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Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad, das in einem Gehäuse angeordnet ist und von einem Spaltrohrmotor angetrieben wird, wobei der Spaltrohrmotor eine Vorrichtung zur Verbindung mit dem Gehäuse aufweist und die Vorrichtung ein Verbindungsteil umfasst, das einstückig mit einem Element zur Trennung eines Rotors von einem Stator des Spaltrohrmotors ausgebildet ist.
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Kreiselpumpen mit Spaltrohrmotor sind gekennzeichnet durch eine integrale und auch kompakte Bauform. Diese Pumpen verfügen über ein spiralförmiges Gehäuse, in dem ein schaufelbestücktes Laufrad mit hoher Drehzahl rotiert. Es wird über eine Pumpenwelle von einem Elektromotor angetrieben. Der stillstehende Stator des Elektromotors und der sich drehende Rotor sind durch ein rohrartiges Innengehäuse dicht getrennt. Dieses sogenannte Spaltrohr kann aus nichtmagnetisierbarem Chrom-Nickel-Stahl oder Kunststoff bestehen. Der gekapselte Rotor läuft in der Förderflüssigkeit, um die Verlustwärme abzuführen. Gleichzeitig schmiert die Förderflüssigkeit die beiden hydrodynamischen Gleitlager im Rotorraum. Das umlaufende Magnetfeld in der Statorwicklung induziert ein Magnetfeld in die Rotorwicklung, wodurch der Rotor in Bewegung gesetzt wird. Neben dem Spaltrohr als hermetisch dichtes Bauteil stellt das Motorgehäuse eine zweite Sicherheitshülle dar. Dies zeichnet die Kreiselpumpen mit Spaltrohrmotor neben der kurzen und kompakten Bauform sowie dem sehr niedrigen Geräuschpegel gegenüber konventionellen Kreiselpumpen und Magnetkupplungspumpen aus.
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Die Kreiselpumpen mit Spaltrohrmotor werden überall dort eingesetzt, wo heiße, aggressive, explosive oder giftige Flüssigkeiten gepumpt werden müssen und daher ein hoher Wert auf gekapselte Aggregate ohne Stopfbuchse oder Gleitringdichtung gelegt wird. Dies erfolgt bei Heizungsumwälz- und Reaktorumwälzpumpen sowie bei Prozesspumpen der Chemie und Verfahrenstechnik.
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Gerade die Gestaltung des Spaltrohrs ist häufig ein Fokus von Entwicklungen. Zum einen soll das Material des Spaltrohrs ein elektrischer Nichtleiter sein, um Wirbelstromverluste zu vermeiden. Zum anderen sollte das Spaltrohr möglichst dünn, aber auch druckstabil ausgeführt sein.
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In der
DE 10 2005 009 260 A1 wird ein Spaltrohr einer Kreiselpumpe beschrieben, welches an beiden Enden offen und bei dem pumpenseitig ein Lagerschild angeformt ist. Das Ziel dieser einteiligen Ausführung ist es, die Anzahl der Einzelteile und den Montageaufwand zu reduzieren. Besonders nachteilig ist bei dieser Konstruktion, dass das pumpenseitige Lager über das offene und sehr schmale Ende des Spaltrohrs eingeführt und in Kombination mit einem Filterelement in den Lagersitz eingepasst werden muss. Erschwerend kommt bei der Montage dazu, dass um das Spaltrohr ein Versteifungsrohr angebracht werden muss, um der Druckbelastung standzuhalten.
