DE19748866A1 - Gekapselte Motorpumpe - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gekapselte Motorpumpe mit einer Ausbauchung, die auf jeder Seite eines Rotors als Regentropfen ge­ formt ist, wobei eine schmale Breite der Ausbauchung zu einer Welle hin gerichtet ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 7 zeigt einen herkömmlichen, gekapselten Pumpmotor. Der gekapselte Pumpmotor besteht aus einem Motor 10 und einer mit dem Motor 10 zusammengebauten Pumpe, zwischen denen eine Motorendabdeckung 11 eingefügt ist. Bei einem Rotor 13 des Motors 10 ist jedes Ende des Kern­ aufbaus 15 mit jeweiligen Kappen 17L, 17R abgedeckt. Eine rohrförmige Büchse 19 ist auf den Umfang des Kernaufbaus 15 aufgeschoben, und beide offenen Enden 21 der Kapselung 19 sind gebördelt.

Wenn das Flügelrad 31 der Pumpe 30 durch die Kraft des Motors 10 anläuft, tritt ein Eingangsdruck unter dem atmosphärischen Druck an einem zentralen Einlaß 33 des Flügelrades 31 auf. Somit befindet sich das Innere einer Rotorkammer 13C unterhalb des atmosphärischen Druckes aufgrund des Durchgangs 39, der um die Hülse 37 in der Nähe der Welle 35 und der Kappe 17L gebildet ist. Daher tritt zwischen dem inneren Fluid der Rotor­ kammer und dem Fluid im Gehäuse der Pumpe 30, bewirkt vom Auslaß 31T des Flügelrades, ein Druckunterschied auf. Das unter Druck gesetzte Fluid des Pumpgehäuses wird durch den normalen Auslaufweg des Pumpge­ häuses ausgelassen, und gleichzeitig strömt das unter Druck stehende Fluid durch den Durchgang zwischen dem Inneren der Rotorkammer 13C in die Rotorkammer 13C, d. h. durch den Spalt zwischen der Welle 35 und der Hülse 37 und durch den speziellen Durchgang 12, der an der Motorend­ abdeckung 11 vorhanden ist. Die Temperatur des Einlaßfluids ist aufgrund des Druckunterschiedes relativ kleiner als diejenige der Motorwicklung, und die Wärme des Rotors 13 und des Stators 23 wird verringert.

Um den kühlen Strömungsweg zu bilden, wird ein Spalt 43 von etwa 0,3 mm bis 0,4 mm zwischen dem Rotor 13 und dem Stator 23 gebildet, wie in Fig. 7 dargestellt. Der Wirkungsgrad des Motors hängt von der Größe des Spaltes ab. Die Beziehung zwischen dem Spalt X und dem Motordreh­ moment T ist durch die Gleichung T = 1/X² gegeben, wobei der kleinere Spalt dazu beiträgt, daß der Motor einen guten Wirkungsgrad aufweist. Daher muß der Spalt 43 zwischen dem Rotor und dem Stator verkleinert werden, um den Wirkungsgrad des Motors zu steigern. Die gekapselte Motorpumpe mit der beschriebenen Konfiguration ist im US-Patent Nr. 4 465 437 offenbart.

Bei einer herkömmlichen gekapselten Motorpumpe gibt es im Falle, daß das Fluid der Pumpkammer mit Fremdmaterial durch den mit der Rotorkammer verbundenen Durchgang zur Rotorkammer hin strömt, ein Problem, das darin besteht, daß das Fremdmaterial den Fluiddurchgang verstopft. Außer­ dem strömt das Fremdmaterial des Fluids in der Rotorkammer zum Spalt, und der Rotor oder der Stator kann verschleißen, wodurch das Problem der Verkürzung der Lebensdauer der Pumpe hervorgerufen wird. Das metallische Fremdmaterial in einem Metallrost enthaltenden Wasser strömt zum Spalt hin, und das metallische Fremdmaterial sammelt sich auf dem eisenhaltigen Rotor und Stator, was zu dem typischen Problem führt, daß sich der Rotor und der Stator festfahren.

Weiter kann in der auf dem Umfang des Rotors zusammengesetzten Um­ kapselung leicht Fluid durch den Rotoraufbau hindurchsickern, da beide offenen Enden der Kapselung auf die Seitenoberfläche des Rotors gebördelt sind. Insbesondere neigt das im Fluid enthaltene Fremdmaterial dazu, an dem zum Flügelrad hin gerichteten Abschnitt des Rotoraufbaus aufgefangen zu werden, was ein weiteres Problem verursacht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gekapselte Motorpum­ pe zur Lösung der Probleme zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gekapselte Motor­ pumpe zur Verhinderung des Einströmens von Fremdmaterial in die Rotor­ kammer zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gekapselte Motor­ pumpe zur Verhinderung des Eintretens des Fremdmaterials in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator zu schaffen.

Es ist ein letztes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gekapselte Motor­ pumpe so auszubilden, daß sie für das Fluid hin zum Rotor undurchlässig ist.

