DE19649571C2

DE19649571C2 - Magnetisch gekoppelte Pumpe

Info

Publication number: DE19649571C2
Application number: DE19649571A
Authority: DE
Inventors: Hirohisa Obata; Junji Ito
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: GB2307947A; US6095770A; GB2307947B; DE19649571A1; US5924851A; GB9623652D0; US6139289A

Description

Hinterrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine motorgetriebene, magnetisch gekoppelte Pumpe, die als Wasserpumpe in Automobilen oder ähnlich verwendet wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine magnetisch gekoppelte Pumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptan spruchs ist in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 591/1984 beschrieben und ent hält ein Pumpengehäuse, dessen Inneres von einer Trennwand in eine Pumpenkammer und eine Motorkammer unterteilt ist. Der Stator eines Motors mit axialem Luftspalt ist in der Motorkammer angebracht. Eine sich drehende Welle ist am Zentrum des Stators drehbar angebracht und steht in die Pumpenkammer vor. Ein Flügelrad ist am Vorderende dieser vorstehenden Welle angebracht. Ein ringförmiger Permanentmagnet, der in Umfangs richtung alternierend Süd und Nord magnetisiert ist, ist an der Statorseite des Flügelrades, die zur Trennwand zeigt, angebracht.

Bei dieser magnetisch gekoppelten Pumpe werden einer Mehrzahl von Statorwicklungen, die an der Außenfläche des Stators angebracht sind, Erregerströme zugeführt, um an den Stirnflächen der Statorkerne sich drehende Magnetfelder zu erzeugen. Auf diese Weise wirkt zwischen dem Stator und dem ringförmigen Permanentmagneten des Flügelrades eine magnetische Anziehung. Als Folge wird das Flügelrad gedreht. Das mit dem Permanent magneten ausgerüstete Flügelrad, das als Rotor wirkt, hat jedoch die freitragende, sich drehende Welle. Zwischen der sich drehenden Welle und ihrem Lager ist ein kleines Spiel vorhanden. Zusätzlich ist das Flügelrad nicht gegen eine radiale Schwingbewegung ge sichert. Wenn sich das Flügelrad mit schlechtem Gleichförmigkeitsgrad dreht, neigt es somit dazu, zu schwingen. Wenn die sich drehende Welle schwingt, wird zusätzlich ein Geräusch verursacht. Dies bewirkt ebenfalls einen raschen Verschleiß des Lagers.

Bei dieser Art von magnetisch gekoppeltem Lager enthält die magnetische Anziehung, die auf das Flügelrad wirkt, eine große anziehende Kraftkomponente in Axialdruckrichtung, die von dem Permanentmagneten des Flügelrades auf die Statorkerne gerichtet ist. Wäh rend der Drehung wird der Flügelradbereich an dem oberen Ende der sich drehenden Wel le daher mit einer großen Kraft gegen das Lager der sich drehenden Welle gedrückt. Folg lich wird zwischen dem das Flügelrad haltenden Bereich der drehbaren Welle und der Stirn fläche des Lagers eine flache Scheibe oder ähnliches angebracht, um die Reibung zwischen ihnen zu vermindern.

Wenn feines und hartes Fremdmaterial in die Pumpkammer eindringt und in den Raum zwischen die Stirnfläche des Lagers, den flachen Ring und den Flügelradhaltebereich ge langt, werden diese Bauteile rasch verschlissen. Schließlich kommt das Flügelrad innerhalb der Pumpenkammer in Berührung mit der Trennwand. Dies vermindert die Drehzahl des Flügelrades. Als Folge sinkt die Strömungsgeschwindigkeit der Pumpe. Im Ergebnis wird die Lebensdauer der Pumpe verkürzt.

Aus der EP 0 240 674 A2 ist eine magnetisch gekoppelte Pumpe bekannt, deren Flügelrad wellenlos ausgebildet ist und an beiden Stirnseiten Keramikplättchen aufweist. Ein von dem in dem Flügelrad aufgenommenen ringförmigen Permanentmagneten umgebenes Kera mikplättchen an einer Stirnseite weist eine zentrale Ausnehmung auf, in der eine Kugel aufgenommen ist, die sich in einer entsprechenden Ausnehmung eines Gegenplättchens ab stützt, das gehäusefest radial innerhalb des Stators aufgenommen ist. Das an der anderen Stirnseite des Flügelrades vorgesehene Keramikplättchen ist in direkter Anlage an einem gehäusefesten Keramikplättchen. Die beiden letztgenannten Keramikplättchen bilden ein Axiallager. Die beiden anderen Keramikplättchen mit der dazwischen angeordneten Kugel bilden ein Axial- und Radiallager mit gewisser Schwenkbarkeit. Der ringförmige Perma nentmagnet und die in Umfangsrichtung voneinander entfernten Statorkerne des Stators sind derart angeordnet, daß der Radius der Zentrumslinie des ringförmigen Permanentma gneten geringfügig kleiner ist als der Radius eines Kreises, der die Zentren der Mehrzahl der Statorkerne miteinander verbindet. Dabei überdeckt der ringförmige Permanentmagnet in axialer Sicht die Stirnflächen der Statorkerne vollständig.

