DE102013020387A1

DE102013020387A1 - Nassläufermotorpumpe

Info

Publication number: DE102013020387A1
Application number: DE102013020387.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Materne
Original assignee: Wilo SE
Current assignee: Wilo SE
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-11
Also published as: EP3080459B1; EP3080459A1; CN105849414A; WO2015086099A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nassläufermotorpumpe mit einem von einem Motorgehäuse umgebenden Stator und einem vom Stator durch einen Spalttopf getrennten Rotor, der in dem vom Spalttopf gebildeten Rotorraum läuft und über eine Welle mit dem Pumpenlaufrad verbunden ist, wobei das Motorgehäuse an seinem dem Pumpenlaufrad zugewandten Ende einen nach innen gerichteten Motorgehäuseflansch bildet, dessen inneres Ende eine ringförmige Erweiterung bildet, die direkt oder über eine Zwischenlage außen am Spalttopf anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nassläufermotorpumpe mit einem von einem Motorgehäuse umgebenden Stator und einem vom Stator durch einen Spalttopf getrennten Rotor, der in dem vom Spalttopf gebildeten Rotorraum läuft und über eine Welle mit dem Pumpenlaufrad verbunden ist.
Nassläuferpumpen mit EC-Motoren werden oft mit einem Spalttopf aus Kunststoff ausgerüstet. Bei einem Spalttopf aus technischem Kunststoff treten keine Wirbelstromverluste auf, was sich zugunsten des Wirkungsgrades des Motors auswirkt. Technische Thermoplaste besitzen aber im Vergleich zu Metallen eine geringere Festigkeit, welche stark von den Randbedingungen wie Temperatur, Betriebsdruck, Medium abhängt. Dies bedingt oftmals einen erhöhten technischen Aufwand bei der Gestaltung des Produktes und damit höhere Herstellungskosten der Komponenten und des Produktes und ein ungünstigeres Betriebsverhalten. Aufgrund der geringen Dichte von Kunststoffen werden mechanische Schwingungen unzureichend gedämpft weitergeleitet und können zu einer höheren Geräuschemission des Produktes führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nassläufermotorpumpe der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei Verwendung eines Spalttopfes aus Kunststoff die Vorteile des Kunststoffmaterials genutzt und dessen Nachteile kompensiert werden. Hierbei sollen eine hohe Dichtigkeit und Festigkeit bei einfacher Konstruktion erreicht werden.
Hierdurch übernimmt der nach innen gerichtete Flansch des Motorgehäuses insbesondere mit seiner inneren an der Spalttopfaußenseite anliegenden ringförmigen, buchsen- oder rohrförmigen Erweiterung wesentliche Abdichtungs-, Festigkeits- und Dämpfungsfunktionen.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der aus Kunststoff bestehende Spalttopf an seinem dem Pumpenlaufrad zugewandten Ende einen nach außen gerichteten Spalttopfflansch aufweist, der hydraulikseitig direkt oder über eine Zwischenlage an dem nach innen gerichteten Motorgehäuseflansch anliegt.
Damit ist der nach innen gerichtete Motorgehäuseflansch zweifach nutzbar. Das innere Ende des Motorgehäuseflansches bildet eine radiale Anlagefläche für die Außenseite des Spalttopfes und die der Pumpe zugewandte Seitenfläche des Motorgehäuseflansches bildet eine axiale Anlagefläche für den Spalttopfflansch, falls der Spalttopf einen Flansch besitzt.
Durch eine solche technische Lösung übernimmt der Motorgehäuseflansch wesentliche Funktionen des Spalttopfflansches. Das Motorgehäuse mit dem angeformten Flansch auf der Hydraulikseite übernimmt die Festigkeitsaufgaben gegenüber den wirkenden Radial-, Axial- und Druckkräften. Dabei übernimmt der Spalttopfflansch im Wesentlichen weiterhin die Funktion der Abdichtung zwischen Nass- und Trockenraum. Die Festigkeitsaufgaben erfüllt dagegen im Wesentlichen das Motorgehäuse. Hierdurch kann der Flansch am Spalttopf dünner ausgeführt werden, was die Herstellung vereinfacht. Auch verbessert der Flansch am Motorgehäuse mit der konzentrischen Aufnahme des Spalttopfrohres die Zentrierung des innenliegenden Rotors. Hierdurch ist auch der Spalttopf wesentlich einfacher in der Herstellung.