Um die oben genannten Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, besteht eine gekapselte Motorpumpe aus einer Zentrifugalpumpe und einem Motor, der von der Pumpe durch eine Motorendabdeckung getrennt ist. Der Motor umfaßt einen Rotor, der drehbar in einer ersten Rohrbüchse untergebracht ist, sowie einen Stator, der die erste Rohrbüchse umschließt. Der Rotor umfaßt eine zweite Rohrbüchse mit einem offenen Ende, die einen Leiter- bzw. Wicklungsaufbau aufnimmt, sowie eine verschließbare Kappe, welche das offene Ende der zweiten Rohrbüchse verschließt. Eine Anzahl von Ausbauchungen sind auf der Bodenoberfläche der zweiten Rohrbüchse und der äußeren Oberfläche der verschließbaren Kappe vor­ gesehen und erstrecken sich radial zur Welle des Rotors hin. Die Aus­ bauchung ist als Regentropfen konfiguriert, wenn man sie senkrecht zum Querschnitt der Welle betrachtet.

Weiter ist ein schmales Ende der Ausbuchtung zur Welle hin gerichtet.

Außerdem ist das schmale Ende der Ausbuchtung in seiner Höhe niedriger als die Höhe des anderen, breiten Endes der Ausbuchtung.

Weiter besitzt die Trennwand eine Anzahl von abgedachten Lippen, die sich von der Welle nach außen hin erstrecken.

Das freie Ende der abgedachten Lippe erstreckt sich weiter zum Flügelrad der Pumpe hin.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die oben genannten Ziele und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Beschreiben einer bevorzugten Ausführungsform derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer gekapselten Motorpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des X-Bereichs der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht der zweiten Rohrbüchse der Fig. 1;

Fig. 4 ist eine Längsquerschnittsansicht einer Kappe der Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Vorderansicht, aufgenommen entlang des Pfeiles A der Fig. 3;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 und veranschaulicht eine Strömung des Fluids; und

Fig. 7 ist eine Längsquerschnittsansicht einer gekapselten Motorpumpe gemäß einem Stand der Technik.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nachfolgend sind Komponenten, die denjenigen des genannten Standes der Technik gleichen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es erfolgt also keine ausführliche Erläuterung dieser Komponenten.

Eine gekapselte Motorpumpe der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Pumpe 30 und einem Motor 100, der mit der Pumpe 30 zusammengebaut und durch eine Motorendabdeckung 110 abgetrennt ist. Die Motorendabdeckung 110 weist eine Öffnung 117 in der Mitte der Motorendabdeckung 110 zum laufbüchsenmäßigen Tragen der Welle 35 auf. Eine Anzahl von abge­ dachten Lippen 111 sind weiter am Umfang der Öffnung 17 vorgesehen. Jedes freie Ende 113 der abgedachten Lippen 111 erstreckt sich von der Welle 35 her nach außen (Fig. 2). Weiter erstreckt sich das freie Ende 113 der abgedachten Lippe 111 in Richtung auf das Flügelrad 31 der Pumpe.

Der Motor 100 besteht aus einem Rotor 130, der drehbar an einer ersten Rohrbüchse 270 vorgesehen ist, und einem Stator 23, der die erste Rohr­ büchse 270 umschließt. Der Rotor 130 besteht aus Wicklungen (nicht darge­ stellt), die auf Kerne 140 gewickelt sind, welche auf der Welle 35 aufge­ setzt sind, und einer zweiten Rohrbüchse 190, die umhüllend auf der Wicklungsgruppe aufgebracht ist. Die zweite Rohrbüchse 190 weist ein offenes Ende auf, wie in Fig. 3 dargestellt. Eine Anzahl von Ausbauchun­ gen 230 ist weiter auf der Bodenoberfläche der zweiten Rohrbüchse 190 vorgesehen, wie in Fig. 5 dargestellt. An dem einen Ende der Wicklungs­ gruppe ist eine gemäß Fig. 4 gestaltete Kappe 170 angebaut. Eine Anzahl von Ausbauchungen 250 ist an der äußeren Oberfläche der Kappe 170 vorgesehen, die der Form der zweiten Rohrbüchse 190 entspricht.

Die Ausbauchung 230 ist als Regentropfen gestaltet, wie in Fig. 5 darge­ stellt ist, und die Ausbauchung 250 ist in gleicher Weise gestaltet. Der schmale Breitenabschnitt der Ausbauchung 230 ist zur Welle 35 hin gerich­ tet, während sich der breite Abschnitt der Ausbauchung 230 von der Welle 35 weg erstreckt. Weiter ist die Höhe des schmalen Breitenabschnittes niedriger als diejenige des breiten Abschnittes. Das heißt, daß die obere Oberfläche der Ausbauchung zur Welle hin geneigt ist. Der das offene Ende bildende Abschnitt 210 der zweiten Rohrbüchse 190 ist auf die Umfangs­ oberfläche der Kappe 170 gebördelt, die auf ein Ende der Wicklungsgruppe aufgeschoben ist. Daher kann das Fluid nicht zum Kern 140 des Rotors 130 durchsickern.

