Tiefe
49
Weite
50
Dicke
51
Seitenwand
52
Dichtfläche
53
Seitenfläche
54
Sperrvorrichtung
55
Sperrorgan
56
Verbindungskanal
57
Strömungsventil
58
Rückschlagventil
59
Ringraum
60
Bohrung
61
Ventilkammer
62
Bohrung
63
Sperrelement
64
Federanordnung
65
Einsatzelement
66
Aufnahme
67
Doppelpfeil
68
Rotorstirnfläche
69
Durchmesser
70
Durchmesser
71
Überströmkanal
72
Pfeil
73
Überstand
Claims (20)
1. Radial-Strömungsmaschine, insbesondere Radialpumpe, mit einem Pumpengehäuse,
das einen Ansaug- und einen Druckkanal ausbildet und mit einem mit dem Pumpengehäuse
verbundenen Motorgehäuse eines Antriebsmotors, insbesondere ein Elektro-Naßläufermotor,
mit im Motorgehäuse angeordnetem Stator und einer Lageranordnung für eine mit einem
Rotor versehene Motorwelle, auf der auf einem in das Pumpengehäuse ragenden Wellenfort
satz ein Radial-Pumpenlaufrad drehfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mo
torwelle (10) in der Lageranordnung (27, 28) in axialer Richtung verstellbar gelagert ist und
ein Sperrorgan (55) einer Sperrvorrichtung (54) für zumindest eine den Saugkanal (19) mit
dem Druckkanal (12) verbindende Durchströmöffnung (23) aufweist.
2. Radial-Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sperrorgan (55) durch das Radial-Pumpenlaufrad (8) gebildet ist.
3. Radial-Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Sperrorgan (55) durch eine zu einer Mittelachse (9) der Motorwelle (10) in einer senk
rechten Ebene verlaufend angeordnete Wandscheibe (46) des Radial-Pumpenlaufrades (8)
gebildet ist.
4. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandscheibe (46) einen Durchmesser (45) des Radial-
Pumpenlaufrades (8) kreisringförmig überragt.
5. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreisringförmige Seitenfläche (53) der Wandscheibe
(46) als Dichtfläche (52) ausgebildet ist.
6. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (6) mit einem der Dichtfläche (52) des
Sperrorganes (55) gegenüberliegenden, den Strömungskanal (23) umfassenden ringförmigen
Vorsprung (42) versehen ist.
7. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (42) einstückig am Pumpengehäuse (6) an
geformt ist und eine ringförmige, dem Sperrorgan (55) gegenüberliegende Dichtfläche (52)
ausbildet.
8. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der den Strömungskanal (23) umfassende Vorsprung (42)
durch ein in einer zur Mittelachse (9) koaxial verlaufenden. Aufnahme (66) über bevorzugt
einen Preßsitz gehaltenes ringförmiges Einsatzelement (65) gebildet ist.
9. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzelement (65) durch einen Drehteil gebildet ist.
10. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzelement (65) durch einen Blechformteil gebildet
ist.
11. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (10) in Längsrichtung querend ein zentrisch
verlaufender Verbindungskanal (56) angeordnet ist.
12. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (56) in einem vom Radial-Pumpen
laufrad (8) entgegengesetzten Endbereich mit zumindest zwei in der Motorwelle (10) radial
verlaufende, durch Bohrungen (60) gebildete Ventilkammern (61) strömungsverbunden ist.
13. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammern (61) über parallel zum Verbindungska
nal (56) verlaufende Bohrungen (62) mit einem die Motorwelle (10) umgebenden Ringraum
(59) strömungsverbunden ist.
14. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß in den radial verlaufenden Ventilkammern (61) der Motor
welle (10) Strömungsventile (57), insbesondere federkraftbelastete fliehkraftbetätigte Rück
schlagventile (58) angeordnet sind.
15. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverstellung der Motorwelle (10) mit dem Rotor
(30) über das im Betriebszustand wirkende Magnetfeld zwischen Stator (26) und Rotor (30)
entgegen der Steuerwirkung einer Federanordnung (37) erfolgt.
16. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (37) durch eine die Motorwelle (10)
umfassende Spiraldruckfeder (39), die in einer Ausnehmung (38) des Rotors (30) angeordnet
ist und sich beidseitig an Anlaufscheibenpaketen (40) abstützt, gebildet ist.
17. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstellweg (32) des Sperrorgans (55) in axialer Rich
tung in etwa einer in axialer Richtung verlaufenden Weite (49) des Radial-Pumpenlaufrades
(8) beträgt.
18. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß einer dem Pumpengehäuse (6) zugewandten Stirnfläche
(34) des Rotors (30) ein im Pumpengehäuse (6) bzw. einer ein Lagerelement, z. B. Gleitlager
(29), aufnehmenden Lagerschildplatte (36) angeordnete ringförmige Dichtanordnung (41)
zugeordnet ist, an die der Rotor (30) nach durch die Steuerwirkung der Federanordnung (37)
bedingter Verstellung der Motorwelle (10) in Richtung des Pumpengehäuses (6) etwa im Be
reich eines einen Rotoraußendurchmesser entsprechenden mittleren Durchmesser (70) der
Dichtanordnung (41) dichtend anliegt.
19. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (10) in ihrem dem Pumpengehäuse (6) ent
gegengesetzten Endbereich mit zumindest zwei in der Oberfläche angeordneten spiralförmig
verlaufenden Überströmkanälen (71) versehen ist.
20. Radial-Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche der Überströmkanäle (71) in Sum
me etwa einer Querschnittsfläche des Verbindungskanals (56) entspricht.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT5702000 | 2000-04-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10115989A1 true DE10115989A1 (de) | 2001-12-13 |
Family
ID=3676747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001115989 Withdrawn DE10115989A1 (de) | 2000-04-04 | 2001-03-30 | Radial-Strömungsmaschine, insbesondere Umwälzpumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE10115989A1 (de) |
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