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Hermetisch abgeschlossene, zur Förderung eines Mediums höherer Temperatur.
geeignete elektrische Motorpumpe Es sind hermetisch abgeschlossene, zur Förderung
eines Mediums höherer Temperatur geeignete elektrische Motorpumpen bekannt, bei
welchen der den Rotor und die Lager des Elektromotors enthaltende Motorinnenraum
mit dem geförderten Medium gefüllt ist. Der Stator ist von diesem Innenraum durch
ein Spaltrohr abgeschlossen und wird durch ein in Längsrichtung durchströmendes
Kühlmittel gekühlt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei bekannten
Einrichtungen dieser Art eine hohe Geschwindigkeit des Kühlmittels bei gutem Wärmeaustausch
herbeizuführen, insbesondere dafür zu sorgen, daß das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit
um die Stirnverbindungen der Wicklung zirkuliert.
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Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst insofern, als im Wickelkopfraum
des Stators Leitflächen für das Kühlmittel vorgesehen sind, durch die der Kühlmittelstrom
nach Aufnahme der Verlustwärme der Statorwicklung und des Statoreisens noch so geführt
wird, daß die vom Wickelkopfraum ringförmig umgebene und das abtriebsseitige Lager
tragende Verlängerung des Spaltrohres als Kühlfläche für das zugleich als Lagerschmierung
dienende, im Motorinnenraum befindliche geförderte Medium dient.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motorpumpeneinheit.
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Diese Motorpumpeneinheit besitzt einen Stator und Rotor sowie eine
Pumpe, welche an das eine Ende des Motors angeschlossen ist. Die Motoreinheit besteht
aus einem durch ein Rohr gebildeten Rahmen 2 mit ringförmigen Endplatten 4 und 6,
die an das Rohr angeschweißt sein können. Innerhalb -des Rohres 2 liegt der Stator,
der durch Ringlamellen 8, vorzugsweise aus magnetisierbarem Material, wie z. B.
Magnetstahl, gebildet ist. Die Lamellen sind zwischen Preßplatten 14 angeordnet.
Beide, die Lamellen 8 und die Platten 14, sind z. B. durch Schweißen zusammengehalten.
In nicht gezeichneten Nuten des Stators, d. h. der gestapelten Lamellen 8, sind
Wicklungen angeordnet, deren Stirnverbindungen 10 und 12 an jedem Ende axial vorstehen.
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Der Rohrrahmen 2 und der Stator der Motorpumpeneinheit werden in folgender
Weise zusammengesetzt: Zunächst wird auf das eine Rohrende das noch zu beschreibende
Leitelement 146 soweit aufgesteckt, daß der axiale Rohransatz 148 des Leitelementes
146 gegen einen Innenflansch des Rohres 2 stößt. Sodann wird auf dieses Ende des
Rohres 2 die Abschlußplatte 4 aufgesetzt und mit dem Rohr 2 verbunden. Der aus den
gestapelten Lamellen, der Preßplatten 14 und der Wicklung bestehende Stator wird
von der anderen Seite in das Rohr 2 -eingeführt bis die eine Preßplatte 14 gegen,
eine innere Absetzung 16 des Rohres 2 stößt. Endlich wird die Endplatte 6 auf das
Rohr 2 aufgesetzt und befestigt. Der Stator wird innerhalb des Rohres 2 vermittels
eines zweckmäßig aus nichtmagnetischem, korrosionsfestem Material, wie z. B. rostfreiem
Stahl, bestehenden Rohres 18 abgeschlossen. Das Rohr 18 wird dicht an die Endplatten
4 und 6 angeschlossen, z. B. durch Verschweißen. Um dem Motor einen guten elektrischen
Wirkungsgrad zu belassen und trotzdem dem Rohr 18 genügend mechanische Festigkeit,
insbesondere gegen über höheren Drücken, zu geben, besteht es aus einem dünnwandigen
Mittelteil, der sich über die Länge des Stators 8 erstreckt. Dieser Mittelteil geht
in wandstärkere Endteile 20 und 22 über. Der Übergang des dünnwandigen Mittelteiles
in den wandstärkeren Endteil 20 ist durch eine, im Querschnitt betrachtet, radial
nach außen gerichtete Abschrägung 17- gebildet. Der Übergang zum anderen wandstärkeren
Teil 22 erfolgt ebenfalls über- eine radial gerichtete Ahschrägung 19, die jedoch,
_ im Querschnitt betrachtet, radial 'na-eh innen gerichtet ist. Dadurch ist erreicht,
daß das Rohr 18 vom Ende des starkwandigen Teiles 22 bis zur Abschrägung 17 einen
gleichen und somit vom einen Ende her in die Öffnung des Stators eingeführt werden
kann. Ist das Rohr 8 in die Öffnung eingeführt,- so wirkt die Abschrägüng 17 wie
ein Keil, um den Stätor innerhalb des Rohres 2
gegen die Absetzung
16 des Rohrrahmens 2 zu drücken und festzuhalten.
