DE102021111677B4 - Centrifugal pump with wet-running electric motor - Google Patents

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    • F04D13/00Pumping installations or systems
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Abstract

Kreiselpumpe (2) mit nasslaufendem Elektromotor (14) zum Fördern eines Fördermediums, aufweisend:ein Pumpengehäuse (4) mit einem Motorraum (4a) und einem Pumpenraum (4b),eine Steuerungseinheit (22),eine Welle (8), mit der ein Pumpenlaufrad (6) drehfest verbunden ist und die Welle (8) von einem Gleitlager (8c) drehbar gelagert wird, undeinen Elektromotor (14), der das Pumpenlaufrad (6) über die Welle (8) antreibt, mit einem Rotor (16) und einem Stator (18), wobeizwischen dem Rotor (16) und dem Stator (18) ein Spalt angeordnet ist, undder Rotor (16) mit der Welle (8) in drehfester Verbindung ist und von dem Fördermedium zumindest teilweise umströmt wird,wobei das Gleitlager (8c) aus einem Sinterwerkstoff besteht, unddas Fördermedium das Gleitlager (8c) durchdringt, dadurch gekennzeichnet, dassder Rotor (16) auf einer vom Gleitlager (8c) abgewandten Seite einen größeren Durchmesser als auf einer dem Gleitlager (8c) zugewandten Seite aufweist und, dassdas Verhältnis zwischen einem Volumenstrom durch das Sinterlager und einem Volumenstrom im Motorraum (4a) kleiner als 1 zu 1000 ist, wodurch ein Betrieb der Pumpe auch dann möglich ist, wenn für eine bestimmte Zeit kein Fördermittel gefördert wird.Centrifugal pump (2) with a wet-running electric motor (14) for conveying a pumping medium, comprising: a pump housing (4) with a motor compartment (4a) and a pump compartment (4b), a control unit (22), a shaft (8) with which a Pump impeller (6) is connected in a rotationally fixed manner and the shaft (8) is rotatably supported by a plain bearing (8c), and an electric motor (14), which drives the pump impeller (6) via the shaft (8), with a rotor (16) and a stator (18), wherein a gap is arranged between the rotor (16) and the stator (18), and the rotor (16) is in a rotationally fixed connection with the shaft (8) and the conveying medium at least partially flows around it, the plain bearing (8c) consists of a sintered material, and the conveying medium penetrates the plain bearing (8c), characterized in that the rotor (16) has a larger diameter on a side facing away from the plain bearing (8c) than on a side facing the plain bearing (8c) and, that the ratio between a volume flow through the sintered bearing and a volume flow in the engine compartment (4a) is less than 1 to 1000, which means that the pump can be operated even if no funding is pumped for a certain time.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit nasslaufendem Elektromotor, ein Verfahren zur Kühlung eines Elektromotors und eine Verwendung der Kreiselpumpe mit nasslaufendem Elektromotor.The invention relates to a centrifugal pump with a wet-running electric motor, a method for cooling an electric motor and a use of the centrifugal pump with a wet-running electric motor.

Kreiselpumpen mit nasslaufendem Elektromotor sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen Pumpen sind Wellen, die den Rotor des Elektromotors und das Pumpenlaufrad verbinden, im Allgemeinen durch Gleitlager gelagert. Diese Gleitlager werden herkömmlicherweise aus Kohle, Keramik oder Kunststoff gefertigt. Um Gleitlager, die aus den vorstehenden Werkstoffen gefertigt sind, durchlässig für ein Fördermedium zu gestalten, sodass Elemente im Motorraum durch das Fördermedium gekühlt werden können, sind Bohrungen in den Gleitlagern vorgesehen.Centrifugal pumps with wet-running electric motors are known from the prior art. In these pumps, shafts that connect the rotor of the electric motor and the pump impeller are generally supported by plain bearings. These plain bearings are conventionally made of carbon, ceramic or plastic. In order to make plain bearings made from the above materials permeable to a pumped medium, so that elements in the engine compartment can be cooled by the pumped medium, holes are provided in the plain bearings.

Als zugrundeliegender Stand der Technik sind die DE 35 11 464 A1 und die DE 10 2018 104 015 A1 zu nennen.The underlying state of the art is: DE 35 11 464 A1 and the DE 10 2018 104 015 A1 to call.

Hieraus ergibt sich die Problematik, dass Fremdstoffe, die sich im Fördermedium befinden, mit in den Motorraum gelangen. Diese Fremdstoffe können sich an Bauteile im Motorraum anlagern und so können diese Bauteile in ihrer Funktionsweise eingeschränkt sein. Insbesondere kann es vorkommen, dass bewegliche Bauteile im Motorraum blockiert werden. Die Pumpe ist dann in ihrer Funktion gravierend beschränkt bzw. außer Betrieb.This results in the problem that foreign substances that are in the pumped medium end up in the engine compartment. These foreign substances can accumulate on components in the engine compartment and thus these components can be restricted in their functionality. In particular, it can happen that moving components in the engine compartment become blocked. The pump's function is then severely limited or out of operation.

