DE102016108240A1

DE102016108240A1 - Lagerung einer Motorwelle einer Pumpe

Info

Publication number: DE102016108240A1
Application number: DE102016108240.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heli; Tim Spazierer
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2017-11-09
Also published as: GB2549995A; GB201608636D0; GB2549995B

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Lagerung einer Motorwelle (2) eines Antriebsmotors (3) einer Pumpe (1), die ein Gehäuse aufweist, wobei sich die Motorwelle (2) in axialer Richtung von dem Antriebsmotor (3) durch das Gehäuse zu einem Pumpeneinlass (4) an dem Gehäuse erstreckt, und der Antriebsmotor (3) ein erstes integriertes Motorlager (5) aufweist, das in einem axialen Abstand L1 von dem Pumpeneinlass (4) vorgesehenen ist, wobei das Gehäuse ein zweites, von dem ersten Motorlager (5) in axialer Richtung über eine axiale Länge L2 beabstandetes Lager (6) aufweist, wobei das zweite Lager (6) als Radiallager ausgebildet ist und zwischen dem zweiten Lager (6) und dem Gehäuse ein Radialspalt S vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine zweiseitige Lagerung einer Motorwelle einer Pumpe.
Lagerungen der Motorwelle bei Pumpen unterliegen im Betrieb verschiedenen Einflussfaktoren, die ihre Lebensdauer beeinflussen. Zum Einen spielt die Lagertemperatur eine entscheidende Rolle, zum Anderen belasten die durch das Pumpenrad erzeugten Schwingungen die Lagerung mechanisch.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Reduzierung der Lagertemperatur effiziente EC-Motoren mit integrierter Elektronik zu verwenden. Ferner werden mehrstufige Pumpenaufbauten gewählt, um die Drehzahl und somit die Lagerbelastung zu reduzieren. Durch die dabei resultierende, in axialer Richtung relativ lange Motorwelle zwischen Pumpenbereich und Motorbereich treten im Pumpenbetrieb hydraulische Schwingungen auf. Die Motorwelle bietet durch ihre Länge einen großen Hebel, so dass die Belastung des Motorlagers hoch ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung einer Motorwelle eines Antriebsmotors einer Pumpe bereit zu stellen, die eine verbesserte Langlebigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Lagerung der Motorwelle eines Antriebsmotors einer ein Gehäuse aufweisenden Pumpe vorgeschlagen, bei der sich die Motorwelle in axialer Richtung von dem Antriebsmotor durch das Gehäuse zu einem Pumpeneinlass an dem Gehäuse erstreckt. Der Antriebsmotor weist ein erstes integriertes Motorlager auf, das in einem axialen Abstand L1 von dem Pumpeneinlass vorgesehenen ist. Das Gehäuse umfasst ein zweites, von dem ersten Lager in axialer Richtung über eine axiale Länge L2 beabstandetes Lager. Das zweite Lager ist erfindungsgemäß als Radiallager ausgebildet. Ferner wird zwischen dem zweiten Lager und dem Gehäuse ein Radialspalt S vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Aufbau mit zweiseitiger Lagerung führt zu einer Reduzierung der radialen Motorlagerlast durch eine zusätzliche radiale Abstützung der Motorwelle mittels des Radiallagers, das als zusätzliches Gegenlager wirkt. Das zweite Lager wird schwimmend eingebracht, so dass Schrägstellungen von Motorwelle zum Gehäuse ausgeglichen werden und das Motorlager nicht durch eine Verspannung der Motorwelle zusätzlich belastet wird. Eine Doppelzentrierung wird hierdurch ausgeschlossen.
Ein Verhältnis des axialen Abstandes L1 zur axialen Länge L2 wird in einer vorteilhaften Ausführungsvariante in einem Bereich von 1,05–1,75, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,2–1,6 festgelegt. Der axiale Abstand L1 zwischen dem ersten Motorlager und dem Pumpeneinlass liegt in einem Verhältnis zu einem Durchmesser D der Motorwelle, dass gilt L1 > 10D.
Der Radialspalt S zwischen dem zweiten Lager und dem Gehäuse ist in einein Ausführungsbeispiel größer als ein radialer Maximalversatz der Motorwelle, der gebildet wird durch eine Summe aus Mittenabweichung einer Mittelachse der Motorwelle und einer Rundlaufabweichung.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das zweite Lager einen sich in axialer Richtung über eine axiale Höhe H erstreckenden Spaltdichtungsabschnitt auf, der ausgebildet ist, die Motorwelle abzudichten. Der Spaltdichtungsabschnitt weist zudem einen Nennspalt von 0,1–0,5% des Durchmessers D der Motorwelle gegenüber der Motorwelle auf. Das zusätzliche zweite Lager (Gegenlager) kann somit gleichzeitig als Dichtstelle der obersten, dem Pumpeneinlass zugewandten Pumpenstufe wirken.
In einer günstigen Ausführung ist vorgesehen, dass das Verhältnis der axialen Höhe des Spaltdichtungsabschnitts zu dem Durchmessers D der Motorwelle größer als 0,75 ist, so dass gilt H/D > 0,75.
In einer vorteilhaften Ausbildung des Gehäuses ist vorgesehen, dass es ein den Antriebsmotor aufnehmendes Motorgehäuse und eine axial hierzu beabstandete, den Pumpeneinlass bildende Gehäusebasis aufweist, wobei das zweite Lager in der Gehäusebasis angeordnet ist. Ferner ist eine Ausführung vorteilhaft, bei der das Gehäuse einstückig ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine hohe Steifigkeit, eine geringe Formabweichung und mithin eine geringe Lagerlast.