Aus der DE 43 31 560 A1 ist eine magnetisch gekoppelte Pumpe bekannt, deren Flügelrad an einem stationären Zapfen gelagert ist. Um die radiale Lagerung des Flügelrades an dem Zapfen und die axiale Lagerung des Flügelrades an einer Laufscheibe zu kühlen und zu schmieren, sind Nuten bzw. Kanäle ausgebildet, mittels derer die Flüssigkeit vom Auslaß bereich des Flügelrades längs einer Gehäusetrennwand radial einwärts geführt und von dort durch die Lagerbereiche hindurch zum Einlaßbereich des Flügelrades zurückgeführt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße gekoppelte Pumpe derart weiterzuentwickeln, daß eine hohe Lebensdauer erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Hilfsgleitberührungsbereich wird erreicht, daß bei Verschleiß des Gleitberührungsbereiches infolge vor allem der magnetischen Anziehung in axialer Richtung der Hilfsgleitberührungsbereich zusätzlich zur Wirkung kommt. Dadurch bleibt die Funktionstüchtigkeit des ein Axiallager bildenden Gleitberührungsbereiches erhalten und wird die Lebensdauer der Pumpe verlängert.

Die Unteransprüche 2 und 3 sind auf zwei vorteilhafte konstruktive Ausführungsformen des Hilfsgleitberührungsbereiches gerichtet.

Mit den Merkmalen der Unteransprüche 4 und 5 wirkt eine nach außen gerichtete Radial kraft auf die Außenfläche des Permanentmagneten. Diese Radialkraft unterdrückt eine Schwingbewegung des Flügelrades, auch wenn ein Spiel zwischen der sich drehenden Welle und ihrem Lager vorhanden ist und das Flügelrad ungleichförmig ist. Durch die Unterdrückung der Schwingbewegung des Flügelrades wird Verschleiß der Lagerung verhindert und werden zusätzlich Geräusche unterdrückt.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 wird erreicht, daß bei Drehung des Flügelrades an seiner Vorderseite ein Unterdruck entsteht und an seiner Rückseite bzw. der Rückseite der Permanentmagneten ein positiver Druck entsteht. Dadurch bewegt sich Fluid von der Vor derseite zur Rückseite und strömt dann durch die Ausgleichslöcher hindurch zurück zur Vorderseite des Flügelrades. Dabei strömt das Fluid durch einen Teil der Axialdrucklager fläche und verhindert, daß sich dort Fremdmaterial ablagert, wodurch der Verschleiß ver mindert wird.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 wird erreicht, daß bei Drehung des Flügelrades durch das Verbindungsloch strömendes Fluid in den Spalt zwischen der sich drehenden Welle und der zugehörigen Lagerfläche gelangt. Das Fluid gelangt dann zwischen der Rückseite des erweiterten vorderen Endbereiches der Welle und der Axialdrucklagerfläche hindurch und erreicht die Ausgleichslöcher. Wegen dieser Strömung wird Fremdmaterial nicht an dem Bereich der Axialdrucklagerfläche abgelagert, der in Berührung mit der hin teren Fläche des erweiterten Endbereiches ist. Auf diese Weise verschleißen die hintere Fläche des erweiterten Endbereiches und die Axialdrucklagerfläche langsamer.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine axiale Schnittansicht einer erfindungsgemäßen magnetisch gekoppelten Pumpe.

Fig. 2 zeigt eine Kurve, in der das Verschleißausmaß eines Gleitberührungsbereiches 51b eines in der magnetisch gekoppelten Pumpe gemäß Fig. 1 enthaltenen Lagers 51 in Abhän gigkeit von der Zeit aufgetragen ist;

Fig. 3 ist eine Aufsicht auf einen Stator und einen Permanentmagneten, die in der ma gnetisch gekoppelten Pumpe gemäß Fig. 1 enthalten sind, zur Darstellung von deren räumlicher Beziehung;

Fig. 4 ist ein Teilschnitt der magnetisch gekoppelten Pumpe gemäß Fig. 1 zur Darstellung einer Kraft F, die während der Drehung auf den Permanentmagneten wirkt;

Fig. 5 ist eine axiale Schnittansicht einer anderen erfindungsgemäßen magnetisch gekoppel ten Pumpe;

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, der magnetisch gekoppelten Pumpe gemäß Fig. 5; und