Ferner haben die vorgenannten Gleitlager in Bezug auf die Welle ein großes Spiel. Die Welle ist folglich in der Bewegung wenig beschränkt. Vibrationen und andere unerwünschte Effekte können bei der Welle auftreten, weshalb die Lautstärke einer Pumpe mit einer solchen Lagerung erhöht und ein Wirkungsgrad durch Verluste verringert ist.Furthermore, the aforementioned plain bearings have a lot of play in relation to the shaft. The wave is therefore not very restricted in its movement. Vibrations and other undesirable effects can occur in the shaft, which is why the volume of a pump with such a bearing is increased and efficiency is reduced due to losses.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe, eine Pumpe mit einem nasslaufenden Elektromotor zu schaffen, bei der bei guter Kühlung der Bauteile im Motorraum ein Spiel von Lager zu Welle gering ist und außerdem ein Blockieren beweglicher Bauteile zu vermindern.This results in the task of creating a pump with a wet-running electric motor in which, while the components in the engine compartment are well cooled, there is little play between bearings and shafts and also to reduce blocking of moving components.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Kreiselpumpe. Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe mit nasslaufendem Elektromotor zum Fördern eines Fördermediums weist auf: ein Pumpengehäuse mit einem Motorraum und einem Pumpenraum, eine Steuerungseinheit, eine Welle, mit der ein Pumpenlaufrad drehfest verbunden ist und die Welle von einem Gleitlager drehbar gelagert wird, und einen Elektromotor, der das Pumpenlaufrad über die Welle antreibt, mit Rotor und Stator, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Spalt angeordnet ist, und der Rotor mit der Welle in drehfester Verbindung ist und von dem Fördermedium zumindest teilweise umströmt wird.This task is solved by the centrifugal pump according to the invention. The centrifugal pump according to the invention with a wet-running electric motor for conveying a pumped medium has: a pump housing with a motor compartment and a pump compartment, a control unit, a shaft to which a pump impeller is connected in a rotationally fixed manner and the shaft is rotatably supported by a plain bearing, and an electric motor, which drives the pump impeller via the shaft, with a rotor and stator, with a gap being arranged between the rotor and the stator, and the rotor is in a rotationally fixed connection with the shaft and is at least partially flowed around by the pumped medium.

Dabei zeigt die erfindungsgemäße Kreiselpumpe erstmals, dass das Gleitlager aus einem Sinterwerkstoff besteht, und das Gleitlager für das Fördermedium durchgängig ist.The centrifugal pump according to the invention shows for the first time that the plain bearing consists of a sintered material and that the plain bearing is continuous for the pumped medium.

Durch die Ausbildung des Gleitlagers aus einem Sinterwerkstoff ergeben sich gleich mehrere Vorteile. Zum einen ist die Struktur eines Sinterwerkstoffs so ausgebildet, dass kleinste Fördermittelströme durch den Sinterwerkstoff passieren können. Auf diese Weise ist eine ausreichende Kühlung für die Bauteile im Motorraum sichergestellt.The design of the plain bearing from a sintered material results in several advantages. On the one hand, the structure of a sintered material is designed in such a way that the smallest flows of funding can pass through the sintered material. This ensures sufficient cooling for the components in the engine compartment.

Zum anderen ist ein Lagerspalt, zwischen Gleitlager und Welle, klein. Somit dringt nur ein kleinster Teil des im Motorraum befindlichen Fördermediums in den Pumpenraum ein. Die Menge des im Motorraum befindlichen Fördermediums bleibt im Wesentlichen konstant, weshalb eine Kühlung und Schmierung der beweglichen Bauteile und anderer Bauteile im Motorraum sichergestellt ist.On the other hand, a bearing gap between the plain bearing and the shaft is small. This means that only a small part of the fluid in the engine compartment penetrates into the pump compartment. The amount of fluid in the engine compartment remains essentially constant, which is why cooling and lubrication of the moving components and other components in the engine compartment is ensured.

Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Kreiselpumpe den Vorteil, dass bei ausreichender Kühlung und Schmierung im Motorraum, ein Blockieren von beweglichen Bauteilen vermieden werden kann.Overall, the centrifugal pump according to the invention offers the advantage that, with sufficient cooling and lubrication in the engine compartment, blocking of moving components can be avoided.

Erfindungsgemäß weist der Rotor auf einer vom Gleitlager abgewandten Seite einen größeren Durchmesser als auf einer dem Gleitlager zugewandten Seite auf.According to the invention, the rotor has a larger diameter on a side facing away from the plain bearing than on a side facing the plain bearing.

Ein Vorteil dieser Ausgestaltung des Rotors ist es, dass das Fördermedium im Motorraum effizient bewegt wird. Zusätzliche Mechanismen, um das Fördermedium im Motorraum zu bewegen, sind nicht erforderlich. Insbesondere ist keine zusätzliche Pumpe oder ein Rad, das das Fördermedium im Motorraum bewegen soll, erforderlich.An advantage of this design of the rotor is that the pumped medium is moved efficiently in the engine compartment. Additional mechanisms to move the fluid in the engine compartment are not required. In particular, no additional pump or wheel is required to move the pumped medium in the engine compartment.

