DE19525704C1 - Gekapselter Rotor - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem gekapselten Rotor der Käfig­ läuferbauart für einen Asynchronmotor als Naßlaufmotor zum Antrieb insbesondere einer Kreiselpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher ist bekannt durch die GB 13 20 841. Durch Schrumpfen oder aufzementieren der Endscheiben auf die Antriebswelle wird dort ein flüssigkeitsdichter Schutzmantel hergestellt.

In der DE 40 19 112 C2 ist der Aufbau eines Rotors beschrieben, dessen Käfigläufer mittels eines Schutzmantels gekapselt sein kann. Um eine sichere Abdichtung des Blechpaketes des Käfigläufers gegenüber dem z. B. von einer Pumpe abgezweigten Kühlwasserstrom zu erhalten, wenn der Rotor in einem Naßlaufmotor für den Antrieb einer Pumpe ver­ wendet wird, liegt der antriebswellenseitige Randbereich der Endscheiben des Schutzmantels entweder an der Antriebswelle des Motors, wenn diese aus Stahl besteht, oder an einer zentralen, metallenen Hülse des Käfigläufers an, wenn die Antriebswelle aus Keramik besteht und mit Preßsitz in der Hülse montiert ist. Auf diese Weise kann keine Kühlflüssigkeit zu den Blechen im Käfig­ läufer gelangen, und diese können daher nicht korrodieren. Asynchronmotoren kleinerer Leistung, d. h. bis etwa 250 W, die für kleinere Heizungspumpen in z. B. Wohngebäuden verwendet wer­ den, werden zunehmend mit Antriebswellen aus Keramik bestückt, wozu die vorerwähnte Hülse eingesetzt wird, um den Käfigläufer für hohe Arbeitstemperaturen drehfest und flüssigkeitsdicht auf der Antriebswelle zu befestigen. Die Verwendung einer Hülse, auf welcher wiederum das erwähnte Blechpaket montiert ist, zur Befestigung des Käfigläufers auf der Antriebswelle aus Keramik stellt jedoch wegen der für die Hülse sehr genauen Maßtoleranzen bei einer Massenproduktion einen erheblichen zusätzlichen Ko­ stenfaktor dar. Im Fall der Verwendung der erwähnten Hülse liegt der antriebswellenseitige Randbereich der Endscheiben des Schutzmantels dichtend an der metallenen Hülse an.

Aus der US-PS 33 75 385 ist es bekannt, den Käfigläufer ohne die erwähnte Hülse auf der Antriebswelle zu befestigen. Hier sitzen die Bleche des Blechpaketes mit Festsitz unmittelbar auf der Antriebswelle, die aber ebenfalls aus Stahl besteht wie das Blech­ paket. In diesem Fall müssen die Endscheiben eines das Blechpa­ ket umgebenden Schutzmantels ebenfalls an der Antriebswelle anliegen, wozu ebenfalls eine sehr enge Fertigungstoleranz zwi­ schen Antriebswelle und zentralem Loch bzw. Lochrandstutzen jeder Endscheibe und eine sorgfältige Montage erforderlich sind, um die Flüssigkeitsdichtigkeit zwischen Welle und Endscheibe zu gewährleisten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung eines gekapselten Rotors der einleitend angeführten Art dahingehend, daß mit einfachen Mitteln eine sichere und billig herstellbare Flüssigkeitsabdichtung zwischen Antriebswelle und Schutzmantel erreicht wird; und zwar auch dann, wenn die Antriebswelle aus einem Material besteht, das einen niedrigeren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten aufweist als das Material des übrigen Käfigläu­ fers.

Die Lösung der Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 angegeben.

Durch diese Lösung wird auf einfache Weise eine sichere und mit geringen Kosten herstellbare Abdichtung zwischen Antriebswelle und Schutzmantel für das Blechpaket erreicht, und zwar unabhän­ gig davon, ob die Antriebswelle aus Stahl oder aus Keramik be­ steht, welch letzteres Material einen erheblich niedrigeren Wär­ meausdehnungskoeffizienten besitzt. Die Endscheiben des Schutz­ mantels tragen einerseits den elastischen Dichtungsringkörper, der andererseits dichtend an der Antriebswelle anliegt. Die entspre­ chende Ausbildung des zentralen Lochrandes der Endscheiben und die Gestaltung des Dichtungsringkörpers sind fertigungstechnisch einfach und mit niedrigen Kosten zu verwirklichen, so daß das erfindungsgemäße Lösungsprinzip einen erheblichen Kostenvorteil insbesondere für die Massenproduktion der in Rede stehenden gekapselten Rotoren bringt.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenig­ stens eine der beiden Endscheiben des Schutzmantels zumindest im Bereich ihres zentralen Loches mit einer napfartigen Ausbil­ dung versehen, derart, daß das zentrale Loch der Endscheibe vom Blechpaket axial beabstandet ist. Hierdurch ist z. B. ausreichend Platz für die Anordnung des Dichtungsringkörpers geschaffen, der aus einem Elastomer oder aus einem Gummimaterial bestehen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Endscheiben des Schutzmantels aus elektrisch leitendem Material, z. B. aus Kuper, und bilden an sich bekannte Kurzschlußscheiben für die Kurzschlußstäbe. Zusätzliche Scheiben oder Ringe zum elektrischen Kurzschließen der Kurzschlußstäbe entfallen dann.

