DE19541195C2 - Kreiselpumpenaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat, beste­ hend aus einer Kreiselpumpe mit Pumpengehäuse, Pumpen­ welle und mindestens einem fest darauf angeordneten Lauf­ rad, aus einem Motor mit Motorgehäuse und einer zur Pum­ penwelle koaxialen Motorwelle und aus einem Zwischenge­ häuse, das mit dem Pumpengehäuse und dem Motorgehäuse fest verbunden ist, wobei das als Hohlwelle ausgebildete motorseitige Ende der Pumpenwelle die Motorwelle in sich aufnimmt und in dem Zwischengehäuse durch wenigstens eine Lagereinrichtung sowohl radial als auch axial gestützt ist.

Es ist eine Kreiselpumpe der gattungsgemäßen Art bekannt (DE-OS 16 53 721), bei der das als Hohlwelle ausgebildete motorseitige Ende der Pumpenwelle, das auf die Motorwelle passend aufgesteckt ist, im Zwischengehäuse mittels zwei­ er Rillenkugellager vollständig gelagert ist. Diese Lösung hat den Nachteil, daß hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich ist, damit die Lager im Zwischengehäuse und im Motor genau fluchten. Geringste Verlagerungen verursa­ chen erhebliche Zusatzbeanspruchungen in Pumpen- und Motorwelle und den sie stützenden Lagereinrichtungen.

Das vorstehend kurz umrissene bekannte Kreiselpumpen­ aggregat wird nach wie vor von verschiedenen Herstellern realisiert (z. B. Stamp, Hamburg, Kreiselpumpenausführung FP 700). Bei dieser Ausführung ist das als Hohlwelle aus­ gebildete motorseitige Ende der Pumpenwelle auf die Motorwelle passend aufgesteckt und über eine Paßfeder- Verbindung mit letzterer fest verbunden.

Anwendung findet auch eine abgewandelte Ausführungsform des bekannten Kreiselpumpenaggregates, die dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die vollständige Lagerung des als Hohlwelle ausgebildeten motorseitigen Endes der Pum­ penwelle verzichtet wird und stattdessen eine einzige Lagereinrichtung (ein sog. Vierpunkt-Lager) die Hohlwelle sowohl radial als auch axial stützt (ABEL, Büchen, Krei­ selpumpe CF). Hohlwelle und Motorwelle sind über eine Paßfeder-Verbindung starr miteinander verbunden. Eine derartiges Kreiselpumpenaggregat ist hinsichtlich der Lagereinrichtungen insgesamt statisch überbestimmt, da neben der Lagereinrichtung im Zwischengehäuse zwei wei­ tere Lagereinrichtungen im Motor vorliegen.

Der Nachteil, der mit den vorstehend erwähnten statisch überbestimmten Lagereinrichtungen verbunden ist, kann durch ein Kreiselpumpenaggregat vermieden werden, wie es aus der DE 25 29 458 C2 bekannt ist. Dort werden die Lagereinrichtungen im Zwischengehäuse ausschließlich von einem Axiallager gebildet, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform das Axiallager in radialer Richtung über ein nachgiebiges Glied abgestützt ist. Durch diese Lösung wird die Pumpenwelle in radialer Richtung ganz oder im wesentlichen von der Motorwelle getragen, während die Axialkräfte von dem im Zwischengehäuse angeordneten Axiallager aufgenommen werden.

Sämtliche vorstehend beschriebenen Kreiselpumpenaggregate zeichnen sich durch einen gemeinsamen Vorteil aus, der darin besteht, daß als Motor ein Normmotor verwendet wer­ den kann. Bei den Kreiselpumpenaggregaten, bei denen die Pumpenwelle in radialer Richtung ganz oder im wesentli­ chen von der Motorwelle getragen wird, trifft die vorge­ nannte Feststellung hinsichtlich der Verwendbarkeit eines Normmotors nur insoweit zu, als die im Normmotor vorge­ sehenen Lagereinrichtungen den betriebsgemäßen Beanspru­ chungen beim Antrieb der Kreiselpumpe gewachsen sind. Wenn allerdings Fluchtfehler erhebliche Zusatzbeanspru­ chungen in den Wellen verursachen, und im Falle der vor­ genannten statisch überbestimmten Lageranordnung werden diese Zusatzbeanspruchungen noch weiter verstärkt, dann ist das Konzept der sogenannten "Lagerträgerbauweise" mit dem erklärten Ziel, einen möglichst preiswerten, stan­ dardisierten Motor (Normmotor) zu verwenden, insgesamt in Frage zu stellen.

