DE19538278A1 - Umwälzpumpe mit Elektroantrieb - Google Patents

Description

Umwälzpumpen mit Elektroantrieb werden für eine Vielzahl von Anwendungen in der Heizungs-, Sanitär- und Anlagentechnik eingesetzt. In den meisten Anwendungen ist ihr Betrieb durch sehr hohe jährliche Nutzungsanteile gekennzeichnet. Der erfolgt in der Regel durch einen Asynchronmotor mit einem Spaltrohr zwischen Läufer und Stator.

Bei der benötigten sehr geringen Leistung ist der Wirkungsgrad der Antriebe verhältnismäßig gering und liegt typischerweise unter 20%. Auch wenn die Leistung mit typischerweise 50 bis 100 W verhältnismäßig gering ist, resultiert aus der hohen Laufzeit und der enormen Anzahl von Pumpen doch ein beachtlicher Energieverbrauch. So verursacht eine typische Pumpe in einer typischen Anwendung in einer Heizungsanlage während ihrer Lebensdauer etwa 10fache Energiekosten (1000 DM) im Verhältnis zu den Anschaffungskosten (100 DM).

Daraus wird ersichtlich, wie wünschenswert die Verbesserung des Wirkungsgrades von Umwälzpumpen wäre. Die Verbesserung ist grundsätzlich möglich an den hydraulischen und an der elektrischen Komponenten der Pumpe.

So entstehen hydraulische Verluste einerseits als Stoßverluste bei der Beschleunigung des Mediums andererseits durch Flüssigkeits­ reibung der rotierenden Teile von Pumpenrad und Motor.

Elektrische Verluste entstehen durch den Widerstand der Wicklung, durch Ummagnetisierung der Flußleitbleche und durch Wirbelströme, sowie durch die Erzeugung des Läuferfeldes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Wirkungsgradverbesserung durch ein neues Antriebskonzept gelöst, das durch die Integration des Motorläufers in ein halbaxiales Pumpenrad gekennzeichnet ist. Damit wird ein Teil der Flüssigkeitsreibung des Motorläufers vermieden. Eine weitere Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades ergibt sich bei Ausführungen als zweistufige Pumpe, wenn erfindungsgemäß ein einziges Läuferrad für beide Pumpenstufen verwendet wird, durch Verminderung der Flüssigkeitsreibung. Gegenüber einer einstufigen Pumpe wird die hydraulische Leistung bei einem kleinerem Laufraddurchmesser bzw. einer geringerer Drehzahl erreicht, ohne zusätzliche Oberfläche für ein zweites Laufrad.

Der im Verhältnis zu bekannten Ausführungen große Motordurchmesser führt zu einem besseren Motorwirkungsgrad. Zur weiteren Minimierung der elektrischen Verluste wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein permanenterregter Synchronmotor verwendet, der über einen elektronischen Umrichter aus dem Netz oder einer Gleichstromquelle versorgt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung ergibt sich etwa eine Halbierung der Verlustleistung, so daß der zusätzliche Aufwand für die elektronischen Bauelemente bezüglich der Wirtschaftlichkeit mehr als kompensiert wird. Durch Vereinfachung der mechanischen Gestaltung aufgrund des neuen Motors sind wahrscheinlich sogar insgesamt geringere Herstellungskosten für die Pumpe möglich.

Fig. 1 zeigt eine einstufige Pumpe mit der erfindungsgemäßen Kombination von Pumpenrad und Motorläufer im Querschnitt. In einem Pumpengehäuse, das aus Saugschild 1 mit zentralem Sauganschluß 2, Spaltrohr 3 und Druckschild 4 in koaxialer Anordnung gebildet wird, ist das Pumpenrad 5 mit den internen Strömungskanälen 6 auf einem Lagerzapfen 7 zentriert gelagert, der zentral in das druckseitige Leitelement 8 eingepreßt ist. Das Leitelement wird in dem Druckschild zentriert und bildet mit diesem Kanäle 9, die vom Umfang zum zentralen Flüssigkeitsaustritt 10 führen.

Das Medium tritt saugseitig zentral in das Pumpenrad ein und wird in den radial nach außen führenden Kanälen beschleunigt.

Das Leitelement lenkt den Flüssigkeitsstrom zum Austritt um.

Das Pumpenrad 5 besteht aus dauermagnetischem Werkstoff oder ist aus Leitstücken und Magneten zusammengesetzt und am Umfang mindestens zweipolig magnetisiert. Getrennt durch das Spaltrohr wird der Läufer vom Blechpaket 11 eines Stators umschlossen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweistufigen Pumpe. Das Medium wird hier durch Lagerhülsen 12 in das Pumpenrad geführt. Die 1. Pumpenstufe wird durch den Gehäusedeckel 13 abgeschlossen, der zusammen mit dem Leitelement 8 das Medium vom Umfang zur Achse des Pumpenrades zurückführt. Durch den Anschlußdeckel 14 wird das Medium zentral der 1. Stufe zugeführt und durch eine Umfangsnut 15 aus der 2. Stufe abgeführt. Das Pumpenrad 5 weist in beiden Durchflußdurchrichtungen Kanäle 6 auf, die vom zentralen Eintritt jeweils radial zur gegenüberliegenden Seiten führen. Das Pumpenrad 5 bildet gleichzeitig den Läufer des elektrischen Antriebes und ist dazu aus dauermagnetischem Material gefertigt.

Claims (3)

1. Umwälzpumpe mit Elektroantrieb, gekennzeichnet durch einen zentral gelagerten vorzugsweise zylindrischen Rotor (5), der in baulicher Einheit das Pumpenrad und den Läufer eines Elektromotors bildet und dazu im inneren Kanäle (6) enthält, die jeweils von einer zentralen Lagerbohrung radial zur gegenüberliegenden Seite verlaufen, sowie am Umfang magnetfelderzeugende Elemente vorzugsweise in Form permanent magnetischerr Pole aufweist.

2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Rotor beidseitig zentrale Eintrittsöffnungen aufweist, von denen jeweils getrennte Kanäle radial zur gegenüberliegenden Seite verlaufen.

3. Umwälzpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei symmetrischen Halbzylindern zusammengefügt wird, bei denen die inneren Kanäle durch Nuten gebildet werden.