In noch weiterer Ausgestaltung sitzt der Dichtungsringkörper mit Reibschluß drehfest auf der Antriebswelle und/oder ist ebenfalls drehfest am lochbegrenzenden Randbereich der zugehörigen End­ scheibe befestigt. Hierdurch wird u. a. erreicht, daß andere Bau­ teile, die auf der Antriebswelle benachbart zu dem oder den Dichtungsringkörpern angeordnet sind und gegen diese zur Anlage kommen können, die Dichtungsfunktion der Dichtungsringkörper nicht beeinträchtigen.

Jeder Dichtungskörper kann des weiteren eine Formgestaltung für eine zusätzliche Funktion aufweisen. Beispielsweise kann derjenige Bereich des Dichtungskörpers, der dem Käfigläufer abgewandt ist, eine Formschlußausbildung in Form einer Polygonkontur für die Drehmitnahme eines auf der Antriebswelle vorgesehenen, mit­ drehenden und Axialkräfte aufnehmenden Drucklagerteiles auf­ weisen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein teilweise dargestelltes Motorpumpenaggregat mit dem erfindungsgemäß aus­ gebildeten Rotor des Antriebsmotors,

Fig. 2 eine auseinandergezogene, perspektivische und teil­ weise geschnittene Darstellung der Rotoranordnung des in Fig. 1 gezeigten Aggregates.

Nach Fig. 1 besteht das allgemein mit 1 bezeichnete Motorpum­ penaggregat aus einem Asynchronmotor 2 und aus einer Kreisel­ pumpe 3, wie sie z. B. in Heizungsanlagen in Wohngebäuden eingesetzt wird. Der elektrische Motor 2 wird als Naßlaufmotor betrieben. Dem Stator 4 des Motors 2 ist ein allgemein mit 5 bezeichneter Rotor zugeordnet, der innerhalb eines bekannten Spaltrohrtopfes 6 des Motors vorgesehen ist. Der Rotor 5 umfaßt eine gemeinsame, korrosionsfeste, z. B. aus Keramik oder rost­ freiem Stahl bestehende Antriebswelle 7 und ein darauf montier­ tes, in bekannter Weise aus einzelnen, vorgefertigten Blechschei­ ben zusammengesetztes Blechpaket 8. Das Blechpaket weist einen zentralen Durchgang 9 auf und sitzt mit Festsitz oder auf andere Weise drehfest auf der Antriebswelle 7.

Die Welle 7 ist in einem vorderen Lager 10 und in einem hinte­ ren Lager 11 rotierend gelagert und trägt an ihrem vorderen Endbereich ein Pumpenlaufrad 12.

Das Blechpaket 8 des Rotors 5 wird in bekannter Weise durch übliche, elektrisch leitende Kurzschlußstäbe 13 zusammengehalten und ist durch einen korrosionsfesten Schutzmantel 14 gegenüber einer Kühlflüssigkeit in dem Spaltrohrtopf 6 dichtend abgeschirmt. Der Schutzmantel 14 besteht aus einem zylindrischen Umfangsteil 15 aus z. B. Cr-Ni-Stahl und aus zwei Endscheiben 16 und 17, die einerseits mit dem Umfangsteil 15 flüssigkeitsdicht verbunden sind und andererseits, d. h. in ihrem der Antriebswelle 7 zugekehrten Bereich, je mit einem Dichtungsringkörper 18 und 19 flüssigkeits­ dichtverbunden sind.

Im gezeigten Fall haben die Endscheiben eine Doppelfunktion. Sie bilden erstens die endseitige Wandbegrenzung des Schutzmantels 14 für das Blechpaket 8 und sind zweitens gleichzeitig Kurzschluß­ scheiben für die Kurzschlußstäbe 13. Die Scheiben 16, 17 bestehen daher aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Kupfer. Sie sind ebenfalls mittels der Kurzschlußstäbe am Blechpaket befestigt, indem z. B. die herausragenden Enden der Stäbe zu Stauchköpfen 30 geformt sind.