Fig. 7 ist eine Querschnittansicht einer in der Pumpe gemäß Fig. 5 ausgebildeten Pump kammer.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf die Fig. 1 ist eine magnetisch gekoppelte Pumpe gezeigt, die das Erfindungskonzept enthält. Diese Pumpe hat ein Gehäuse 1, dessen Inneres von einer Trennwand 4 in eine Pumpenkammer 6 und eine Motorkammer 8 unterteilt wird. Der Boden des Gehäuses 1 ist mittels eines Deckels 10 verschlossen. Ein Flügelrad 2 mit einer sich drehenden Welle 24 ist innerhalb der Pumpenkammer 6 angeordnet. Die sich drehen de Welle 24 wird von einem Lager 5 gehalten, das in einer Aussparung oder einem Wellenaufnahmebereich 4a angebracht ist, die bzw. der im Zentrum der Trennwand 4 ausgebildet ist. In der Oberseite des Gehäuses 1 ist ein Einlaßöffnung 9 ausgebildet. Eine Auslaßöffnung (nicht dargestellt) ist in der Seitenwand der Pumpenkammer 6 ausgebildet.

Das Flügelrad 2 enthält einen scheibenartigen Körper 21, die vorerwähnte sich drehende Welle 24, die vom Zentrum der Rückseite des Körpers 21 vorsteht, eine magnetkraftver stärkende Magnetplatte 22, die in einer in dem Körper 21 ausgebildeten Ausnehmung 21b angeordnet ist und einen ringförmigen Permanentmagneten 23. Der Körper 21 des Flügel rades hat eine Mehrzahl von Schaufeln bzw. Flügeln 21a und besteht aus Messing oder einem Kunstharz, wie Polyphenylsulfid (PPS). Die Ausnehmung 21b erstreckt sich in Umfangsrichtung der sich drehenden Welle 24.

Bezugnehmend weiter auf Fig. 1 hat die sich drehende Welle 24 einen erweiterten Bereich 24a an der Seite des Körpers 21 des Flügelrades. Die Welle enthält weiter einen dünnen Bereich 24b um ihr vorderes Ende. Der Stator 3 eines axialen Luftspaltmotors ist in der Motorkammer 8 angebracht. Ein Teil des Rotors dieses Motors ist durch den Permanent magneten gebildet. Der Stator 3 ist um die sich drehende Welle 24 herum angeordnet. Es wird eine magnetische anziehende Kraft erzeugt, die auf den Permanentmagneten 23 wirkt, um das Flügelrad 2 zu drehen.

Genauer enthält der Stator 3 eine Mehrzahl von Statorkernen 31 und Statorwicklungen 32, die um die Kerne 31 gewickelt sind. Die Statorkerne 31 haben Stirnflächen 31a, die in Umfangsrichtung angeordnet ist, so daß sie sich gegenüber dem Permanentmagneten 23 befinden. Den Statorwicklungen 32 werden Erregerströme zugeführt, um an den Stirn flächen 31a der Statorkerne 31 sich drehende Magnetfelder hervorzurufen. Eine Tafel 34 mit einer gedruckten Schaltung wird für Steuerungszwecke verwendet und hat eine Schal tung zur Steuerung der Erregerströme. Die Tafel 34 ist an dem Stator 3 angebracht. Die magnetkraftverstärkende Magnetplatte 35 ist unter den Statorkernen 31 angebracht.

Die Trennwand 4 besteht aus PPS oder anderem Kunstharz. Um die Pumpe zu miniaturi sieren, ist die Trennwand 4 nahe dem Körper 21 angeordnet. Das Lager 5 enthält ein erstes Lagerbauteil 51, das auf der Seite des Körpers 21 des Flügelrades 2 angeordnet ist, und ein zweites Lagerbauteil 52, das nahe dem Vorderende der sich drehenden Welle 24 angeordnet ist. Diese beiden Lagerbauteile 51 und 52 haben die Form hohler Zylinder und bestehen aus Kunstharzmaterial oder einer gesinterten, auf Kupfer basierenden Legierung. Die Lagerbauteile 51 und 52 sind in dem Wellenaufnahmebereich 4a mit Preßsitz und einem gegenseitigen axialen Zwischenraum angebracht. Der Wellenaufnahmebereich 4a hat einen Boden und ist im Zentrum bzw. der Mitte der Trennwand 4 ausgebildet. Die sich drehende Welle 24 wird von den Innenflächen 51a und 52a der Lagerbauteile drehbar gehalten.

Der erweiterte Bereich 24a der sich drehenden Welle 24 wird von dem ersten Lagerbauteil 51 drehbar gehalten. Der dünne Bereich 24b der sich drehenden Welle 24 wird von dem zweiten Lagerbauteil 52 drehbar gehalten. Ein ringförmiger Gleitberührungsbereich 51b, der mit einer flachen Scheibe 33 aus Edelstahl in gleitende Berührung kommt, ist an dem ersten Lagerbereich 51 ausgebildet, in gleicher Weise wie das vorgenannte Lagerbauteil 51 der Struktur gemäß dem Stand der Technik. Die Scheibe 33 ist um die sich drehende Welle 24 herum angebracht.