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Der Stator der Motoreinheit ist damit im Rohrrahmen 2 hermetisch abgeschlossen,
und zwar unter Verwendung eines einstückigen, zylindrischen Gliedes, welches fähig
ist, dem im System herrschenden Druck ohne zusätzliche Stützmittel zu widerstehen.
Der elektrische Wirkungsgrad des Motors bleibt dadurch aufrechterhalten, daß der
Mittelteil des zylindrischen Rohres 18 in dem Bereich verhältnismäßig dünnwandig
ist, in dem er den Motorluftspalt durchsetzt. Das Rohr 18 kann im Mittelteil deshalb
besonders dünnwandig sein, weil es durch die Lamellen des Stators in diesem Bereich
gestützt ist. Die starken Endteile 20 und 22 haben die Aufgabe, gegenüber dem herrschenden
hohen Druck im System widerstandsfähig zu sein und das Anschweißen der Rohrenden
an die starken Endplatten des Motors zu erleichtern.
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Der Rotor 26 des Motors besteht aus drei Teilen, dem eigentlichen
Rotor 28, vorzugsweise aus magnetischem Material, z. B. magnetischem Eisen, und
zwei Wellenstummeln 30 und 32, vorzugsweise aus korrosionswiderstandsfähigem Material,
wie z. B. rostfreiem Stahl. Die Wellenstummel 30 und 32 können in beliebiger Weise
am Rotor 28 befestigt sein, z. B. in der Weise, daß sie in stirnseitig ausmündende
Ausnehmungen des Rotors 28 eingeschrumpft sind. Der Rotor 28 trägt in Nuten seines
Außenumfanges die Wicklung 34. Die leitenden Bestandteile der Wicklung sind an Endringen
36 und 38, z. B. durch Löten, befestigt. Diese Ringe 36 und 38 bestehen vorzugsweise
aus dem gleichen Material, wie die Leiter der Wicklung 34 und werden vor Anbringen
der Wellenstummel 30 und 32 in Ringnuten des Rotors 28 befestigt. Um den Rotor 28
und dessen Wicklung gegenüber der Druckflüssigkeit zu isolieren, ist ein dünnwandiger
Zylinder 40, vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,
vorgesehen. Der Zylinder 40 umfaßt den Umfang des Rotors und ist mit seinen beiden
Enden abdichtend an den Wellenstummeln 30 und 32, z. B. durch Schweißen oder Löten,
befestigt. Der Zylinder 40 kann sehr dünnwandig sein, weil er auf seiner ganzen
Länge durch den Rotor 28 und dessen Wicklung gestützt ist. Zufolge seiner Dünnwandigkeit
wird der Zylinder die elektrischen Eigenschaften des Motors nicht beeinträchtigen,
zumal er den Motorluftspalt nicht bemerkenswert vergrößert.
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Aus korrosionswiderstandsfähigem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,
bestehende Lagerhülsen 42 und 44 sind auf die Stummel 30 und 32 aufgeschrumpft.
Lager 46 und 48, vorzugsweise aus gepreßtem Material, wie Kohlegraphit, sind in
Lagergehäuse 50 und 52 eingeschrumpft oder eingepreßt und sind dazu bestimmt, den
Rotor 26 vermittels der Lager 42 und 44 drehbar zu tragen. Die Lagergehäuse 50 und
52 dienen auch als Stützglieder und haben radial nach außen gerichtete Flansche
54 und 55, welche an Schultern 57 und 59 der starkwandigen Enden 20 und 22 des Zylinders
18 abstützen. Das Lagergehäuse 50 stützt auch, unter Gegendruck der Gehäusestirnkappe
56, an einer Schulter 57 ab, während das Lagergehäuse 52 an einer Schulter 59 unter
Gegendruck der thermisch isolierenden, noch zu beschreibenden Abschlußwand 100 abstützt.