In einer Ausführungsform der Erfindung filtert der Sinterwerkstoff das durchdringende Fördermedium. Der Sinterwerkstoff ist mit einer solchen Porenstruktur ausgebildet, dass das Fördermedium, während es durch den Sinterwerkstoff passiert, gefiltert wird. Auf Grundlage dieser Filterung sind keine Fremdstoffe mehr im Fördermedium vorhanden, sodass das Fördermedium im Motorraum den Motorraum nicht verschmutzt. Die Lebensdauer des Motors, des Lagers, und der gesamten Pumpe sind verbessert.In one embodiment of the invention, the sintered material filters the penetrating conveying medium. The sintered material is designed with such a pore structure that the conveying medium is filtered as it passes through the sintered material. Based on this filtering, there are no longer any foreign substances in the pumped medium, so that the pumped medium in the engine compartment does not contaminate the engine compartment. The service life of the motor, the bearing and the entire pump are improved.

Die Fremdstoffe, die durch das Gleitlager aus dem Fördermedium herausgefiltert werden, bleiben zunächst als Rückstand im Gleitlager. Nachfolgend kann zumindest ein Teil der Fremdstoffe, die durch das Gleitlager aus dem Fördermedium herausgefiltert wurde, durch Fördermedium, das von der Pumpenkammer direkt zum Pumpenauslass strömt und dabei am Gleitlager entlangströmt, aufgenommen und durch den Pumpenauslass abgeführt werden. Eine Sättigung des Gleitlagers mit Fremdstoffen wird vermieden.The foreign substances that are filtered out of the pumped medium by the plain bearing initially remain as a residue in the plain bearing. Subsequently, at least some of the foreign substances that are filtered out of the pumped medium through the plain bearing can be removed tert, is picked up by pumped medium that flows from the pump chamber directly to the pump outlet and flows along the plain bearing and discharged through the pump outlet. Saturation of the plain bearing with foreign substances is avoided.

In einer Ausführungsform durchdringt das Fördermedium an der Kontaktstelle des Gleitlagers und der Welle einen Lagerspalt.In one embodiment, the conveying medium penetrates a bearing gap at the contact point of the plain bearing and the shaft.

Das Fördermedium wird über einen Druckgradienten vom Pumpenraum in den Motorraum gesaugt. Gleichsam strömt ab einem gewissen Druck im Motorraum eine gewisse Menge des Fördermediums zurück in den Pumpenraum. Dieser Strom des Fördermediums strömt durch den Lagerspalt zwischen Gleitlager und Welle. Denn der Strom des Fördermediums von dem Motorraum in den Pumpenraum wird durch die Drehung der Welle im Gleitlager begünstigt.The pumped medium is sucked from the pump room into the engine compartment via a pressure gradient. At the same time, from a certain pressure in the engine compartment, a certain amount of the pumped medium flows back into the pump compartment. This flow of fluid flows through the bearing gap between the plain bearing and the shaft. The flow of the pumped medium from the engine compartment into the pump compartment is promoted by the rotation of the shaft in the plain bearing.

Mit diesem Fördermedienstrom vom Motorraum durch den Lagerspalt zum Pumpenraum wird zusätzlich die Lagerung durch das Gleitlager geschmiert, sodass Abrieb bzw. Reibungsverluste verringert sind.With this flow of fluid from the engine compartment through the bearing gap to the pump compartment, the bearing is also lubricated by the plain bearing, so that abrasion and friction losses are reduced.

In einer Ausführungsform ist die Steuerungseinheit an einem Aluminiumdeckel fixiert, wobei der Aluminiumdeckel auf der vom Pumpenlaufrad abgewandten Seite des Rotors angeordnet ist.In one embodiment, the control unit is fixed to an aluminum cover, the aluminum cover being arranged on the side of the rotor facing away from the pump impeller.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe zeigt dabei erstmals einen Deckel, der den Motorraum dichtend abschließt, wobei der Deckel auf der vom Pumpenlaufrad abgewandten Seite des Rotors angeordnet ist, und die Steuerungseinheit an dem Deckel außerhalb des Motorraums angeordnet ist.The centrifugal pump according to the invention shows for the first time a cover that seals the engine compartment, the cover being arranged on the side of the rotor facing away from the pump impeller, and the control unit being arranged on the cover outside the engine compartment.

In einer Ausführungsform übertragt die Steuerungseinheit Wärme an den Aluminiumdeckel und überträgt der Aluminiumdeckel Wärme an im Motorraum befindliches Fördermedium.In one embodiment, the control unit transfers heat to the aluminum cover and the aluminum cover transfers heat to the pumped medium located in the engine compartment.

Durch die Anordnung eines Deckels auf der vom Pumpenlaufrad abgewandten Seite des Rotors und die daran angeordnete Steuerungseinheit, ist die Wärmeübertragung von der Steuerungseinheit über den Deckel an das Fördermedium sowohl verkürzt, als auch effektiver. Die Verlustwärme der Steuerungseinheit kann effizient abgeführt werden.By arranging a cover on the side of the rotor facing away from the pump impeller and the control unit arranged on it, the heat transfer from the control unit via the cover to the pumped medium is both shortened and more effective. The heat loss from the control unit can be efficiently dissipated.