Das zweite Lagerbauteil 52 ist so konstruiert, daß ein ringförmiger Stufenbereich oder Hilfsgleitberührungsbereich 24c und eine ringförmige End- bzw. Stirnfläche oder Gegen fläche 52b einander gegenüberliegend mit einem kleinen Spalt 7 von etwa 200 µm, beispielsweise, zwischen sich angeordnet sind. Der Stufenbereich oder Hilfsgleitberüh rungsbereich 24c ist zwischen dem erweiterten Bereich 24a und dem dünnen Bereich 24b der sich drehenden Welle 24 ausgebildet.

Dieser ringförmige Stufenbereich oder Hilfsgleitberührungsbereich 24c und die ringförmige Stirnfläche oder Gegenfläche 52b beginnen in gegenseitige Gleitberührung zu kommen, wenn der ringförmige Gleitberührungsbereich 51b um ein der Größe des Spaltes 7 gleiches Maß verschlissen ist, da das Flügelrad 2 infolge der in Axialdruckrichtung wirkenden Komponente der magnetischen Anziehung den Gleitberührungsbereich 51b drückt und dreht.

Nachdem der Hilfsgleitberührungsbereiche 24c und die Gegenfläche 52b in gegenseitiger Gleitberührung sind, hält die ringförmige Stirnfläche oder Gegenfläche 52b des zweiten Lagerbauteils 52 zusammen mit dem Gleitberührungsbereich 51b die Druckkraft des Flügelrades aus, die aufgrund der in Axialdruckrichtung wirkenden Komponente der magnetischen Anziehung wirkt. Dadurch wird Verschleiß des Gleitberührungsbereichs 51b unterdrückt. Genauer ist in Fig. 2 die Änderung des Verschleißausmaßes des Gleitberüh rungsbereiches 51b in Abhängigkeit von der Zeit in der Kurve dargestellt, wobei die Kurve einen Biegungspunkt hat. Dieser Biegungspunkt zeigt an, daß das Verschleißausmaß gleich der Abmessung des Spaltes 7 geworden ist. Nachdem der Biegungspunkt erreicht ist, ist die Verschleißrate unterdrückt bzw. vermindert. Daher ist die Lebensdauer des ersten Lagerbauteils 51 in Axialdruckrichtung verlängert. Deshalb kann eine Verschlechterung der Strömungsgeschwindigkeit der Pumpe verhindert werden.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist der Permanentmagnet 23 ringförmig geformt und besteht aus einem ferroelektrischen Material, wie Ferrit. Der Magnet 23 ist abwechselnd in Intervallen von 90° in Umfangsrichtung Süd und Nord polarisiert. Der Abstand zwischen der Mitte dieses Permanentmagneten und einer Linie, die mittig zwischen der Außenfläche des Magneten und der Innenfläche liegt, ist mit R3 bezeichnet und wird hier als Zentrums radius bezeichnet. Ein Kreis, der die Mitten bzw. Zentren der Statorkerne 31 verbindet, hat einen Radius R2. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Zentrumsradius R3 kleiner als der Radius R2.

Der Stator 3 hat beispielsweise sechs Magnetpole, die um die sich drehende Welle 24 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die Statorkerne 31 des Stators 3 zylindrisch geformt und auf einem Kreisumfang 60° vonein ander entfernt, der zu der sich drehenden Welle 24 zentriert ist.

Gemäß Fig. 3 sind die sechs Statorkerne 31 derart angeordnet, daß ihre Mitten auf dem Umfang eines Kreises C1 mit einem Radius R2 angeordnet sind. Dieser Kreis C1 ist mit der Achse der sich drehenden Welle 24 ausgerichtet bzw. zentriert. Der Permanentmagnet 23 ist koaxial zu der sich drehenden Welle 24 angeordnet, d. h. koaxial mit dem Kreis C1, der die Statorkerne verbindet. Der Zentrumsradius R3 des Kreises C2, der durch die Mitte des Magneten geht, ist kleiner als der Radius R2 des Kreises C1, der die Zentren der Statorkerne 31 verbindet.

Wenn der Zentrumsradius R3 des Permanentmagneten 23 zu klein ist, nimmt der Abstand zu den Stirnflächen der Statorkerne, d. h. der Luftspalt, zu. Als Folge nimmt die Treib kraft, die das als Rotor wirkende Flügelrad 2 dreht, ab. Aus diesem Grund muß die Untergrenze des Zentrumsradius R3, der kleiner ist als der Radius R2 des oben beschrie benen Kreises C1 so gewählt werden, daß der Permanentmagnet 23 zumindest Teile der Stirnflächen der Statorkerne 31 überlappt.