Kreiselpumpenaggregate werden darüber hinaus in der sogenannten "Blockbauweise" bzw. als sogenannte "Block­ pumpen" ausgeführt. Hierbei fungiert das Zwischengehäuse lediglich als Verbindungsglied zwischen Motorgehäuse und Pumpengehäuse, und es ist entweder eine gemeinsame oder eine starr miteinander gekuppelte Motor- und Pumpenwelle vorgesehen. Im erstgenannten Falle ist die Motorwelle verlängert ausgeführt und dient dem fliegend aufgesetzten Laufrad zugleich als Pumpenwelle. Im zweiten Falle wird in der Regel das als Hohlwelle ausgebildete motorseitige Ende der Pumpenwelle auf die Motorwelle passend aufge­ steckt und mit dieser form- und kraftschlüssig (Welle- Nabe-Verbindung und zusätzliche Klemmung) verbunden. In beiden Fällen ist in der Regel das pumpenseitige Motor­ lager verstärkt ausgebildet und ersetzt dabei die Pumpen­ lager (Sondermotor). Ein Normmotor kommt nur dort zur Anwendung, wo betriebsbedingte relativ kleine Kräfte pro­ blemlos von dessen Lagern aufgenommen werden können. Bei der gemeinsamen Pumpen- und Motorwelle bedingt die ver­ längerte Motorwelle in jedem Falle eine Sonderausführung des Motors.

Schließlich ist aus der US-PS 3 732 706 eine schlupffreie Ausgleich-Kupplung zwischen einer Pumpenwelle und der Motorwelle eines Antriebsmotors bekannt, die geeignet ist, axiale, radiale und winklige Fluchtfehler beider Wellen auszugleichen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Pumpen- und die Motorwelle über ein Zwischenstück miteinander verbunden sind, das beiderseits jeweils über die vorgenannte Ausgleich-Kupplung mit dem jeweiligen Wellenende im Eingriff steht. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß, in Wellenrichtung betrachtet, ein relativ ausladendes, wenig kompaktes Kreiselpumpen­ aggregat entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Kreiselpumpenaggregat zu schaffen, das geringere Herstellungs- und Montagegenauigkeit als die bekannten Kreiselpumpenaggregate erfordert, geringe Baulänge hat und mit einem Elektromotor mit normaler Welle und ohne Lagerverstärkung, vorzugsweise einem Normmotor, auskommt.

Diese Aufgabe wird durch ein Kreiselpumpenaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen des vorgeschlagenen Kreiselpumpenaggregates sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß eine ein­ deutige Lagerung der Pumpenwelle im Zwischengehäuse, vor­ zugsweise ausgebildet in Form einer sogenannten Laterne, dann die optimale Lösung des Problems darstellt, wenn gleichzeitig die Verwendung von Normmotoren sicherge­ stellt ist. Dies wird dadurch möglich, daß die seit lan­ gem bekannte starre Verbindung zwischen dem als Hohlwelle ausgebildeten motorseitigen Ende der Pumpenwelle und der Motorwelle durch eine zwischen den beiden Wellen angeord­ nete schlupffreie Ausgleich-Kupplung ersetzt wird. Letz­ tere ist derart beschaffen, daß sie axiale, radiale und winklige Fluchtfehler beider Wellen ausgleicht. Darüber hinaus bietet sie den Vorteil, daß sie stoßartige Bela­ stungen, die im Zusammenspiel zwischen Kreiselpumpe und Motor auftreten können, abbaut.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschla­ genen Kreiselpumpenaggregates gemäß der Erfindung wird die Ausgleich-Kupplung durch Zwischenglieder gebildet, die in die Hohlwelle und die Motorwelle unmittelbar oder mittelbar mit radialem und axialem Spiel eingreifen, so daß dadurch die vorstehend erwähnten axialen, radialen und winkligen Fluchtfehler, falls sie denn durch Her­ stellung und Montage gegeben sind, ausgeglichen werden können. Die zu übertragende Umfangskraft zwischen Krei­ selpumpe und Motor erfolgt unter Relativbewegungen zwi­ schen Hohlwelle, Zwischengliedern und Motorwelle, bis ein Formschluß zwischen Hohlwelle und Motorwelle gegeben ist.