Durch die Befestigung des Spalttopfes (Kartusche) im Motorgehäuse sind axiale Bewegungen in beide axiale Richtungen ausgeschlossen. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Produktes (Motor und Hydraulik).
Der Halt des Spalttopfes wird verbessert, wenn der Spalttopfflansch an dem Motorgehäuseflansch durch eine formschlüssige Verbindung insbesondere durch eine Rastverbindung gehalten ist, um in beide axiale Richtungen fixiert zu sein.
Vorhandene mechanische und elektromagnetische Unwuchten des Rotors werden über die Spalttopfzentrierung auf beiden Seiten im Motorgehäuse durch die dämpfenden Eigenschaften des Motorgehäusematerials effektiv reduziert. Das Geräuschniveau kann durch Integration von Dämpfungselementen, welche sich zwischen Spalttopf und dessen Zentrierungen befinden, weiter minimiert werden.
Die Aufnahme des Spalttopfes auf der Elektronikseite dient als zweite Zentrierung des Spalttopfes. Beide Zentrierstellen am Motorgehäuse werden in einer Aufspannung gemeinsam mit dem Statorsitz bearbeitet. Somit ist der Spalttopf über zwei radiale Aufnahmen vor und hinter dem Stator statisch sicher zentriert und besitzt eine sehr gute koaxiale Lage zum Stator.
Versteifungsringe auf dem Spalttopf, platziert vor und hinter dem Stator, erhöhen die Anwendbarkeit des Produktes für extreme Randbedingungen wie hohe Temperaturen und Drücke.
Durch eine Montagerichtung der elektrischen Komponenten von derselben Seite, können Toleranzen der Baugruppen zueinander reduziert werden und Fertigungsprozesse vereinfacht werden.
Der geometrische Aufbau des Motors ermöglicht die Umsetzung einer besseren Dichtheit zur Umgebung.
Durch die Befestigung des Spalttopfes (Kartusche) im Motorgehäuse ist dieser auch bei Demontage des Motors im gebrauchten Zustand ausreichend gegen Herausfallen fixiert.
Die Wärmeabfuhr aus dem Rotorraum mittels eines Wärmetauschers und in Kombination mit einer internen Zirkulation des Mediums im Rotorraum reduziert die Temperatur im Rotorraum.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen in axialen Schnitten dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit Spalttopfflansch,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Spalttopfflansch.
Die Nassläufermotorpumpe weist auf der Hydraulikseite ein Pumpengehäuse 1 auf, das einen Pumpenraum 2 umgibt, in dem ein Pumpenlaufrad 3 läuft. An dem Pumpengehäuse ist koaxial ein Motorgehäuse 4 befestigt, das einen Stator 5 umgibt, in dem ein Spalttopf 6 (oder Spaltrohr) einliegt, der einen Rotorraum bildet, in dem der Motorenrotor 7 läuft. Der Rotor 7 besitzt eine koaxiale Welle 8, die durch zwei innerhalb des Spalttopfes 6 angeordnete Lager 9, 10 geführt ist und an einem Ende das Pumpenlaufrad 3 trägt.
An der Außenwand 11 des Motorgehäuses 4 ist hydraulikseitig ein nach innen gerichteter ringförmiger Motorengehäuseflansch 12 angeformt, an dessen innerem Ende eine ringförmige Erweiterung 12a angeformt ist, deren freies Ende zum Stator 5 hin gerichtet ist. Die ringförmige Erweiterung 12a bildet eine koaxiale mittige Öffnung 13, die den Spalttopf 6 außenseitig derart umgibt, dass die ringförmige Erweiterung auf der zylindrischen Außenfläche des Spalttopfes bzw. Spaltrohres formschlüssig aufliegt.
In einer nicht dargestellten Ausführung ist das freie Ende der ringförmigen Erweiterung 12a zum Pumpenlaufrad 3 hin gerichtet und in einer weiteren nicht dargestellten Ausführung überragt die ringförmige Erweiterung 12a auf beiden Seiten den Motorgehäuseflansch 12.