Das Pumpengehäuse bildet einen Mittelabschnitt, der die Gehäusebasis und das Motorgehäuse verbindet und mindestens eine, sich in axialer Richtung erstreckende Versteifungsstrebe aufweist. Die Versteifungsstrebe ist in einer axialen Draufsicht X-förmig oder kreuzförmig. Auch wird eine Ausführung offenbart, bei der die Gehäusebasis mindestens eine, sich in axialer Richtung erstreckende Versteifungsstrebe aufweist, die in einer axialen Draufsicht X-förmig oder kreuzförmig ist. Die Versteifungsstreben sind weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit, einer daraus resultierenden geringen Formabweichung und einer reduzierten Lagerlast.
Die Motorwelle wird in einer günstigen Ausführung mehrteilig gebildet und über eine Hülse verbunden. Dabei wird die Hülse im Bereich des zweiten Lagers angeordnet und bietet die Möglichkeit, die Dichtfunktion über die Auswahlmöglichkeit der Materialien und Beschichtungen zu verbessern. Auch kann über die Hülse der vordefinierte Nennspalt zwischen Motorwelle und zweitem Lager exakt eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist ferner vorgesehen, dass das Motorlager als Kugellager ausgebildet ist.
Zur Sicherung der Korrosionsbeständigkeit beim Einsatz in Pumpen wird das zweite Lager vorteilhafterweise aus Kunststoff gebildet.
Die Erfindung umfasst ferner eine Flüssigkeitspumpe mit einer vorstehend beschriebenen Lagerung.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitspumpe;
2 die Flüssigkeitspumpe gemäß 1 in einer Schnittansicht;
3 eine axiale Schnittansicht der Flüssigkeitspumpe gemäß 1.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in 1 eine Pumpe 1 in perspektivischer Ansicht, in 2 die Pumpe 1 aus 1 geschnitten dargestellt ist. Zudem enthält 2 eine vergrößerte Detailansicht zur besseren Erkennbarkeit der Merkmale bezüglich der zweiten Lagerung 6.
Die Figuren zeigen eine Pumpe 1 in Form einer Flüssigkeitspumpe, die ein einteiliges Gehäuse mit einem Motorgehäuse 8, einer Gehäusebasis 10 und einem Mittelabschnitt 10 aufweist, wobei der Mittelabschnitt 10 das Motorgehäuse 8 und die Gehäusebasis 10 verbindet. Das Gehäuse weist ferner einen Flansch 21 zur Befestigung der Pumpe 1 auf. In dem Motorgehäuse 8 ist der Antriebsmotor 3 aufgenommen bzw. eingesetzt. In dem Antriebsmotor 3 verläuft axial die Motorwelle 2, die über ein als Kugellager ausgebildetes Motorlager 5 zum ersten Mal gelagert ist. Die Motorwelle 2 erstreckt sich von dem Antriebsmotor 3 durch den Mittelabschnitt 10 und die Gehäusebasis 9 des Gehäuses und steht mit ihrem Abschluss in axialer Richtung über einen an der Gehäusebasis 9 ausgebildeten Pumpeneinlass 4 hervor. Am Übergang zwischen dem Mittelabschnitt 10 und der Gehäusebasis 9 ist die Motorwelle 2 über ein zweites, als Radiallager ausgebildetes Lager 6 zum zweiten Mal gelagert. Die Motorwelle 2 ist mehrteilig und über die Hülse 15 verbunden, wobei die Hülse 15 in dem Bereich des zweiten Lagers 6 vorgesehen wird.
Das zweite Lager 6 ist von dem Motorlager 5 über eine axiale Länge L2 beabstandet. Das integrierte Motorlager 5 weist einen axialen Abstand L1 von dem Pumpeneinlass 4 auf. Das Verhältnis von L1 zu L2 ist in der gezeigten Ausführung 1,4, wobei jeweils an den nach axial innen weisenden Stirnkanten der Lager gemessen wird. Ferner liegt der Wert des Verhältnisses zwischen dem axialen Abstand L1 zu einem Durchmesser D der Motorwelle 2 bei 10,6.
Das zweite Lager 6 ist über Schrauben 20 an dem Gehäuse verschraubt. Zwischen dem zweiten Lager 6 und dem Gehäuse ist im radial an das Lager 6 angrenzenden Bereichen jeweils ein Radialspalt S vorgesehen. Der Radialspalt S ist größer als der radiale Maximalversatz der Motorwelle 2 im Betrieb, der gebildet wird durch eine Summe aus Mittenabweichung der Mittelachse der Motorwelle 2 und der Rundlaufabweichung. Das zweite Lager 6 weist einen flachen flanschartigen und axial an dem Gehäuse anliegenden Abschnitt auf, über den es an dem Gehäuse verschraubt wird. Zudem umfasst das zweite Lager 6Höh einen sich in axialer Richtung über eine axiale e H erstreckenden Spaltdichtungsabschnitt 7, der die Motorwelle 2 abdichtet. Der Spaltdichtungsabschnitt 7 ist in der gezeigten Ausführung bezüglich seiner axialen Höhe H festgelegt, dass das Verhältnis der axialen Höhe H zu dem Durchmessers D der Motorwelle 2 bei 0,9 liegt. Das zweite Lager ist aus Kunststoff.
Zur Montage wird zunächst der Antriebsmotor 3 mit der Motorwelle 2 an dem Motorgehäuse 8 befestigt. Anschließend wird das zweite Lager 6 auf der Motorwelle 2 schwimmend zentriert und dann an dem Gehäuse verschraubt. Somit sitzt das zweite Lager 6 konzentrisch auf der Motorwelle 2.
3 zeigt in einer axialen Schnittansicht, geschnitten durch den Mittelabschnitt 10, die sich in axialer Richtung erstreckenden X-förmigen Versteifungsstreben 11. Dabei erstreckt sich jeweils einer der Schenkel in radialer Richtung direkt auf die Motorwelle 2. Der jeweils andere Schenkel verläuft im rechten Winkel. Die Versteifungsstreben 11 gehen in axialer Richtung jeweils in einen Fußabschnitt 12 über, in dem sie sich bis an den radialen Rand der Gehäusebasis 9 erstrecken.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Zeichnungen und geltend ausdrücklich als mit offenbart, selbst wenn sie nicht explizit beschrieben sind.