Sind die Zwischenglieder verformbar ausgebildet, wie dies nach einer weiteren Ausführungsform vorgeschlagen wird, dann liegt eine nachgiebige Ausgleich-Kupplung vor, durch die in besonderer Weise stoßartige Belastungen abgebaut und dadurch Zusatzbeanspruchungen in den Wellen gemindert und Resonanz- und Schwingungserscheinungen positiv beein­ flußt werden können. Das Ausmaß der auszugleichenden Fluchtfehler beeinflußt sehr stark die Lebensdauer der verformbaren Zwischenglieder. Wo Herstellungs- und Mon­ tagegenauigkeit des Kreiselpumpenaggregates einerseits und die Betriebsbedingungen andererseits dies erlauben, können auch formfeste Zwischenglieder, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird, zur Anwendung kommen.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Aus­ gleich-Kupplung werden der axiale, der radiale und der winklige Freiheitsgrad der Relativbewegungen zwischen Pumpen- und Motorwelle dadurch sichergestellt, daß ein Zwischenring, vorzugsweise ausgebildet in Form einer Zwi­ schen- oder Wellenhülse, vorgesehen ist, der auf die Motorwelle aufgesteckt, über eine an sich bekannte Wel­ le-Nabe-Verbindung fest mit dieser verbunden und mit radialem Spiel von der Hohlwelle umschlossen ist. Die Zwischenglieder sind in diesem Falle zwischen der Hohl­ welle und dem Zwischenring angeordnet, und sie greifen mit radialem und axialem Spiel in beide formschlüssig ein. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß sie den genormten Motorwellenstumpf unversehrt läßt. Die Welle- Nabe-Verbindung zwischen dem Zwischenring und der Motor­ welle ist gemäß einer vorgeschlagenen weiteren Aus­ führungsform als Paßfeder-Verbindung ausgeführt. Beson­ dere Maßnahmen hinsichtlich des erforderlichen Form­ schlusses sind aussenseits am Zwischenring und innenseits an der Hohlwelle erforderlich. Diese beiden Bauteile sind jedoch in jedem Falle Bauteile, die ohne besonderen Auf­ wand an die aus dem geforderten Formschluß resultierenden Bedingungen anpaßbar sind.

Gleichwohl ist es jedoch auch möglich, das zum Ausgleich axialer, radialer und winkliger Fluchtfehler notwendige Spiel zwischen Hohlwelle und Motorwelle zwischen dem Zwi­ schenring und der Motorwelle vorzusehen. In diesem Falle wird der Zwischenring, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird, in die Hohlwelle eingesteckt und über eine an sich bekannte Welle-Nabe-Verbindung, beispielsweise eine Paß­ feder-Verbindung, fest mit dieser verbunden. Die zur Bil­ dung der Ausgleich-Kupplung erforderlichen Zwischenglie­ der werden dann formschlüssig, mit radialem und axialem Spiel, zwischen dem Zwischenring und der Motorwelle ange­ ordnet.

Die vorgeschlagene Ausgleich-Kupplung baut sowohl in radialer als auch in axialer Richtung außerordentlich kompakt und sie ist in überraschender Weise einfach auf­ gebaut, wenn die Zwischenglieder aus über einen Teil­ kreisumfang verteilten, zylindrischen oder balligen Stä­ ben gebildet werden, deren Symmetrieachsen parallel und deren Teilkreisanordnung koaxial zur Pumpen- und Motor­ welle verlaufen. Die zur formschlüssigen Einbindung der zylindrischen Stäbe in den Zwischenring und in die Hohl­ welle in beiden erforderlichen zylinderförmigen Ausneh­ mungen sind sehr einfach durch Anbohren der beiden Teile im zusammengebauten Zustand herzustellen. Es können sowohl verformbare als auch formfeste Zwischenglieder zur Verwendung kommen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Meridianschnitt durch das Kreiselpumpen­ aggregat gemäß der Erfindung, wobei lediglich die obere Hälfte der Kreiselpumpe, des Zwischen­ gehäuses und ein Teil des Motors dargestellt sind;