Der Spalttopf 6 besitzt in der Ausführung nach 1 hydraulikseitig einen nach außen gerichteten, ringförmigen dünnwandigen angeformten Flansch 14, der auf derjenigen Außenfläche des Motorgehäuse-Flansches 12 eng anliegt, die dem Pumpenlaufrad 3 zugewandt ist. Der Kunststoffspalttopf 6 wird über eine radiale Passung in einer Ausnehmung der Motorgehäusewandung 11 koaxial zentriert.
Der Spalttopf besitzt somit neben dem Spaltrohr einen angeformten Flansch 14, der sich auf der Hydraulikseite an den Flansch 12 des Motorgehäuses schmiegt. Der an dem Flansch 12 sich eng anschmiegende Flansch 14 des Spalttopfes 6 übernimmt im Gegensatz zu herkömmlichen Ausführungen im Wesentlichen nur die Funktion der Medientrennung und kann daher sehr dünnwandig ausgeführt werden. Die notwendigen Druckkräfte werden von dem Flansch 12 des Motorgehäuses 4 aufgenommen. Die Anlage des Spalttopfflansches am Motorgehäuseflansch verhindert die Bewegung des Spalttopfes in Richtung Elektronikgehäuse 15.
Die in 2 dargestellte zweite Ausführung unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführung dadurch, dass der Spalttopf 6 auf der dem Pumpenlaufrad 3 zugewandten Seite keinen nach außen gerichteten Flansch aufweist und innerhalb eines buchsenförmigen inneren Endes 12a des Motorgehäuseflansches 12 endet. Hierbei bildet das Ende des Spalttopfes mit dem Ende des Motorgehäuseflansches und damit mit der ringförmigen Erweiterung 12a eine formschlüssige flüssigkeitsdichte Verbindung.
Vorzugsweise ist zwischen dem Motorgehäuseflansch 12 und dem Spalttopf 6 insbesondere dem Spalttopfflansch 14 mindestens ein Dämpfungselement angeordnet, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Auf der innenliegenden Seite der Motorgehäusewandung 11, zwischen Motorgehäuseflansch 12 und Stator 5, wird der Spalttopf 6 axial fixiert, um die Bewegungen der Rotorbaugruppe mit dem Spalttopf in Richtung Pumpengehäuse 1 zu unterbinden. Die rückwärtige Befestigung des Spaltrohres 6 am Motorgehäuse 4 kann z. B. mittels Bajonett, Sicherungsringen, usw. erfolgen. In dem dargestellten Aufbau wird diese Funktion über einen Befestigungsring bzw. Zentrierring 19 aus Kunststoff realisiert, welcher die Verschiebung des Spalttopfes mittels Schnapphaken, die in Ausnehmungen am Spalttopf greifen und einen axialen Anschlag am Motorgehäuseflansch unterbinden.
Auf der Elektronikseite wird der Spalttopf mittels eines Zentrierflansches 19 in der Lage positioniert und Schwingungen werden reduziert bzw. gedämpft. Dieses Zentrierelement kann weiterhin als Dichtung zwischen Motor und Elektronikmodul fungieren.
Alternativ ist der Zentrierring an das Elektronikgehäuse angeformt. Das Radiallager auf der Hydraulikseite wird mittels eines Lagerträgers 16 mit dem Spalttopf form- und/oder kraftschlüssig verbunden.
Zwischen Laufrad und Radiallager befindet sich ein wärmeleitendes Element 21, welches zudem den Radseitenraum zum Laufrad minimiert, um den hydraulischen Wirkungsgrad zu erhöhen, der aber grundsätzlich als Wärmetauscher zwischen Rotorraum und Hydraulikraum dient. Weiterhin kann dieses Element den Sitz für eine dynamische Dichtung aufweisen, welche den Spalt zur Rotorwelle 8 verschließt. Mittels einer Sekundärabdichtung auf der rückwertigen Seite des Laufrades werden grobe Partikel von der dynamischen Dichtung ferngehalten.
Die Welle ist mit einem Sackloch 26 ausgebildet und auf der Hydraulikseite verschlossen. Querbohrungen 27 zwischen Radiallager 9 und dynamischer Dichtung 25 ermöglichen eine interne Zirkulation des Mediums im Rotorraum. Um einen sehr druckstabilen Aufbau zu erhalten, können vor und hinter dem Stator 5 versteifende Ringe optional auf den Spalttopf 6 montiert werden.