Durch Wahl des Zentrumsradius R3 des Permanentmagneten 23 kleiner als der Radius R2 des Kreises C1, der die Zentren der Statorkerne 31 verbindet, wird die Außenfläche des Permanentmagneten 23 innerhalb des Kreises angeordnet, der die Außenflächen der Statorkerne 31 verbindet, wie in Fig. 4 dargestellt. Weiter ist die Innenfläche des Perma nentmagneten 23 innerhalb des Kreises angeordnet, der die Innenflächen der Statorkerne 31 verbindet. Wenn die sich drehende Welle 24 angetrieben wird, wirkt auf den Perma nentmagneten 23 die auswärts gerichtete Kraft F. Diese Kraft F unterdrückt eine Schwing bewegung des Flügelrades 2.

Wenn bei der magnetisch gekoppelten Pumpe der vorstehend beschriebenen Bauweise den Statorkernen 32 mit vorgegebenem Zeitablauf Erregerströme zugeführt werden, wird im Stator 3 ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt. Auf den Permanentmagneten 23 wirkt in jedem Statorkern 31 eine magnetische Anziehung. Diese dreht den Permanentmagneten 23, d. h. das Flügelrad, um die sich drehende Welle 24. Dies wiederum zwingt Wasser aus der Auslaßöffnung heraus, nachdem es durch die Einlaßöffnung 9 eingesaugt wurde.

Wenn das Flügelrad 2 auf diese Weise angetrieben wird, ist der Permanentmagnet 23 schräg innerhalb der Statorkerne 31 angeordnet, wie in Fig. 4 dargestellt, da der Zen trumsradius R3 des Permanentmagneten 23 kleiner ist als der Radius R2 des Kreises, der die Zentren bzw. Mitten der Statorkerne 31 verbindet. Daher wirkt auf die Außenfläche des Permanentmagneten 23 eine radial gerichtete Kraft F in Auswärtsrichtung. Diese Kraft F unterdrückt eine Schwingbewegung des Flügelrades 2.

Wenn ein kleines Spiel zwischen der sich drehenden Welle 24 und ihrem Lager besteht und wenn das Flügelrad 2 mit schlechtem Gleichförmigkeitsgrad dreht, wirkt eine radial gerichtete Kraft F während der Drehung entsprechend auf die Außenfläche des Permanent magneten 23. Dies unterdrückt wirksam eine Schwingbewegung des Flügelrades, wodurch aufgrund von Schwingungen der sich drehenden Welle 24 entstehende Geräusche ver mindert werden. Weiter kann Verschleiß des Lagers 5 verringert werden.

Bezugnehmend auf die Fig. 5 und 7 ist eine weitere erfindungsgemäße magnetisch gekop pelte Pumpe dargestellt. Diese Pumpe enthält ein Gehäuse 63 mit einer Fluideinlaßöffnung 61 und einer Auslaßöffnung 62. Das Innere des Gehäuses 63 ist mittels einer Trennwand 69 in eine Pumpenkammer 65 und eine Motorkammer 66 unterteilt, wobei die Trennwand mittels eines O-Rings 64 luftdicht gehalten ist. Die Pumpenkammer 65 ist an der Seite der Einlaßöffnung 61 und der Auslaßöffnung 62 angeordnet. In der Pumpenkammer 65 ist ein Flügelrad 67 angebracht.

Das Flügelrad 67 besteht hauptsächlich aus einem Körper 71. Eine Mehrzahl von Schau feln bzw. Flügeln 72 ist an der Vorderseite des Körpers 71 ausgebildet, wobei die Flügel auf einem Umfang gleichmäßig voneinander entfernt sind. Das Flügelrad 67 hat eine drehende Welle 73, die mit einem erweiterten, vorderen Endbereich 74 versehen ist. Dieser erweiterte vordere Endbereich 74 ist starr mit dem Zentrum des Flügelrades 67 verbunden. Ein ringförmiger Permanentmagnet 75 und eine ringförmige Magnetplatte 76 sind an der Seite des Flügelrades angebracht, die zur Trennwand zeigt, so daß sie den erweiterten vorderen Bereich 74 umgeben. Der Permanentmagnet 75 ist in Umfangs richtung abwechselnd Süd und Nord polarisiert. Die sich drehende Welle 73 hat hinter dem erweiterten vorderen Endbereich 74 einen schmalen bzw. dünnen Bereich 77. Dieser dünne Bereich 77 ist in einem zylindrischen Wellenaufnahmebereich 91 aufgenommen, der einen Boden hat, wobei der Aufnahmebereich 91 in der Mitte bzw. dem Zentrum der Trennwand 69 ausgebildet ist.

Der dünne Bereich 77 besteht aus einem ersten Wellenbereich 78 mit einem mittleren Durchmesser und einem zweiten Wellenbereich 79 mit kleinem Durchmesser. Der erste Wellenbereich 78 und der zweite Wellenbereich 79 sind von einer ersten Radiallagerfläche 92 und einer zweiten Radiallagerfläche 93 des Wellenaufnahmebereiches 91 drehbar gehalten. Somit ist innerhalb des Wellenaufnahmebereiches 91 ein Lager mit der ersten Radiallagerfläche 92 und der zweiten Radiallagerfläche 93 ausgebildet. Dieses Lager ist aus einem harten Kunstharz einteilig mit der Trennwand 61 mit dem Wellenaufnahmebe reich 91 ausgebildet. Folglich können metallische Lager fehlen. Auch kann die Anzahl von Bauteilen vermindert werden.