Fig. 2 ebenfalls im Meridianschnitt eine detailliertere Darstellung des Zwischengehäuses im Bereich der miteinander zu kuppelnden Pumpen- und Motorwelle gemäß dem in Fig. 3 mit C-D gekennzeichneten Schnittverlauf und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Hohlwelle und die Motorwelle in Verbindung mit der Ausgleich-Kupp­ lung gemäß einem in Fig. 2 mit A-B gekennzeich­ neten Schnittverlauf.

Ein Kreiselpumpenaggregat P (Fig. 1) besteht aus einer Kreiselpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 1.1, einer Pum­ penwelle 1.2, einem auf dieser fliegend gelagerten Lauf­ rad 1.3, weiterhin aus einem Motor 2 mit einem Motorge­ häuse 2.1 und einer zur Pumpenwelle 1.2 koaxialen Motor­ welle 2.2, sowie aus einem Zwischengehäuse 3 (Laterne), das mit dem Pumpengehäuse 1.1 und über einen Anpassungs­ flansch 2.4 mit einem Motorflansch 2.3 des Motorgehäuses 2.1 fest verbunden ist. Das motorseitige Ende der Pumpen­ welle 1.2 ist als Hohlwelle 1.2.1 ausgebildet. Es nimmt innenseits die Motorwelle 2.2 in sich auf, außenseits ist es durch eine erste und eine zweite Lagereinrichtung 6.1 bzw. 6.2 sowohl radial als auch axial gestützt. Auf die Motorwelle 2.2 ist ein Zwischenring 5 (Zwischen- oder Wellenhülse) aufgesteckt und über eine nicht dargestellte Paßfeder-Verbindung mit dieser verbunden. Zwischenglie­ der 4 (Einzelheiten ihrer Ausgestaltung und Anordnung siehe Fig. 2 und 3) greifen einerseits formschlüssig in den Zwischenring 5 und andererseits ebenfalls form­ schlüssig in die Hohlwelle 1.2 ein.

Aus der detaillierteren Darstellung der Ausgleich-Kupp­ lung in den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß der Zwi­ schenring 5 innenseits über eine Paßfeder-Verbindung (Paßfeder 7, Paßfedernut 5.2 im Zwischenring 5, Paßfeder­ nut 2.21 in der Motorwelle 2.2) fest mit der Motorwelle 2.2 verbunden ist. Das zum Ausgleich axialer, radialer und winkliger Fluchtfehler zwischen Hohlwelle 1.21 und Motorwelle 2.2 notwendige radiale Spiel ist zwischen dem Zwischenring 5 und der Hohlwelle 1.21 gegeben. Die Zwi­ schenglieder 4 sind in Form zylindrischer Stäbe ausgebil­ det, die über einen Teilkreisumfang verteilt, vorzugs­ weise gleichmäßig verteilt, angeordnet sind und deren Symmetrieachsen parallel und deren Teilkreisanordnung koaxial zur Pumpen- und Motorwelle 1.2 bzw. 2.2 verlau­ fen. Der formschlüssige Eingriff der Zwischenglieder 4 in den Zwischenring 5 einerseits und die Hohlwelle 1.21 an­ dererseits erfolgt über vorzugsweise zylindrische Ausneh­ mungen 5.1 bzw. 1.22 in diesen beiden Teilen; er wird dort von einem radialen und einem axialen Spiel beglei­ tet, damit axiale, radiale und winklige Fluchtfehler zwi­ schen Motorwelle 2.2 und Hohlwelle 1.21 auch im Ein­ griffsbereich der Zwischenglieder 4 ausgeglichen werden können.