Durch das effiziente Abführen der Verlustwärme bzw. die Kühlung der Steuerungseinheit, wird eine Überhitzung der Steuerungseinheit vermieden, sodass die Kreiselpumpe ordnungsgemäß betrieben werden kann. Somit ist die Lebensdauer der Pumpe verlängert.By efficiently dissipating the heat loss or cooling the control unit, overheating of the control unit is avoided, so that the centrifugal pump can be operated properly. This extends the lifespan of the pump.

In einer Ausführungsform besteht das Pumpengehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.In one embodiment, the pump housing is made of aluminum or an aluminum alloy.

Aluminium mit seinen Legierungen ist ein leichtes Metall. Das Gewicht der Kreiselpumpe ist damit geringer als mit einem Pumpengehäuse aus Eisen oder Stahl. Somit können Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise Flansche, kleiner dimensioniert werden. Wird die Kreiselpumpe beispielsweise bei einer Maschine verbaut, spart diese Ausführung Montageraum, Material und Gewicht.Aluminum with its alloys is a light metal. The weight of the centrifugal pump is therefore lower than with a pump housing made of iron or steel. Fastening devices, such as flanges, can therefore be made smaller. If the centrifugal pump is installed in a machine, for example, this design saves installation space, material and weight.

In einer Ausführungsform ist das Gleitlager aus Sinterbronze, Sintereisen, Graphitbronze oder Ferrobronze gesintert.In one embodiment, the plain bearing is sintered from sintered bronze, sintered iron, graphite bronze or ferrobronze.

Die vorgenannten Werkstoffe eignen sich hervorragend sowohl für einen Sinterprozess als auch als Gleitlager. Somit bieten sie Eigenschaften, die für das erfindungsgemäße Gleitlager vorteilhaft sind.The aforementioned materials are ideal for both a sintering process and as plain bearings. They therefore offer properties that are advantageous for the plain bearing according to the invention.

Erfindungsgemäß ist das Verhältnis zwischen einem Volumenstrom durch das Sinterlager und einem Volumenstrom im Motorraum kleiner als 1 zu 1000.According to the invention, the ratio between a volume flow through the sintered bearing and a volume flow in the engine compartment is less than 1 to 1000.

Damit ist gezeigt, in welcher Größenordnung Fördermedium in den Motorraum strömt. Der Volumenstrom durch das Sinterlager ist wenigstens um das Tausendfache kleiner als der Volumenstrom, der im Motorraum durch eine Rotation des Rotors bewegt wird. Der Volumenstrom durch das Sinterlager ist also deutlich kleiner als der Volumenstrom, der im Motorraum durch die Rotation des Rotors bewegt wird.This shows the extent to which the pumped medium flows into the engine compartment. The volume flow through the sintered bearing is at least a thousand times smaller than the volume flow that is moved in the engine compartment by rotation of the rotor. The volume flow through the sintered bearing is therefore significantly smaller than the volume flow that is moved in the engine compartment by the rotation of the rotor.

Dieses Verhältnis ist vorteilhaft, da ein Betrieb der Pumpe auch dann möglich ist, wenn für eine bestimmte Zeit kein Fördermittel gefördert wird. Der Motorraum wird durch eine Strömung des Fördermittels durch den Lagerspalt nur langsam entleert. Dabei werden Bauteile im Motorraum weiterhin gekühlt und bewegliche Verbindungen zwischen Bauteilen werden geschmiert.This ratio is advantageous because the pump can be operated even if no fluid is pumped for a certain period of time. The engine compartment is only slowly emptied by a flow of the conveying medium through the bearing gap. Components in the engine compartment continue to be cooled and moving connections between components are lubricated.

Ein Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Kühlung eines Elektromotors und gleichzeitiger Filterung von Kühlmittel bei einer Kreiselpumpe nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, das die Schritte aufweist:

  1. a) einmaliges Befüllen des Motorraums mit gefiltertem Fördermedium,
  2. b) Betreiben des Elektromotors, und
  3. c) Drehen des Rotors , wodurch das Fördermedium im Motorraum zirkuliert,

wobei
ein Teil des Fördermediums durch den Lagerspalt aus dem Motorraum austritt und Fördermedium durch das Gleitlager in den Motorraum strömt.One aspect of the invention is a method for cooling an electric motor and simultaneously filtering coolant in a centrifugal pump according to one of the above embodiments, comprising the steps:
  1. a) filling the engine compartment once with filtered fluid,
  2. b) operating the electric motor, and
  3. c) turning the rotor, whereby the pumped medium circulates in the engine compartment,

where
part of the pumped medium exits the engine compartment through the bearing gap and the pumped medium flows through the plain bearing into the engine compartment.