An dem Lager- bzw. Wellenaufnahmebereich 91, d. h. dem Vorderende des Lagers, ist ein ringförmiger Vorsprung 94 ausgebildet, der leicht in Richtung auf die Pumpkammer 65 vorsteht. Mittels des Vorsprungs 94 ist ein Gleitberührungsbereich oder eine Axialdruck lagerfläche 95 gebildet. Diese Axialdrucklagerfläche 95 ist in Berührung mit der Hinter fläche 74a des erweiterten vorderen Endbereichs 74 der sich drehenden Welle 73 und stützt diese ab. Eine Mehrzahl von (in der vorliegenden Ausführungsform 2) Ausgleichslöchern 80 ist in dem erweiterten vorderen Endbereich 74 der sich drehenden Welle 73 ausgebil det. Die Ausgleichslöcher 80 sind auf dem gleichen Umfang ausgebildet und dienen dazu, die Vorderseite der Welle in Verbindung mit der Rückseite zu bringen. Jedes Ausgleichs loch 80 hat eine hintere Fläche 80a, die derart angeordnet ist, daß sie die Axialdrucklager fläche 95 überlappt.

Die Ausgleichslöcher 80, die sich von der Vorderseite zur Rückseite erstrecken, bringen die Vorderseite 67a mit der Rückseite 67b des Flügelrades 67 in Verbindung, so daß der Druck an der Seite der Vorderseite 67a des Flügelrades 67 mit dem Druck an der Seite der Rückseite 67b ausgeglichen wird. Wenn sich das Flügelrad 67 dreht, wird an der Vor derseite 67a des Flügelrades 67 ein negativer Druck bzw. Unterdruck erzeugt. An der Rückseite 67b (genauer an der Seite der Rückseite 75a des Permanentmagneten 75) wird ein positiver Druck bzw. Überdruck erzeugt. Deshalb würde sich das Flügelrad normaler weise leicht nach vorne gegen die magnetische Anziehung des Stators 68 bewegen. Die Ausgleichslöcher 80 vermindern jedoch den Druckunterschied zwischen der Vorderseite und der Rückseite. Daher wird eine Vorwärtsbewegung des Flügelrades 67 verhindert.

Zwischen der ersten Radiallagerfläche 92 und der zweiten Radiallagerfläche 93 des Wellenaufnahmebereiches 91 sind eine Innenfläche 96 mit dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der ersten radialen Lagerfläche 92 und eine Schrägfläche 97 ausgebildet, die sich von der Innenfläche 96 zu der zweiten Radiallagerfläche 93 erstreckt. Durch die Innenfläche 96, die Schrägfläche 97 und die Außenfläche des zweiten Wellenbereiches 79 und einen Stufenbereich 81 ist ein Zwischenraum 91b gebildet. In der Seitenwand des Wellenaufnahmebereiches 91 ist ein Verbindungsloch 98 ausgebildet, das die Pumpkammer 65 mit dem Inneren des Wellenaufnahmebereiches 91 verbindet. Dieses Verbindungsloch 98 bildet einen Fluiddurchlaß. Wenn die Pumpe gestartet wird, bewirkt das Verbindungs loch 98 auch eine Entlüftung des Wellenaufnahmebereiches 91.

An dem inneren Boden des Wellenaufnahmebereiches 91 ist eine Gegenfläche oder ein Vorsprung 91a ausgebildet, der von dem Hilfsgleitberührungsbereich oder der hinteren Stirnfläche 73a der sich drehenden Welle 73 entfernt ist. Wenn die Axialdrucklagerfläche 95 verschlissen ist, beginnt dieser Vorsprung 91a in Berührung mit der hinteren Stirnfläche 73a der sich drehenden Fläche 73 zu kommen. Wenn sie in gegenseitiger Berührung sind, arbeiten sie mit der Axialdrucklagerfläche 95 zusammen, um ein Axialdrucklager zu bilden. Dies verlangsamt den Verschleiß der Axialdrucklagerfläche 95. In der im Gehäuse ausgebildeten Einlaßöffnung 61 ist ein stabartiger Vorsprung 61a ausgebildet, der in Richtung auf den erweiterten vorderen Endbereich 74 der sich drehenden Welle 73 vorsteht. Dieser stabartige Vorsprung 61a begrenzt die Bewegung des Flügelrades 67 in Richtung auf die Einlaßöffnung 61.