Fig. 2 zeigt weiterhin die eindeutige Lagerung der Hohl­ welle 1.21 im Zwischengehäuse 3 (sowohl radial als auch axial) durch die erste und die zweite Lagereinrichtung 6.1 bzw. 6.2. Axiale Ausgleichsbewegungen der Pumpenwelle 1.2 bzw. ihrer Hohlwelle 1.21 finden an einem Sicherungs­ ring 8 einerseits und an einer nicht bezeichneten Schul­ ter im Zwischengehäuse 3 links von der Lagereinrichtung 6.1 andererseits ihre Begrenzung. Für eine pumpenseitige Abdichtung der Lagereinrichtungen 6.1 und 6.2 sorgt eine am Zwischengehäuse 3 über die erste Lagereinrichtung 6.1 festgelegte Lagerabdichtung 9. Die verformbare oder form­ feste Ausbildung der Zwischenglieder 4 ist lediglich eine Materialfrage; sie hat im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel keinerlei Einfluß auf die bildliche Darstellung der Zwischenglieder 4.

Die Erfindung ist im Rahmen einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform beschrieben worden, doch versteht es sich, daß in der Praxis von Sachkundigen Ausführungsvarianten rea­ lisiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung und der ihr zustehenden gewerblichen Schutzrechte zu verlas­ sen. Dies betrifft insbesondere die Ausbildung der Zwi­ schenglieder 4, die ihre Ausprägung auch in anderen als den vorstehend vorgeschlagenen Formen finden können (bei­ spielsweise auch kegel-, kugel-, knorpel-, hülsen- oder drahtförmige Formgebung).

Claims (6)

1. Kreiselpumpenaggregat, bestehend aus einer Kreisel­ pumpe mit Pumpengehäuse, Pumpenwelle und mindestens einem fest darauf angeordneten Laufrad, aus einem Motor mit Motorgehäuse und einer zur Pumpenwelle koaxialen Motorwelle und aus einem Zwischengehäuse, das mit dem Pumpengehäuse und dem Motorgehäuse fest verbunden ist, wobei das als Hohlwelle ausgebildete motorseitige Ende der Pumpenwelle die Motorwelle in sich aufnimmt und in dem Zwischengehäuse durch wenigstens eine Lagereinrichtung sowohl radial als auch axial gestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (1.21) und die Motorwelle (2.2) durch eine zwischen beiden angeordnete schlupffreie Ausgleich-Kupplung, die axiale, radiale und winklige Fluchtfehler beider Wellen (1.21; 2.2) ausgleicht, miteinander verbunden sind, daß die Ausgleich-Kupplung durch Zwischenglieder (4) gebildet wird, wobei letztere in die Hohlwelle (1.21) und Motorwelle (2.2) unmittelbar oder mittelbar mit radialem und axialem Spiel eingreifen und eine Umfangskraft unter Relativbewegungen bis zum Formschluß zwischen Hohlwelle (1.21) und Motorwelle (2.2) übertragen.

2. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenglieder (4) verformbar ausgebildet sind.

3. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenglieder (4) formfest aus­ gebildet sind.

4. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenring (5) vorgesehen ist, der auf die Motorwelle (2.2) aufgesteckt, über eine an sich bekannte Welle-Nabe- Verbindung fest mit dieser verbunden und mit radialem Spiel von der Hohlwelle (1.21) umschlossen ist, und daß die Zwischenglieder (4) zwischen der Hohlwelle (1.21) und dem Zwischenring (5) angeordnet sind.

5. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenring (5) vorgesehen ist, der in die Hohlwelle (1.21) einge­ steckt, über eine an sich bekannte Welle-Nabe-Verbin­ dung fest mit dieser verbunden und mit radialem Spiel die Motorwelle (2.2) umschließt, und daß die Zwischenglieder (4) zwischen dem Zwischenring (5) und der Motorwelle (2.2) angeordnet sind.

6. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle-Nabe-Verbindung als Paßfeder-Verbindung ausgeführt ist, und daß die Zwischenglieder (4) aus über einen Teilkreisumfang verteilten, zylindrischen oder balligen Stäben gebildet werden, deren Symmetrieachsen parallel und deren Teilkreisanordnung koaxial zur Pumpen- und Motorwelle (1.2, 2.2) verlaufen.