In diesem Aspekt ist beschrieben, wie eine Filterung des Fördermediums und eine Strömung ausgestaltet sind. Dabei wird zunächst der Motorraum mit einem bereits gefilterten Fördermedium befüllt. Auf diese Weise ist ein Volumen des Fördermediums im Motorraum vorhanden, das für einen Betrieb der Pumpe ausreichend kühlt und schmiert. Im nachfolgenden Schritt wird der Elektromotor betrieben. Hierbei kann es sich um einen herkömmlichen nasslaufenden Elektromotor handeln. In üblicher Weise wird ein Strom durch einen elektrischen Leiter geleitet. Hierbei wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das einen Rotor im Wirkbereich des elektromagnetischen Felds in Bewegung versetzt.This aspect describes how filtering of the conveying medium and a flow are designed. The engine compartment is first filled with an already filtered pumping medium. In this way, there is a volume of the pumped medium in the engine compartment that cools and lubricates sufficiently for the pump to operate. In the next step, the electric motor is operated. This can be a conventional wet-running electric motor. In the usual way, a current is passed through an electrical conductor. This creates an electromagnetic field that sets a rotor in motion in the effective area of the electromagnetic field.

Ist der Rotor in Drehung, bildet sich ein Druckgradient im Motorraum aus, wobei auf der vom Gleitlager abgewandten Seite des Rotors ein höherer Druck als auf der dem Gleitlager zugewandten Seite des Rotors herrscht. Im radial äußeren Bereich des Rotors ist der Druck außerdem niedriger als im radial inneren Bereich des Rotors. So ergibt sich, dass der niedrigste Druck radial außen zwischen Rotor und Gleitlager ist.When the rotor is rotating, a pressure gradient forms in the engine compartment, with a higher pressure on the side of the rotor facing away from the plain bearing than on the side of the rotor facing the plain bearing. In the radially outer region of the rotor, the pressure is also lower than in the radially inner region of the rotor. This means that the lowest pressure is on the radial outside between the rotor and the plain bearing.

Aufgrund dessen kann Fördermedium entlang des Druckgradienten durch das Gleitlager, bestehend aus einem porösen Sintermaterial, in den Motorraum dringen. Dabei sind die Poren des Sintermaterials so groß, dass das Fördermedium durchdringen kann, jedoch Fremdstoffe und -körper im Sintermaterial verbleiben. Das Fördermedium wird folglich gefiltert.Because of this, the pumped medium can penetrate into the engine compartment along the pressure gradient through the plain bearing, which is made of a porous sintered material. The pores of the sintered material are so large that the pumped medium can penetrate through, but foreign substances and bodies remain in the sintered material. The pumped medium is therefore filtered.

Aufgrund des höheren Drucks im radial inneren Bereich des Rotors zwischen Rotor und Gleitlager strömt außerdem eine geringe Menge Fördermedium aus dem Motorraum durch den Lagerspalt, zwischen Gleitlager und Welle in den Pumpenraum.Due to the higher pressure in the radially inner area of the rotor between the rotor and the plain bearing, a small amount of fluid flows from the engine compartment through the bearing gap, between the plain bearing and the shaft into the pump chamber.

Ein Aspekt der Erfindung offenbart die Verwendung der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe als Kühlmittelpumpe. Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe eignet sich besonders als Kühlmittelpumpe. Kühlmittel weisen häufig schmierende Eigenschaften auf und haben gute Wärmeeigenschaften. Somit kann Wärme von Bauteilen im Motorraum gut an das Kühlmittel abgegeben werden, während eine Schmierung des Gleitlagers sichergestellt ist.One aspect of the invention discloses the use of the centrifugal pump according to the invention as a coolant pump. The centrifugal pump according to the invention is particularly suitable as a coolant pump. Coolants often exhibit lubricating properties and have good thermal properties. This means that heat from components in the engine compartment can be easily transferred to the coolant, while lubrication of the plain bearing is ensured.

Die genannten Materialien und Ausgestaltungen sind beispielhaft. Es können andere Materialien oder Ausgestaltungen von Teilen ausgeführt sein, solange die Funktionsweise der Kreiselpumpe nicht beeinträchtigt ist.The materials and designs mentioned are examples. Other materials or designs of parts can be used as long as the functionality of the centrifugal pump is not affected.

Es können weitere Räume, beispielsweise für die Steuerungseinheit, bei dem Pumpengehäuse vorgesehen sein. Außerdem kann der Rotor in der Form so ausgestaltet sein, dass eine Mitnahme von Fördermedium im Motorraum und somit eine Zirkulation des Fördermediums begünstigt ist.Additional rooms, for example for the control unit, can be provided in the pump housing. In addition, the rotor can be designed in such a way that the transport of conveyed medium in the engine compartment and thus circulation of the conveyed medium is promoted.

Die Welle kann auf jede mögliche Weise drehfest mit dem Pumpenlaufrad verbunden sein. Ebenso kann der Rotor, beispielsweise über eine Presspassung, eine formschlüssige oder kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, drehfest mit der Welle verbunden sein.The shaft can be non-rotatably connected to the pump impeller in any possible way. Likewise, the rotor can be connected to the shaft in a rotationally fixed manner, for example via a press fit, a positive or non-positive shaft-hub connection.