Die beiden Dichtungsringkörper 18, 19 liegen andererseits flüssig­ keitsdicht an der Welle 7 an. Jeder Dichtungsringkörper 18,19 ist geschlossen ausgebildet, d. h. er weist keinerlei Durchbrechungen auf, durch die Flüssigkeit in das Innere des Schutzmantels 14 eindringen könnte, und er besteht ferner aus einem nichtmetalli­ schen, elastischen Material. Ein bevorzugtes Material besteht aus einem Elastomer oder auch aus einem Gummimaterial.

Wie es am besten aus Fig. 2 zu erkennen ist, besitzen die End­ scheiben 16 und 17 je ein zentrales Loch 20 und 21, dessen Durchmesser derart ist, daß zwischen der Antriebswelle 7 und dem Rand des jeweiligen zentralen Loches ein Ringspalt 22 und 23 ausgebildet ist. Die so gebildeten Ringspalte 22, 23 werden durch die Dichtungsringkörper 18 und 19 flüssigkeitsdicht abge­ dichtet. Hierzu kann der Lochrand der Endscheiben 16, 17 in eine Ringnut der Dichtungskörper 18, 19 eingreifen, wie es aus Fig. 1 deutlich zu erkennen ist. In einfachster Form wird der jeweilige Lochrand der Endscheiben 16, 17 mit Festsitz an den Dichtungs­ ringkörpern 18, 19 anliegen. Ebenfalls können die Dichtungskörper auch mit Festsitz auf der Antriebswelle 7 an­ geordnet sein.

Wie es die Fig. 1 und 2 deutlich zeigen, sind die Endscheiben 16, 17 zumindest im Bereich ihres zentralen Loches 21, 22 mit einer napfartigen Ausbildung 24, 25 versehen, die derart ausgebil­ det ist, daß das jeweilige Loch der zugehörigen Endscheibe bzw. der entsprechende lochbegrenzende Randbereich der Scheibe vom Blechpaket axial beabstandet ist.

Der axiale Abstand bzw. die axiale Erstreckung der napfartigen Ausbildungen 24, 25 kann relativ groß gewählt werden, was davon abhängt, wieviel Platz vom Blechpaket 8 bis zu den Lagern 10, 11 für die Welle 17 zur Verfügung steht. Hierdurch können Blechpa­ kete 8 mit unterschiedlicher axialer Länge bei gleichem Abstand der Lager 10, 11 voneinander eingebaut werden. Die Fig. 1 und 2 zeigen z. B. Ausbildungen 24, 25 mit unterschiedlicher axialer Erstreckung.

Auf diese Weise wird zumindest Raum für die Dichtungskörper 18, 19 geschaffen, die dadurch bequem montiert werden können. Es kann alternativ jedoch auch eine andere Formausbildung der Endscheiben 16, 17 gewählt werden, um eine sichere Anordnung der Dichtungsringkörper zu gewährleisten. Es kann auch so vor­ gegangen sein, daß nur eine Endscheibe eine napfartige Ausbil­ dung aufweist, wobei dann für die andere Endscheibe eine flache­ re Konstruktion für die Montage des betreffenden Dichtungsring­ körpers vorgesehen ist, z. B. in Form eines kurzen, axialen, rohr­ förmigen Stutzens.

Zur Erzielung einer sicheren Abdichtung zwischen den Dichtungs­ ringkörpern 18, 19 und der Antriebswelle 7 einerseits sowie zwi­ schen diesen Körpern und den Endscheiben 16, 17 andererseits ist es wichtig, daß die Dichtungsringkörper an den jeweiligen Kon­ taktstellen mit entsprechend engen Passungsmaßen versehen sind.

Wenn die Dichtungskörper 18, 19 noch eine zusätzliche Funktion übernehmen sollen und es für diese Funktion wesentlich ist, daß die Dichtungskörper drehfest auf der Antriebswelle 7 angeordnet sein müssen, kann an den Kontaktstellen zwischen den Dichtungs­ körpern und der Antriebswelle einerseits und den Endscheiben andererseits außer einem festen Passungssitz auch eine Formschlußausbildung vorgesehen sein, um eine Drehsicherheit der Dichtungsringkörper zu gewährleisten.

Des weiteren kann für die Übernahme einer zusätzlichen Funktion z. B. der vordere Dichtungsringkörper 18 auf seiner dem Pumpen­ laufrad 12 zugekehrten Seite mit einer Formgestaltung 26, bei­ spielsweise in Form einer Polygonkontur, wie es Fig. 2 zeigt, ausgestattet sein. Diese Polygonkontur 26 greift in eine entspre­ chende, hohle Gegenkontur 27 eines weiteren Bauteiles 28 ein. Dieses weitere Bauteil kann ein Axialkräfte aufnehmendes Druck­ lagerteil sein, welches die Antriebswelle 7 umgibt und im Betrieb des Motorpumpenaggregates drehend an der Endfläche des vor­ deren Lagers 10 der Pumpe 3 anliegt. Das Drucklagerteil wird auf diese Weise mittels des vorderen Dichtungsringkörpers 18 in Umdrehung versetzt, und es entfällt somit eine zusätzliche Befe­ stigungskonstruktion für das Drucklagerteil an der Antriebswel­ le 7.