In der Motorkammer 66 ist ein Motorstator 68 zum Drehen des Flügelrades 67 angebracht. Der Stator 68 enthält eine Mehrzahl von Statorkernen 103, eine Statorwicklung 105, die um eine Spule 104 gewickelt ist, und eine ringförmige Magnetplatte 102. Die Statorkerne 103 sind so angeordnet, daß sie den Wellenaufnahmebereich 91 in der Trennwand 69 umgeben und sind auf dem gleichen Umfang regelmäßig voneinander beabstandet. Ein an dem Gehäuse 63 befestigter Deckel 83 verschließt die Motorkammer 66. Der Deckel 83 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 131 versehen, in der der Stator 68 aufgenommen ist. Die Statorkerne 103 haben vordere Stirnflächen 103a, die zu der Rückseite 75a des Permanentmagneten 75 zeigen.

Innerhalb der Motorkammer ist eine Schaltungstafel 84 angeordnet. Auf der Schaltungs tafel 84 befindet sich eine Steuerschaltung zum Steuern der Energiebeaufschlagung der Statorspulen 105 des Stators, um ein sich drehendes Magnetfeld zu erzeugen. Von dem Deckel 83 nach vorne steht eine Mehrzahl von Raststiften 85 hervor, die die Schaltungs tafel 84 an der Motorkammer 66 festhalten.

Im folgenden wird der Betrieb der vorbeschriebenen magnetisch gekoppelten Pumpe beschrieben. Wenn der Stator 68 ein sich drehendes Magnetfeld hervorruft, folgt der Permanentmagnet 75 dem Drehfeld und wird auf diese Weise gedreht. Dies dreht das Flügelrad 67, wodurch durch die Einlaßöffnung 61 hindurch Fluid in die Pumpenkammer 65 gezwungen wird. Das Fluid wird dann aus der Auslaßöffnung 62 abgegeben. Wenn die Pumpe in Betrieb ist, wird an der Vorderseite 67a des Flügelrades 67 ein Unterdruck erzeugt. An der Rückseite 67b (genauer an der Rückseite 75a des Permanentmagneten 75) wird ein Überdruck erzeugt. Wie durch den Pfeil in Fig. 5 dargestellt, strömt das Fluid, das von der Vorderseite 67a des Flügelrades 67 zur Rückseite 67b gelangt, durch die Ausgleichslöcher 80 zur Vorderseite 67a des Flügelrades 67. Während dieser Bewegung gelangt das Fluid durch die Berührungsfläche zwischen der Rückseite 74a des erweiterten vorderen Endbereichs 74 der Welle 73 und der Axialdrucklagerfläche 95 der Trennwand 69 hindurch. Dadurch kann an dieser Berührungsfläche sich nicht ohne weiteres Fremdma terial abscheiden. Im Ergebnis wird Verschleiß der hinteren Fläche bzw. der Rückseite 74a des erweiterten vorderen Endbereichs 74 und der Axialdrucklagerfläche 95 wirksam vermieden.

Wie in Fig. 5 durch den Pfeil dargestellt, gelangt ein Teil des Fluids, das von der Vor derseite 67a des Flügelrades 67 zur Rückseite 67b gelangt, durch das Verbindungsloch 98 hindurch und gelangt in den Spalt zwischen der Außenfläche des ersten Wellenbereiches 78 der Welle 73 und der ersten Radiallagerfläche 92. Das Fluid gelangt dann durch den Zwischenraum zwischen der Rückseite 74a des vergrößerten vorderen Endbereichs 74 und der Axialdrucklagerfläche 95 und tritt in die Ausgleichslöcher 80 ein. Bei Vorhandensein der Strömung dieses Fluids wird Fremdmaterial nicht ohne weiteres auf der Berührfläche zwischen der Rückseite 74a des erweiterten vorderen Endbereichs 74 und der Axialdruck lagerfläche 95 abgelagert. Dies unterdrückt wirksam Verschleiß der Hinterfläche 74a des erweiterten vorderen Endbereichs 74 und der Axialdrucklagerfläche 95. Die Lebensdauer der Pumpe kann somit verlängert werden.

Wenn die Axialdrucklagerfläche 95 und die Hinterfläche 74a des vergrößerten vorderen Endbereichs 74 verschlissen sind, beginnt die hintere Stirnfläche 73a der sich drehenden Welle 73 den Vorsprung 91a am Boden zu berühren. Dann wirkt die hintere Stirnfläche mit der Axialdrucklagerfläche 95 zusammen, um die Axialkraft der sich drehenden Welle 73 aufzunehmen. Somit wird eine Berührung zwischen dem Flügelrad 67 und der Trenn wand 69 aufgrund von Verschleiß der Axialdrucklagerfläche 95 verhindert. Folglich kann die Lebensdauer der Pumpe verlängert werden.