Bei der Fixierung der Steuerungseinheit an dem Aluminiumdeckel ist es sinnvoll, einen größtmöglichen Flächenkontakt zwischen der Steuerungseinheit und dem Deckel vorzusehen. Ferner kann zwischen beiden Bauteilen eine Wärmeübertragungsschicht vorhanden sein. Diese Wärmeübertragungsschicht kann einen Wärmeübergang von der Steuerungseinheit auf den Aluminiumdeckel begünstigen.When fixing the control unit to the aluminum cover, it makes sense to provide the greatest possible surface contact between the control unit and the cover. Furthermore, a heat transfer layer can be present between the two components. This heat transfer layer can promote heat transfer from the control unit to the aluminum lid.

Die Werkstoffe für das Sinterlager sind beispielhaft. Das Sinterlager kann aus jedem Material hergestellt sein, solange das Material zum Sintern geeignet ist und eine Porengröße definierbar ist.The materials for the sinter bearing are exemplary. The sintered bearing can be made of any material, as long as the material is suitable for sintering and a pore size can be defined.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren detailliert erläutert.

  • 1 zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe.
The invention is explained in detail below with reference to the figures.
  • 1 shows a section of a centrifugal pump according to the invention.

In 1 ist ein Teil einer Kreiselpumpe 2 geschnitten dargestellt. In 1 ist auf der einen Seite ein Teil des Pumpengehäuses 4 gezeigt, in dem ein Pumpenlaufrad 6 untergebracht ist. Dieses Pumpenlaufrad 6 ist mit einer Welle 8 drehfest verbunden, sodass sich das Pumpenlaufrad 6 dreht, wenn sich die Welle 8 dreht. Wenn sich das Pumpenlaufrad 6 dreht, wird ein Fördermedium von einem Pumpeneinlass 10 zu einem Pumpenauslass 12 gefördert.In 1 a part of a centrifugal pump 2 is shown in section. In 1 On one side, a part of the pump housing 4 is shown, in which a pump impeller 6 is housed. This pump impeller 6 is connected in a rotationally fixed manner to a shaft 8, so that the pump impeller 6 rotates when the shaft 8 rotates. When the pump impeller 6 rotates, a pumped medium is conveyed from a pump inlet 10 to a pump outlet 12.

Die Welle 8 verläuft von einem pumpenlaufradseitigen Ende 8a durch ein Lager 8c bis zu einem motorseitigen Ende 8b in einem Motorraum 4a. In diesem Fall ist das Lager 8c durch ein Gleitlager 8c verwirklicht. Im Motorraum 4a ist ein Rotor 16 eines nasslaufenden Elektromotors 14 drehfest mit der Welle 8 verbunden. Außerdem weist der nasslaufende Elektromotor 14 einen Stator 18 auf.The shaft 8 runs from an end 8a on the pump impeller side through a bearing 8c to an end 8b on the engine side in an engine compartment 4a. In this case, the bearing 8c is realized by a plain bearing 8c. In the engine compartment 4a, a rotor 16 of a wet-running electric motor 14 is connected to the shaft 8 in a rotationally fixed manner. In addition, the wet-running electric motor 14 has a stator 18.

Der Stator 18 ist mit einem elektrischen Leiter umwickelt, wodurch er eine oder mehrere Windungen aufweist. Dieser elektrische Leiter ist sowohl elektrisch isoliert, als auch gegen Feuchtigkeit abgedichtet.The stator 18 is wrapped with an electrical conductor, thereby having one or more turns. This electrical conductor is both electrically insulated and sealed against moisture.

Im Pumpenbetrieb wird die so ausgebildete Spule, bestehend aus dem Stator 18 und dem elektrischen Leiter, von elektrischem Strom durchflossen. Es bildet sich ein Magnetfeld aus. Das Magnetfeld bewirkt, dass der Rotor 16 gedreht wird. Diese Drehung wird über die drehfeste Verbindung auf das Pumpenlaufrad 6 übertragen. Durch die Drehung fördert das Pumpenlaufrad 6 das Fördermedium.During pump operation, electrical current flows through the coil formed in this way, consisting of the stator 18 and the electrical conductor. A magnetic field is formed. The magnetic field causes the rotor 16 to rotate. This rotation is transmitted to the pump impeller 6 via the non-rotatable connection. As a result of the rotation, the pump impeller 6 conveys the pumped medium.

Das erfindungsgemäße Gleitlager 8c ist aus einem Sinterwerkstoff gefertigt. Mit anderen Worten wurde das Gleitlager 8c mittels eines Sinterprozesses hergestellt. Dabei ist das erfindungsgemäße Gleitlager 8c so ausgeführt, dass zwischen den einzelnen Sinterpartikeln Poren bzw. Hohlräume vorhanden sind.The plain bearing 8c according to the invention is made of a sintered material. In other words, the plain bearing 8c was manufactured using a sintering process. The plain bearing 8c according to the invention is designed in such a way that pores or cavities are present between the individual sinter particles.