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Die
EP 22 93417 B1 beschreibt ein Spaltrohr eines Nassläuferelektromotors, welches aus Thermoplastmaterial hergestellt wird und das Lagergehäuse auf der Motorseite mit Thermoplastmaterial umgeben ist. Auch hier sollen die Anzahl der Teile und der Montageaufwand reduziert werden. Um das Spaltrohr ausreichend druckfest zu gestalten, wird in einem sehr aufwändigen Wickelprozess eine faserverstärkte Thermoplastbandschicht aufgetragen. Je druckfester das Spaltrohr ausgeführt sein muss, desto aufwändiger ist der Wickelprozess gestaltet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aus einem Verbindungsteil und einem Element zur Trennung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung bereitzustellen. Diese Vorrichtung sollte aus möglichst wenigen Einzelteilen bestehen und dabei die Montage des Spaltrohrmotors der Kreiselpumpe vereinfachen. Dabei sollte die Vorrichtung aus einem elektrischen Nichtleiter bestehen und äußerst dünn ausgebildet sein. Gleichzeitig sollte die Vorrichtung druckstabil und chemikalienbeständig ausgeführt sein. Die Vorrichtung sollte einfach und kostengünstig realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und einem Herstellungsverfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist die pumpenseitige Lageranordnung mit der Vorrichtung form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Vorteilhafterweise wird ein Gleitlager in ein Druckgusswerkzeug eingelegt und mit einem Kunststoff ausgegossen, so dass eine einstückige Vorrichtung mit integriertem Lager entsteht. Die einstückige Vorrichtung ist besonders montagefreundlich, da sie mehrere Teile, die zuvor einzeln und unter erheblichem Aufwand montiert werden mussten, zu einer Vorrichtung zusammenfasst. Ebenso wird das Auftreten von Montagefehlern beim Einpressen des Lagers in den Lagersitz vermieden. Aufgrund der einstückigen Ausbildung der Erfindung kann eine Dichtung mit den dazugehörigen Dichtflächen eingespart werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Vorrichtung durch Urformen angefertigt. Dazu wird die Vorrichtung aus Kunststoff, vorzugsweise aus Hochleistungskunststoff, gegossen. Hochleistungskunststoffe sind eine Untergruppe der thermoplastischen Kunststoffe, die sich besonders durch ihre Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit bei gleichzeitig verbesserten mechanischen Eigenschaften auszeichnen. Des Weiteren sind sie elektrische Nichtleiter, wodurch Wirbelstromverluste beim Betrieb des Spaltrohrmotors vermieden werden können. Beispiele hierfür sind Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyphenylensulfide und Polyamide. Im Gegensatz zu Vorrichtungen aus Messing können Vorrichtungen aus Hochleistungskunststoff dünner produziert werden.
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Erfreulicherweise übernimmt die Vorrichtung die Aufgabe eines Spaltrohres, welches gleichzeitig mit einem Verbindungsteil, welches als sogenannter Druckdeckel ausgestaltet ist, als einstückiges Bauteil ausgebildet ist.
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In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird das Verstärkungsteil, welches zur Erhöhung der Steifigkeit und Druckfestigkeit der Vorrichtung in der Regel benötigt wird, bereits in das Spritzgusswerkzeug mit eingelegt und mit Hochleistungskunststoff ausgegossen, so dass eine einstückige Vorrichtung mit angeformtem Verbindungsteil, rohrartigem Element zum Trennen sowie eingegossenem Lager als auch eingegossenem Verstärkungsteil entsteht. Hierdurch wird nochmals ein zusätzlicher Montageschritt eingespart. Bei dieser Variante kann das Verstärkungsteil, welches als Versteifungsrohr aus Kohlefaser oder als ein Wickelteil aus kohlefaserverstärktem Kunststoffband ausgeführt ist, besonders dünn ausgebildet sein, so dass ein Verbund von Hochleistungskunststoff und Wickelteil entsteht, dessen Wandstärke weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1,5 mm, insbesondere weniger als 1 mm beträgt.
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In einer weiteren Variante können die Lageranordnungen auch als Wälzlager ausgeführt sein. Ein solches kann ebenfalls in das Druckgusswerkzeug eingelegt und mit Kunststoff ausgespritzt werden, ohne dass dabei die Wälzkörper miteingespritzt werden. Eine weitere Variante könnte ein Zweikomponentenspritzgussverfahren sein, bei dem das Gleitlager auf Basis von Kunststoff urgeformt wird. Beispielsweise könnte ein kunststoffgebundener Graphitwerkstoff hierfür verwendet werden.
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Vorteilhafterweise wird die pumpenseitige Lageranordnung sowie das Verstärkungsteil im erfindungsgemäßen Kunststoffspritzgussverfahren mit Hochleistungskunststoff unter Druck ausgegossen, so dass eine einstückige Vorrichtung entsteht. Druckgusswerkzeuge sowie Spritzgussverfahren sind bewährt und bekannt in der Verarbeitung von Hochleistungskunststoffen, insbesondere in der Fertigung hoher Stückzahlen bei hohen Anforderungen an die Fertigungstoleranzen und gleichzeitiger Reduktion der Fertigungskosten.
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Die Vorrichtung mit der integrierten Lageranordnung kann erfindungsgemäß zur Verbindung eines Spaltrohrmotors mit dem Pumpenteil einer Kreiselpumpe verwendet werden. Gleichzeitig trennt die Erfindung vorteilhafterweise den Rotor vom Stator des Spaltrohrmotors dichtend ab und vermeidet Wirbelstromverluste bei dessen Betrieb.