Claims

1. Magnetisch gekoppelte Pumpe, enthaltend:
ein Gehäuse (1; 63) mit einer Pumpenkammer (6; 65) und einer Motorkammer (8; 66) und einer dazwischen vorgesehenen Trennwand (4; 69);
eine drehbare Welle (24; 73), die in einen an der Trennwand (4; 69) ausgebildeten Wellenaufnahmebereich (4a; 91) eingesetzt ist,
ein Lager (5; 92, 93), das in dem Wellenaufnahmebereich (4a; 91) zur Lagerung der Welle (24; 73) vorgesehen ist,
einen Stator (3; 68) eines Motors, der in der Motorkammer (8; 66) angeordnet ist,
ein in der Pumpenkammer (6; 65) angeordnetes Flügelrad (2; 67), das an einem in die Pumpenkammer (6; 65) vorstehenden Ende der Welle (24; 73) befestigt ist,
einen ringförmigen Permanentmagneten (23; 75), der an dem Flügelrad (2; 67) an dessen zur Trennwand (4; 69) zeigenden Seite angebracht ist, und einen Teil eines Rotors des Motors bildet; und
einen an dem zum Flügelrad (2; 67) zeigenden Ende des Lagers (5; 92, 93) ausgebildeten ringförmigen Gleitberührungsbereich (51b; 95), der unter Bildung eines ersten Axiallagers in Gleitberührung mit einer flügelradseitigen Lagerfläche ist, gekennzeichnet durch
einen an einem vom Flügelrad (2; 67) entfernten Teil der Welle (24; 73) ausgebildeten Hilfsgleitberührungsbereich (24c; 73a), der unter Bildung eines weiteren Axiallagers in Gleitberührung an eine Gegenfläche (52b; 91a) gelangt, wenn der ringförmige Gleitberührungsbereich (51b; 96) um ein vorbestimmtes Maß abgenutzt ist.

2. Magnetisch gekoppelte Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle (24) einen Bereich (24a) mit großem Durchmesser und an dem vom Flügelrad (2) entfernten Teil der Welle (24) einen Bereich (24b) mit kleinem Durchmesser enthält, das Lager (5) ein erstes Lagerbauteil (51), das den Bereich (24a) mit großem Durchmesser radial abstützt, und ein zweites Lagerbauteil (52), das den Bereich (24b) mit kleinem Durchmesser radial abstützt, aufweist, wobei der Bereich (24a) der drehbaren Welle (24) mit großem Durchmesser in einer Stufe in den Bereich (24b)mit kleinem Durchmesser übergeht und die Stufe eine den Hilfsgleitberührungsbereich (24c) bildende axiale Ringfläche bildet, die in Gleitberührung an eine die Gegenfläche bildende ringförmige Stirnfläche (52b) des zweiten Lagerbauteils (52) gelangt.

3. Magnetisch gekoppelte Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenaufnahmebereich (91) an einem vom Flügelrad (67) abgewandten Ende durch einen Boden verschlossen ist, an dem ein nach innen vorstehender, die Gegenfläche bildender Vorsprung (91a) ausgebildet ist, mit dem eine den Hilfsgleitberührungsbereich bildende hintere Stirnfläche (73a) der drehbaren Welle (73) in Gleitberührung gelangt.

4. Magnetisch gekoppelte Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stator (3) mehrere Statorkerne (31) aufweist, deren Stirnflächen (31a) auf einem Kreis angeordnet sind, und daß der ringförmige Permanentmagnet (23) eine zwischen einer Außenumfangsfläche und einer Innenfläche verlaufende Mittellinie hat, deren Radius (R3) kleiner ist als der Radius (R2) des Kreises, der die Zentren der Stirnflächen (31a) der Statorkerne (31) verbindet.

5. Magnetisch gekoppelte Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche des ringförmigen Permanentmagneten (23) innerhalb der Positionen des Außenumfangs der Statorkerne (31) angeordnet ist, und die Innenfläche innerhalb der innenseitigen Fläche der Statorkerne (31) angeordnet ist, so daß der ringförmige Permanentmagnet (23) die Stirnflächen (31a) der Statorkerne (31) zumindest teilweise überlappt.

6. Magnetisch gekoppelte Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (73) einen flügelradseitigen Endbereich (74) mit erweitertem Durchmesser aufweist, der mit Ausgleichslöchern (80) ausgebildet ist, die beide Stirnflächen des Endbereiches (74) mit erweitertem Durchmesser verbinden, und
daß die zur Trennwand (69) zeigende Stirnfläche (74a) als flügelradseitige Lagerfläche zur Bildung des ersten Axiallagers mit der an dem zum Flügelrad (67) zeigenden Ende des Lagers (92, 93) als Gleitberührungsbereich ausgebildeten ringförmigen Axialdrucklagerfläche (95) in Gleitberührung ist,
wobei die Ausgleichslöcher (78) derart angeordnet sind, daß sie die Axialdruck lagerfläche (95) teilweise überlappen.

7. Magnetisch gekoppelte Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (92, 93) einteilig mit dem Wellenaufnahmebereich (91) und der Trennwand (69) ausgebildet ist, der Wellenaufnahmebereich (91) einen in ihm ausgebildeten Raum (91b) enthält und an einer Seite davon ein Verbindungsloch (98) vorgesehen ist, das die Pumpenkammer (65) mit dem Raum (91b) verbindet.