Gegen axiale Verschiebung in der einen Richtung ist der Rotor 28 durch einen Radialflansch
58 der Lagerhülse 42 gesichert, welche in Wechselwirkung reit einer Endfläche 60
des Lagers 46 läuft. In der anderen axialen Richtung ist der Rotor durch einen Radialflansch
62 des Lagers 44 gesichert. welches in Wechselwirkung mit der Oberfläche 64 der
Lagerhülse 48 läuft. Die Kombination der Flansche 58 und 62 und der Endflächen 60
und 64 stellt tatsächlich ein ununterbrochenes Ringdrucklager geringer Belastbarkeit
dar.
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Die Gehäusestirnkappe 56 dient zum Abschluß des einen Endes der Motoreinheit
und hält außerdem die Lagerhülse 50 an Ort und Stelle. Sie ist an der Motorendplatte
6 unter Vermittlung von Gewindebolzen 66 befestigt, welche die Stirnkappe 56 durchsetzen
und sie dicht abschließend gegen die Endplatte 6 drücken. Zwischen der Platte 6
und der Kappe 56 ist zur Herbeiführung eines dichten Abschlusses eine Dichtung 68
angeordnet. Hat die Motorpumpe in einem vollkommen dicht abschließenden System zu
arbeiten, so wird man von der Anordnung der Dichtung 68 absehen und die Stirnkappe
56 auf die Platte 6 unter Vermittlung eines schwachen Schweißringes 70 aufschweißen.
Da der Schweißring 70 nur Dichtungsaufgabe, also keine tragende Aufgabe hat, so
kann er schwach sein und leicht abgebrochen werden. wenn eine Demontage der Motorpumpeneinheit
zu erfolgen hätte.
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Die Pumpe der Pumpeinheit enthält ein hohl ausgebildetes Flügelrad
72 mit einem zentral einmündenden Einlaß 76 und einem radial ausmündenden Auslaß
78. Das Flügelrad 72 sitzt auf einer Verlängerung des Wellenstummels 32 des Rotors
und ist vermittels einer Mutter 74 dort befestigt. Durch die Saugöffnung 77 wird
durch das nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Flügelrad Pumpmedium angesaugt,
das radial unter Druck durch die Öffnung 78 austritt, um in einen das Flügelrad
72 umgebenden Ringraum 79 des Pumpengehäuses 80 zu gelangen, Aus dem Ringraum 79
fließt das Medium durch eine Auslaßöffnung 81 ab. Das Pumpgehäuse 80 trägt einen
seitlichen, die Saugleitung 77 enthaltenden Fortsatz 82. Dieser ist mit einem Rohrflansch
84 ausgerüstet, der dazu bestimmt ist, an die Rohrleitung des Systems angeschlossen
zu werden. Im übrigen ist der Fortsatz 82 mit einem Rohranschlußstück 86 versehen,
welches zum Aufschweißen auf das Rohrsystem bestimmt ist. für den Fall, daß ein
absolut abgeschlossenes Pumpsystem geschaffen werden soll. Die Nabe des Flügelrades
72 trägt Längskanäle 88, die dem Saugmedium Zutritt zu der der Saugseite entgegengesetzten
Seite gestatten, um ein hydraulisches Gleichgewicht herzustellen.
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Um einen Rückfluß des aus den Öffnungen 78 des Flügelrades 72 austretenden
Mediums zum Saugeinlaß des Flügelrades 72 auszuschließen, ist die Labyrinthdichtung
90 vorgesehen, die sich zwischen der Nabe des Flügelrades 72 und dem Gehäuse 80
befindet.