Claims

Lagerung einer Motorwelle (2) eines Antriebsmotors (3) einer Pumpe (1), die ein Gehäuse aufweist, wobei sich die Motorwelle (2) in axialer Richtung von dem Antriebsmotor (3) durch das Gehäuse zu einem Pumpeneinlass (4) an dem Gehäuse erstreckt, und der Antriebsmotor (3) ein erstes integriertes Motorlager (5) aufweist, das in einem axialen Abstand L1 von dem Pumpeneinlass (4) vorgesehenen ist, wobei das Gehäuse ein zweites, von dem ersten Motorlager (5) in axialer Richtung über eine axiale Länge L2 beabstandetes Lager (6) aufweist, wobei das zweite Lager (6) als Radiallager ausgebildet ist und zwischen dem zweiten Lager (6) und dem Gehäuse ein Radialspalt S vorgesehen ist.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des axialen Abstandes L1 zur axialen Länge L2 in einem Bereich von 1,05 bis 1,75 liegt.
Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand L1 zwischen dem ersten Motorlager (5) und dem Pumpeneinlass (4) in einem Verhältnis zu einem Durchmesser D der Motorwelle (2) liegt, dass gilt L1 > 10D.
Lagerung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialspalt S zwischen dem zweiten Lager (6) und dem Gehäuse größer ist als ein radialer Maximalversatz der Motorwelle (2), der gebildet wird durch eine Summe aus Mittenabweichung einer Mittelachse der Motorwelle (2) und einer Rundlaufabweichung.
Lagerung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lager (6) einen sich in axialer Richtung über eine axiale Höhe H erstreckenden Spaltdichtungsabschnitt (7) aufweist, der ausgebildet ist, die Motorwelle (2) abzudichten, und einen Nennspalt von 0,1–0,5% des Durchmessers D der Motorwelle (2) gegenüber der Motorwelle (2) aufweist.
Lagerung nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der axialen Höhe des Spaltdichtungsabschnitts (7) zu dem Durchmessers D der Motorwelle (2) größer als 0,75 ist, so dass gilt H/D > 0,75.
Lagerung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein den Antriebsmotor (3) aufnehmendes Motorgehäuse (8) und eine axial hierzu beabstandete, den Pumpeneinlass (4) bildende Gehäusebasis (9) aufweist, wobei das zweite Lager (6) in der Gehäusebasis (9) angeordnet ist und das Gehäuse einstückig ausgebildet ist.
Lagerung nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelabschnitt (10) des Gehäuses, der die Gehäusebasis (9) und das Motorgehäuse (8) verbindet, mindestens eine, sich in axialer Richtung erstreckende Versteifungsstrebe (11) aufweist, die in einer axialen Draufsicht X-förmig oder kreuzförmig ist.
Lagerung nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebasis (9) mindestens eine, sich in axialer Richtung erstreckende Versteifungsstrebe (12) aufweist, die in einer axialen Draufsicht X-förmig oder kreuzförmig ist.
Lagerung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorlager (4) als Kugellager ausgebildet ist.
Lagerung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lager (6) aus Kunststoff gebildet ist.
Lagerung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (2) mehrteilig und über eine Hülse (15) verbunden ist, wobei die Hülse (15) im Bereich des zweiten Lagers (6) angeordnet ist.
Flüssigkeitspumpe mit einer Lagerung gemäß einem der vorigen Ansprüche.