Um einen druckstabilen Aufbau zu erhalten, kann von der Elektronikseite ein den Spalttopf versteifender Ring auf den Spalttopf 6 montiert sein. Das Radiallager 9 auf der Hydraulikseite wird mittels eines Lagerträgers 16 mit dem Spalttopf form- und/oder kraftschlüssig verbunden. An dem Lagerträger ist eine flächige Ringscheibe angeformt.
Zwischen Laufrad 3 und Radiallager 9 befindet sich weiterhin ein wärmeleitendes Element 21, welches den Radseitenraum zum Laufrad minimiert, um den hydraulischen Wirkungsgrad zu erhöhen und als Wärmetauscher zwischen Rotorraum und Hydraulikraum dient. Weiterhin beinhaltet dieses Element 21 den Sitz für eine dynamische Dichtung 25, welche den Spalt zur Rotorwelle 8 schließt. Mittels einer Sekundärabdichtung auf der rückwertigen Seite des Laufrades werden Partikel von der dynamischen Dichtung ferngehalten.

Claims

Nassläufermotorpumpe mit einem von einem Motorgehäuse (4) umgebenden Stator (5) und einem vom Stator durch einen Spalttopf (6) getrennten Rotor (7), der in dem vom Spalttopf gebildeten Rotorraum läuft und über eine Welle (8) mit dem Pumpenlaufrad (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (4) an seinem dem Pumpenlaufrad (3) zugewandten Ende einen nach innen gerichteten Motorgehäuseflansch (12) bildet, dessen inneres Ende eine ringförmige Erweiterung (12a) bildet, die direkt oder über eine Zwischenlage außen am Spalttopf (6) anliegt.
Nassläufermotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der ringförmigen Erweiterung (12a) zum Stator (5) hin gerichtet ist.
Nassläufermotorpumpe mit einem von einem Motorgehäuse (4) umgebenden Stator (5) und einem vom Stator durch einen Spalttopf (6) getrennten Rotor (7), der in dem vom Spalttopf gebildeten Rotorraum läuft und über eine Welle (8) mit dem Pumpenlaufrad (3) verbunden ist insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Kunststoff bestehende Spalttopf (6) an seinem dem Pumpenlaufrad (3) zugewandten Ende einen nach außen gerichteten Spalttopfflansch (14) aufweist, der hydraulikseitig direkt oder über eine Zwischenlage an dem nach innen gerichteten Motorgehäuseflansch (12) anliegt.
Nassläufermotorpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalttopfflansch (14) an dem Motorgehäuseflansch (12) durch eine formschlüssige Verbindung insbesondere durch eine Rastverbindung (20) gehalten ist.
Nassläufermotorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorgehäuseflansch (12) und dem Spalttopf (6) insbesondere dem Spalttopfflansch (14) mindestens ein Dämpfungselement angeordnet ist.
Nassläufermotorpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ringförmig insbesondere ringscheibenförmig zwischen dem Motorgehäuseflansch (12) und dem Spalttopf (6) insbesondere dem Spalttopfflansch (14) liegt.
Nassläufermotorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalttopf (6) auf seiner zylindrischen Außenfläche Versteifungsringe aufweist.
Nassläufermotorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der der Hydraulikseite zugewandten Öffnung des Spalttopfes (6) ein Lagerträger (16) einliegt, der das dort angeordnete Radiallager (9) umgibt.
Nassläufermotorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (4) insbesondere die Motorgehäusewand (11) auf der dem Pumpenlaufrad (3) abgewandten Seite eine kreisförmige Öffnung (17) bildet, deren Durchmesser gleich oder größer ist als der Außendurchmesser des Motorenstators (5).
Nassläufermotorpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (17) ein Verschlussdeckel (18) einliegt, an dessen Innenseite ein Zentrierring (19) koaxial vorsteht, der das Ende insbesondere den Boden des Spalttopfes (6) umfasst.
Nassläufermotorpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Verschlussdeckel (18) ein Elektronikgehäuse (15) befestigt ist.
Nassläufermotorpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussdeckel (18) ein Bestandteil des Elektronikgehäuses ist.
Nassläufermotorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalttopf (6) über zwei radiale Aufnahmen zentriert gelagert ist, die vor und hinter dem Stator angeordnet sind.