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Um einen störenden Wärmeübergang von der Pumpe zum Motor zu verhindern,
ist nach der Erfindung eine thermische Trennwand vorgesehen. Diese besteht aus einem
radial außenliegenden und einem radial innenliegenden Ring 100, 102. Diese
Ringe sind z. B. durch Schweißen gegeneinander abgedichtet und schließen einen Ringhohlraum
104 ein, der mit wärmeisolierendem Material, wie z. B. Glaswolle, gefüllt sein kann.
Dieser Ringraum verhindert den Wärmeübergang des Pumpmediums der Pumpe zum Motor.
Die beiden Ringe 100 und 102 sind zwischen dem Pumpgehäuse 80 und der Motorendplatte
4 angeordnet, in der Weise, daß sie .den Wellenfortsatz 32 umfassen und damit eine
wirkungsvolle Trennung zwischen Motor und Pumpe bedingen.
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Um den Fluß des Pumpmediums zum Motor zu verhindern, ist am Innenumfang
des Ringes 102, zwischen dem Flügelrad 72 und dem Lager 48, eine Labyrinthdichteng
106
vorgesehen. Diese Labyrinthdichtung 106 verhindert den freien Fluß des Mediums zum
Motor, gestattet jedoch ein leichtes Durchsickern, derart, daß der Motor vollkommen
mit unter dem Druck des Pumpmediums stehendem Medium gefüllt ist. Wenn auch ein
Durchsickern durch die Labyrinthdichtung 106 stattfindet, so schließt dies doch
eine Zirkulation der Pumpflüssigkeit zwischen der Pumpe und dem Motor aus und vermindert
damit den Wärmeübergang vom Pumpmedium zum Medium im Motor erheblich.
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Der Motor ist im Bereich der Kappe 56, zwecks Entlüftung des Motors,
mit einem Ventil 128 versehen, so daß also der Motor voll mit Pumpmedium gefüllt
werden kann. Das Ventil 128 ist zum Verschluß mit einer nicht gezeichneten Kappe
ausgebildet. Die Kappe kann auf das Ventil 128 aufgeschweißt werden, wenn eine Entlüftung
vollzogen ist. In der Kappe 56 ist des weiteren ein Entwässerungsventil 130 vorgesehen,
welches ebenfalls durch eine nicht gezeichnete, aufzuschweißende Kappe abgeschlossen
werden kann. Dieses Ventil hat die Aufgabe, für den Fall der Demontage dem Motor
die Flüssigkeit zu entnehmen.
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Das Lager 48 zwischen dem Rotor des Motors und und der Pumpe wird
durch das im Motor enthaltene Medium geschmiert und gekühlt. Dieses zirkuliert zufolge
der kleinen Windflügel 122 des Wellenstummels 32. Die Windflügel 122 wirken als
Zentrifugalpumpe und fördern das Medium über die äußeren Durchgänge 125 der Lagerhülse
52 in einen Ringraum 123, welcher den Wellenstummel 32 umfaßt. Von diesem
Ringraum fließt das Medium zu den Flügeln über einen Längsdurchgang 124 der Lagerhülsen
52 zurück. Ein Teil des im Ringraum 123 befindlichen Mediums fließt auch axial über
die Lager 48 um diese zu schmieren. Das durch den Längsdurchgang 125 fließende Medium
wird durch das durch den Stator zirkulierende, noch zu beschreibende Kühlmedium
wirksam gekühlt. Dies deshalb, weil die Längsdurchgänge 124 geringen Querschnitt
besitzen und damit eine hohe Zirkulationsgeschwindigkeit erzeugen.