Eine weitere Formgestaltung eines der Dichtungsringkörper kann darin bestehen, daß der Dichtungsringkörper auf seiner dem Blechpaket 8 abgekehrten Seite wenigstens eine radiale Nut 29 für eine Schmiermittelführung aufweist. Bei dem dargestellten Motor­ pumpenaggregat ist eine solche Ausbildung vorteilhaft für den hinteren Dichtungsringkörper 19 vorgesehen. Dieser Dichtungs­ ringkörper ist unter anderem so gestaltet, daß er innerhalb be­ stimmter Drehzahlbereiche des gekapselten Rotors 5 gegen das hintere Lager 11 für die Welle 7 axial zur Anlage kommt. In diesem Fall wird die Schmierung zwischen den Radialflächen von Dichtungskörper 19 und Lager 11 infolge der schmiermittelführen­ den Nuten 29 verbessert.

Wie schon erwähnt, ist die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kon­ struktion des gekapselten Rotors 5 derart, daß die Endscheiben 16 und 17 des korrosionsfesten Schutzmantels 15 außer ihrer Ab­ dichtungsfunktion auch die Funktion des elektrischen Kurzschlus­ ses für die Kurzschlußstäbe 13 des Blechpaketes 8 übernehmen und zu diesem Zweck aus elektrisch leitendem Material bestehen. Es kann aber auch so vorgegangen sein, daß die bekannten, soge­ nannten Kurzschlußscheiben an den Endseiten des Blechpaketes 8 zusätzlich zu den Endscheiben 16 und 17 vorgesehen sind. Dies wird z. B. vom Einsatzgebiet des Asynchronmotors 2 abhängen. Die zusätzlichen Kurzschlußscheiben sind dann vorzugsweise zwischen dem Blechpaket 8 und der jeweiligen Endscheibe 16, 17 angeordnet.

Claims (9)

1. Gekapselter Rotor der Käfigläuferbauart für einen Asyn­ chronmotor als Naßlaufmotor zum Antrieb insbesondere einer Kreiselpumpe, umfassend eine korrosionsfeste Antriebswelle, ein darauf mit seinem zentralen Durchgang montiertes Blechpaket mit elektrisch kurzgeschlossenen Kurzschlußstäben und einen das Blechpaket umgebenden, flüssigkeitsdichten Schutzmantel, der aus einem Umfangsteil und zwei Endscheiben mit je einem zentralen Loch besteht, wobei sich die Antriebswelle durch die beiden Lö­ cher und den erwähnten Durchgang hindurcherstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (7) und dem Rand des zentralen Loches (20, 21) jeder der beiden Endscheiben (16, 17) ein Ringspalt (22, 23) ausgebildet ist und daß in dem Ringspalt ein geschlossener Dichtungsringkörper (18, 19) aus nichtmetallischem, elastischem Material jeweils flüssigkeitsdicht einerseits auf der Antriebswelle (7) sitzt und andererseits an der zugehörigen Endscheibe (16, 17) anliegt.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eine der beiden Endscheiben (16, 17) des Schutzmantels (14) zumindest im Bereich ihres zentralen Loches (20, 21) mit einer napfartigen Ausbildung (24, 25) versehen ist, derart, daß das erwähnte Loch vom Blechpaket (8) axial beabstandet ist.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsringkörper (18, 19) aus einem Elastomer oder aus einem Gummimaterial besteht.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtungsringkörper (18, 19) mit Reibschluß drehfest auf der Antriebswelle (7) sitzt und drehfest am lochbe­ grenzenden Randbereich der zugehörigen Endscheibe (16, 17) an­ greift.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtungsringkörper (18, 19) auf seiner dem Blechpaket (8) abgekehrten Seite eine Formgestaltung (26, 29) für eine zusätzliche Funktion des Dichtungsringkörpers aufweist.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgestaltung eine Polygonkontur (26) für die Drehmitnahme eines weiteren, die Antriebswelle (7) umgebenden Bauteiles (28) umfaßt.

7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Bauteil aus einem Axialkräfte aufnehmenden, ringförmigen. Drucklagerteil besteht.

8. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgestaltung wenigstens eine radiale Nut (29) für eine Schmier­ mittelführung umfaßt.

9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endscheiben (16, 17) des Schutzmantels (14) elektrisch leitend sind und Kurzschlußscheiben für die in dem Blechpaket (8) angeordneten Kurzschlußstäbe (13) bilden.