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Ganz besonders vorteilhaft ist die einteilige Ausführung der Vorrichtung als Baugruppe, die nach dem aktuellen technischen Stand aus einem Druckdeckel, einem Kunststoffliner, einem O-Ring und einem Gleitlager bestand. Diese einteilige Baugruppe kann in einer weiteren Variante der Erfindung um ein eingegossenes Verstärkungsteil, welches als ein Wickelteil bzw. Kohlefaserrohr ausgeführt sein kann, ergänzt sein, wodurch nochmals ein Montageschritt reduziert werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und aus der Zeichnung selbst.
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Dabei zeigt:
- 1 einen Schnitt einer Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor.
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1 zeigt einen Schnitt einer Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor mit einen Laufrad 2, das in einem Gehäuse 1 angeordnet ist. Das Fluid tritt von unten in den Pumpenraum ein und wird axial dem Laufrad 2 zugeführt. Das drehende Laufrad 2 überträgt kinetische Energie auf das Fluid, welches sich im verjüngenden Druckstutzen anstaut und nach oben den Pumpenraum verlässt. Das Laufrad 2 ist an einer Welle 10 angeordnet, welche von einem Spaltrohrmotor bestehend aus einem Rotor 6 und einem Stator 5 angetrieben wird. Der Spaltrohrmotor weist eine Vorrichtung 3 zur Verbindung mit dem Gehäuse 1 auf. Die Vorrichtung 3 umfasst ein Verbindungsteil 15, das einstückig mit einem Element 8 zur Trennung des Rotors 6 von dem Stator 5 ausgebildet ist.
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Die Vorrichtung 3 besteht aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem Hochleistungskunststoff, welcher vorteilhafterweise temperatur- und druckstabil sowie ein elektrischer Nichtleiter ist. Das Element 8 ist erfindungsgemäß als rohrartiges Teilstück ausgeführt, welches die Funktion eines Spaltrohres erfüllt und trennt völlig dichtend den Rotor 6 vom Stator 5. Die Kreiselpumpe wird als Nassläufer betrieben, wodurch der Rotor 6 durch das Fluid gekühlt wird und gleichzeitig die Lageranordnung 14 durch das Fluid geschmiert wird. An das Element 8 ist pumpenseitig ein Verbindungsteil 15 angeformt, an welches das Gehäuse 1 mittelbar oder unmittelbar befestigt wird und somit den Pumpenraum des Laufrads 2 abschließt. Dadurch erfüllt das Verbindungsteil 15 die Aufgabe eines Druckdeckels.
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In die Vorrichtung 3 ist die Lageranordnung 14 durch Urformen, vorzugsweise durch Spritzgießen, integriert. Die Lageranordnung 14 ist vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt. Es sind aber auch Lageranordnungen 14 in Form eines Wälzlagers denkbar. Die Lageranordnung 14 ermöglicht der Welle 10 eine funktionale Bewegung. Daran angebracht ist ein Rotor 6. Zwischen der Lageranordnung 14 und dem Rotor 6 ist ein Axiallager 13 montiert.
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Im Endlagerdeckel 9 ist eine zweite Lageranordnung 11 integriert, welche das motorseitige Ende der Welle 10 lagert. Der Endlagerdeckel 9 ist im Motorgehäuse 7 eingebracht, welches den Spaltrohrmotor als zweite Schutzschicht fest und dicht verschließt. Zur Abdichtung ist eine Dichtung 12, vorzugsweise ein O-Ring, zwischen Endlagerdeckel 9, dem Motorgehäuse 7 und dem Element 8 angeordnet. Zwischen dem Element 8, mit dem erfindungsgemäß eingegossenem Verstärkungsteil 4, und dem Motorgehäuse 7 ist der Stator 5 den Rotor 6 umhüllend montiert.
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Das Verstärkungsteil 4 kann als ein Versteifungsrohr aus Kohlefaser oder als ein Wickelteil aus kohlefaserverstärktem Kunststoffband ausgeführt sein. Vorteilhafterweise wird das Verstärkungsteil 4 zur Erhöhung der Steifigkeit in ein Druckgusswerkzeug eingelegt und zusammen mit der Lageranordnung 14 mit einem Hochleistungskunststoff eingegossen, so dass eine einstückige Vorrichtung 3 entsteht. Die Wandstärke des Elements 8 in Kombination mit dem Verstärkungsteil 4 beträgt weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1,5 mm, insbesondere weniger als 1 mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005009260 A1 [0005]
- EP 2293417 B1 [0006]