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Der Stator des Motors wird durch ein von außen zuzuführendes Kühlmedium,
in Form einer isolierenden Flüssigkeit, z. B. Öl, gekühlt. Diese Flüssigkeit wird
über einen Stutzen 134 des Rahmenrohres 2 zugeführt, fließt durch den Stator und
tritt durch einen Kanal 136 nächst der Motorendplatte 4 aus. Vom Stutzen 134, der
nächst der Kappe 56 liegt, gelangt das Kühlmedium in einen Ringraum 138 und zirkuliert
um die Stirnverbindungen 10 der Statorwicklung. Nach dieser Zirkulation fließt das
Medium durch eine Mehrzahl längs dem Außenumfang der Statorlamellen 8 und nächst
dem Innenumfang der Statorlamellen 8 verlaufenden Längskanälen 140 und 142. Diese
Kanäle 140 und 142 besitzen geringen Querschnitt, so daß das Kühlmedium mit verhältnismäßig
hoher Geschwindigkeit durch den Stator fließt und diesen wirksam kühlt. Der Teil
des Kühlmediums, der durch die Längskanäle 140 fließt, gelangt in einen Ringraum
144 und zirkuliert um die Stirnverbindungen 12 der Wicklung am anderen Ende des
Stators, um diese zu kühlen. Dieses Kühlmittel vereinigt sich sodann mit dem Kühlmedium
aus den Längskanälen 142, und beide fließen in einen Ringraum 152, der zwischen
dem Leitelement 150 und dem Hohlzylinder 18 angeordnet ist. Das Kühlmedium tritt
radial durch den Kanal 154 zum Auslaß 136 aus. Der Radialkanal 154 und der Ringraum
152 sind durch das Leitelement 146 gebildet. Dieses besteht aus einer Muffe von
U-förmigem Querschnitt. Der eine dem Motor zugekehrte Schenkel oder Flansch der
Muffe trägt je an seinem Innen- .und Außenumfang ansetzende Rohransätze 148 und
150. Der Rohransatz 150 bildet zusammen mit dem zylindrischen Rohr den Ringraum
152. Der andere Rohransatz 148 dient der Befestigung und ist auf das Rahmenrohr
2 aufgesteckt und in beliebiger Weise befestigt. Der Radialkanal 154 liegt zwischen
dem anderen Schenkel oder Flansch 146 der U-förmigen Muffe und der Endplatte 4:
Wird der Querschnitt der Ringkammer 152 und des Kanals 154 klein gehalten, so ist
die Geschwindigkeit des Kühlmediums hoch und damit auch die Kühlwirkung.
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Das Drehlager 46 dreht in einem Raum, welcher mit dem gepumpten und
gekühlten Medium überflutet ist und wird damit geschmiert und gekühlt. Das Drehlager
42 neigt dazu, das Medium zwischen sich und das Lager 46 zu ziehen, wodurch die
besagte Schmierung und Kühlung eintritt.
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Das beschriebene System sieht ein äußeres Kühlmedium mit einer Strömungsrichtung
zur einen Seite des Zylinders 18 im Bereich zwischen Motor und Pumpe vor und läßt
die im Motor innerhalb des Zylinders 18 enthaltene gepumpte Flüssigkeit zirkulieren.
Damit wird die Wärme der gepumpten Flüssigkeit wirkungsvoll auf das äußere Kühlmittel
übertragen, insbesondere bedingt durch die hohen Geschwindigkeiten. Das durch die
Lager 48 zirkulierende Mittel kühlt und schmiert somit wirksam. Das Kühlsystem hat
auch den Vorteil, daß von der gepumpten Flüssigkeit nichts außerhalb, sondern ausschließlich
innerhalb der Motorpumpe zirkuliert. Damit ist die Möglichkeit eines Austrittes
vermindert.
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Das Gesamtaggregat ist auf Füßen 170, 172 angeordnet, welche an den
Motorendplatten 4 und 6 vermittels nicht gezeichneter Bolzen ansetzen.
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Die Zuverlässigkeit der beschriebenen Motorpumpe wird durch die thermische
Trennwand gesteigert, welche einen Wärmeübergang des Mediums im Pumpgehäuse zum
Medium im Motor ausschließt oder vermindert. Das Statorkühlsystem weist überdies
eine Anordnung von Leitelementen auf und bedient sich eines äußeren Kühlmediums.
Durch die Zirkulation von Medium im Motor und durch die normalen Lager nächst der
Pumpe in Kombination mit der thermischen Trennwand und dem beschriebenen Statorkühlsystem
ist es möglich, Motorpumpen in Medien einer Temperatur von 316° C arbeiten zu lassen,
ohne daß eine Verletzung des Motors oder dessen Windungen stattfindet. Durch die
Ausschaltung von äußeren Wärmeaustauschern ist die Konstruktion der Motorpumpe außerordentlich
vereinfacht. Die Möglichkeit des Mediumsaustrittes ist vermindert, zumal Pumpflüssigkeit
nicht nach außen zirkuliert, vielmehr nur in dem Rohrsystem.