Ist der Rotor 16 in Drehung, bildet sich ein Druckgradient im Motorraum 4a aus, wobei auf der vom Gleitlager 8c abgewandten Seite des Rotors 16 ein höherer Druck als auf der dem Gleitlager 8c zugewandten Seite des Rotors 16 herrscht. Im radial äußeren Bereich des Rotors 16 ist der Druck außerdem niedriger als im radial inneren Bereich des Rotors 16. So ergibt sich, dass der niedrigste Druck radial außen zwischen Rotor 16 und Gleitlager 8c ist. Aufgrund dessen kann das Fördermedium entlang des Druckgradienten durch das Gleitlager 8c, bestehend aus einem porösen Sintermaterial, in den Motorraum 4a in geringem Maße eindringen.If the rotor 16 is rotating, a pressure gradient is formed in the engine compartment 4a, with a higher pressure prevailing on the side of the rotor 16 facing away from the sliding bearing 8c than on the side of the rotor 16 facing the sliding bearing 8c. In the radially outer region of the rotor 16, the pressure is also lower than in the radially inner region of the rotor 16. This means that the lowest pressure is radially outside between the rotor 16 and the plain bearing 8c. Due to this, the conveying medium can penetrate to a small extent into the engine compartment 4a along the pressure gradient through the plain bearing 8c, consisting of a porous sintered material.

Dabei sind die Poren des Sintermaterials so groß, dass das Fördermedium in geringem Maße durchdringen kann, jedoch Fremdstoffe und -körper im Sintermaterial verbleiben. Das Fördermedium wird folglich gefiltert. Aufgrund des höheren Drucks im radial inneren Bereich des Rotors 16 zwischen Rotor 16 und Gleitlager 8c strömt außerdem Fördermedium aus dem Motorraum 4a durch den Lagerspalt, zwischen Gleitlager 8c und Welle 8 in den Pumpenraum.The pores of the sintered material are so large that the pumped medium can penetrate to a small extent, but foreign substances and bodies remain in the sintered material. The pumped medium is therefore filtered. Due to the higher pressure in the radially inner region of the rotor 16 between the rotor 16 and the plain bearing 8c, the pumped medium also flows from the motor chamber 4a through the bearing gap, between the plain bearing 8c and the shaft 8 into the pump chamber.

Der Motorraum 4a ist an einem Ende auf der vom Pumpenlaufrad 6 abgewandten Seite des Rotors 16 mit einem Deckel 20 dichtend geschlossen. An dem Deckel 20 ist eine Steuerungseinheit 22 außerhalb des Motorraums 4a angeordnet. Diese Steuerungseinheit 22 steht in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Deckel 20.The motor compartment 4a is sealed with a cover 20 at one end on the side of the rotor 16 facing away from the pump impeller 6. A control unit 22 is arranged on the cover 20 outside the engine compartment 4a. This control unit 22 is in heat-transferring contact with the cover 20.

Im Betrieb der Kreiselpumpe 2 wird also Verlustwärme, die beim Betrieb der Kreiselpumpe 2 bei der Steuerungseinheit 22 entsteht, an den Deckel 20 übertragen. Gleichsam wird kontinuierlich Wärme an das Fördermedium übertragen, das sich im Motorraum 4a in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Deckel 20 befindet.During operation of the centrifugal pump 2, heat loss that occurs in the control unit 22 during operation of the centrifugal pump 2 is transferred to the cover 20. At the same time, heat is continuously transferred to the pumped medium, which is in heat-transferring contact with the cover 20 in the engine compartment 4a.

Das Fördermedium, das sich im Motorraum 4a in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Deckel 20 befindet, kann dauerhaft im Betrieb Wärme vom Deckel 20 aufnehmen, da die Drehung des Rotors 16 eine kontinuierliche Strömung des Fördermediums im Motorraum 4a erzeugt. Das Fördermedium, das sich im Motorraum 4a in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Deckel 20 befindet, wird folglich kontinuierlich umgewälzt und ausgetauscht. Die Kühlung der Steuerungseinheit 22 über den Deckel 20 ist also sichergestellt.The conveying medium, which is in heat-transferring contact with the cover 20 in the engine compartment 4a, can permanently absorb heat from the cover 20 during operation, since the rotation of the rotor 16 generates a continuous flow of the conveying medium in the engine compartment 4a. The conveying medium, which is in heat-transferring contact with the cover 20 in the engine compartment 4a, is therefore continuously circulated and exchanged. The cooling of the control unit 22 via the cover 20 is therefore ensured.

BezugszeichenlisteReference symbol list

22
Kreiselpumpecentrifugal pump
44
PumpengehäusePump housing
4a4a
MotorraumEngine compartment
4b4b
PumpenraumPump room
66
PumpenlaufradPump impeller
88th
WelleWave
8a8a
Pumpenlaufradseitiges EndeEnd on the pump impeller side
8b8b
Motorseitige EndeEngine end
8c8c
Gleitlagerbearings
1010
PumpeneinlassPump inlet
1212
PumpenauslassPump outlet
1414
Nasslaufender ElektromotorWet running electric motor
1616
Rotorrotor
1818
Statorstator
2020
AluminiumdeckelAluminum lid
2222
SteuerungseinheitControl unit

Claims (9)

Kreiselpumpe (2) mit nasslaufendem Elektromotor (14) zum Fördern eines Fördermediums, aufweisend: ein Pumpengehäuse (4) mit einem Motorraum (4a) und einem Pumpenraum (4b), eine Steuerungseinheit (22), eine Welle (8), mit der ein Pumpenlaufrad (6) drehfest verbunden ist und die Welle (8) von einem Gleitlager (8c) drehbar gelagert wird, und einen Elektromotor (14), der das Pumpenlaufrad (6) über die Welle (8) antreibt, mit einem Rotor (16) und einem Stator (18), wobei zwischen dem Rotor (16) und dem Stator (18) ein Spalt angeordnet ist, und der Rotor (16) mit der Welle (8) in drehfester Verbindung ist und von dem Fördermedium zumindest teilweise umströmt wird, wobei das Gleitlager (8c) aus einem Sinterwerkstoff besteht, und das Fördermedium das Gleitlager (8c) durchdringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) auf einer vom Gleitlager (8c) abgewandten Seite einen größeren Durchmesser als auf einer dem Gleitlager (8c) zugewandten Seite aufweist und, dass das Verhältnis zwischen einem Volumenstrom durch das Sinterlager und einem Volumenstrom im Motorraum (4a) kleiner als 1 zu 1000 ist, wodurch ein Betrieb der Pumpe auch dann möglich ist, wenn für eine bestimmte Zeit kein Fördermittel gefördert wird.Centrifugal pump (2) with a wet-running electric motor (14) for conveying a pumping medium, comprising: a pump housing (4) with a motor compartment (4a) and a pump compartment (4b), a control unit (22), a shaft (8) with which a Pump impeller (6) is connected in a rotationally fixed manner and the shaft (8) is rotatably supported by a plain bearing (8c), and an electric motor (14), which drives the pump impeller (6) via the shaft (8), with a rotor (16) and a stator (18), wherein a gap is arranged between the rotor (16) and the stator (18), and the rotor (16) is in a rotationally fixed connection with the shaft (8) and is at least partially flowed around by the conveying medium, wherein the plain bearing (8c) consists of a sintered material, and the conveying medium penetrates the plain bearing (8c), characterized in that the rotor (16) is on a plane extending from the plain bearing (8c). facing side has a larger diameter than on a side facing the plain bearing (8c) and that the ratio between a volume flow through the sintered bearing and a volume flow in the engine compartment (4a) is less than 1 to 1000, which means that the pump can also be operated is when no funding is received for a certain period of time. Kreiselpumpe (2) nach Anspruch 1, wobei der Sinterwerkstoff das Fördermedium filtert.Centrifugal pump (2). Claim 1 , whereby the sintered material filters the pumped medium. Kreiselpumpe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fördermedium an der Kontaktstelle des Gleitlagers (8c) und der Welle (8) einen Lagerspalt durchdringt.Centrifugal pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the pumped medium penetrates a bearing gap at the contact point of the plain bearing (8c) and the shaft (8). Kreiselpumpe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (22) an einem Aluminiumdeckel (20) fixiert ist, der Aluminiumdeckel (20) auf der vom Pumpenlaufrad (6) abgewandten Seite des Rotors (16) angeordnet ist.Centrifugal pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (22) is fixed to an aluminum cover (20), the aluminum cover (20) being arranged on the side of the rotor (16) facing away from the pump impeller (6). Kreiselpumpe (2) nach Anspruch 4, wobei die Steuerungseinheit (22) Wärme an den Aluminiumdeckel (20) überträgt und der Aluminiumdeckel (20) Wärme an das im Motorraum (4a) befindliche Fördermedium überträgt.Centrifugal pump (2). Claim 4 , wherein the control unit (22) transfers heat to the aluminum cover (20) and the aluminum cover (20) transfers heat to the pumped medium located in the engine compartment (4a). Kreiselpumpe (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Pumpengehäuse (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.Centrifugal pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the pump housing (4) consists of aluminum or an aluminum alloy. Kreiselpumpe (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager (8c) aus Sinterbronze, Sintereisen, Graphitbronze oder Ferrobronze gesintert ist.Centrifugal pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the plain bearing (8c) is sintered from sintered bronze, sintered iron, graphite bronze or ferrobronze. Verfahren zur Kühlung eines nasslaufenden Elektromotors (14) und gleichzeitiger Filterung von Kühlmittel bei einer Kreiselpumpe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die Schritte aufweist: a) einmaliges Befüllen des Motorraums (4a) mit gefiltertem Fördermedium, b) Betreiben des Elektromotors (14), und c) Drehen des Rotors (16), wodurch das Fördermedium im Motorraum (4a) zirkuliert, wobei ein Teil des Fördermediums durch den Lagerspalt aus dem Motorraum (4a) austritt und Fördermedium durch das Gleitlager (8c) in den Motorraum (4a) strömt.Method for cooling a wet-running electric motor (14) and simultaneously filtering coolant in a centrifugal pump (2) according to one of the preceding claims, which has the steps: a) filling the engine compartment (4a) once with filtered pumping medium, b) operating the electric motor (14), and c) rotating the rotor (16), whereby the pumped medium circulates in the engine compartment (4a), with part of the pumped medium exiting the engine compartment (4a) through the bearing gap and the pumped medium flowing through the plain bearing (8c) into the engine compartment (4a). Verwendung der Kreiselpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Kühlmittelpumpe.Use the centrifugal pump (2) according to one of the Claims 1 until 7 as a coolant pump.
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