Die wie oben beschrieben aufgebaute gekapselte Motorpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet in der nachfolgend erläuterten Weise.

Das Flügelrad 31 der Pumpe 30 startet durch die Kraft des Motors 100. Am zentralen Einlaß 33 des Flügelrades 31 tritt ein Einlaßdruck unter dem atmosphärischen Druck auf. Die Luft in der Rotorkammer 130C kann also in den zentralen Einlaß 33 durch den Kanal 40 ausgestoßen werden, der in der Weile 35 angebracht ist. Das in der Pumpe 30 befindliche Fluid wird in die Rotorkammer 130C durch die Öffnungen 115 der Motorendabdeckung 110 eingesaugt, wobei die Öffnungen durch luftklappenbildendes Stanzen gebildet sind. Da die Öffnung 115 mit einem sehr schmalen Schlitz ausge­ bildet ist, kann Fremdmaterial, das im Fluid enthalten ist, nicht durch die Öffnung 115 hindurchtreten. Das in die Rotorkammer 130C einströmende Fluid wird durch die Drehung des Rotors 130 in eine Wirbelströmung versetzt. Unter der Einwirkung der zentrifugalen Kraft der Strömung bewegt sich ein erstes Fluid in Richtung des Umfangs des Rotors 130, wie durch den gestrichelten Pfeil F der Fig. 5 dargestellt ist. Danach wird der Mo­ mentenradius der ersten Fluidströmung durch die erste Rohrbüchse 270 eingeschlossen. In diesem Zeitpunkt tritt aufgrund der übrig bleibenden Energie des Fluids eine zweite Fluidströmung auf. Die zweite Fluidströmung ist durch die Richtung des durchgezogenen Pfeils S der Fig. 5 dargestellt. Die Richtung der unter dem Einfluß des Momentenradius stehenden zweiten Fluidströmung zielt auf die Welle 35 des Rotors 130. Die Lineargeschwin­ digkeit des Fluids ist in dem der Welle 35 benachbarten Bereich langsamer, und relativ schweres Fremdmaterial sammelt sich in dem der Welle 35 benachbarten Bereich.

Fig. 6 zeigt die Fluidströmung am Umfang der Ausbauchung 230 während der Drehung des Rotors 130. In einem der Seitenoberfläche benachbarten Bereich tritt eine turbulente Strömung auf. Die Turbulenz wird in Richtung zum höhergelegenen Abschnitt hin, d. h. zum Umfang bzw. zur Peripherie der Ausbauchung 230, zunehmend stärker. Wegen der wirbelnden Strömung an der Rückseite der Ausbauchung 230, d. h. der stromabwärtsseitigen Strö­ mung, wird die Strömung von der Oberfläche des Rotors abgelöst, wobei sie senkrecht zum Radius des Rotors verläuft. Daher bewegt sich das Fremdmaterial von der Seitenoberfläche des Rotors fort. Das heißt, daß das schwere Fremdmaterial während der turbulenten Bewegung einen großen Krümmungsradius verursacht, weil das relativ große Gewicht des im Fluid enthaltenen Fremdmaterials eine große kinetische Energie besitzt. Das Fremd­ material driftet daher von der durch die turbulente Bewegung verursachten Grenzschicht weg und steigt auf. Somit entfernt sich das Fremdmaterial von der Ausbauchung des Rotors.

Schließlich sammelt sich das schwere Fremdmaterial in einem zentralen Abschnitt der Bodenoberfläche der zweiten Rohrbüchse 190. Anschließend durchquert das Fluid, aus welchem das schwere Fremdmaterial ausgeschieden worden ist, durch den Spalt zwischen der ersten Rohrbüchse 270 und dem Rotor 130. Danach tritt am Umfang bzw. an der Peripherie der Ausbauc­ hung 250 der Kappe 170 eine Turbulenzerscheinung wie diejenige auf, die um die Ausbauchung 230 der zweiten Rohrbüchse 190 auftritt. Das feine Fremdmaterial sammelt sich daher um die Welle 35 herum. Das gesammelte Material wird durch den Kanal 40 der Welle 33 zum zentralen Einlaß 33 hin ausgestoßen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, wird es für das Fremdmaterial schwierig, durch die als schmalen Schlitz ausgebildete abgedachte Öffnung hindurchzutreten und in der Rotorkammer zu verbleiben, weil sich das freie Ende der abgedachten Lippe, die all der Motorendab­ deckung gebildet ist, außen von der Welle des Rotors her und gleichzeitig in Richtung auf das Flügelrad der Pumpe erstreckt.

Da die als Regentropfen geformte Ausbauchung an der Bodenoberfläche der zweiten Rohrbüchse ausgebildet ist, und die obere Oberfläche der Ausbauc­ hung zur Welle hin geneigt ist, sammelt sich das schwere Fremdmaterial um die Welle herum. Dementsprechend kann das vom schweren Fremdmaterial befreite Fluid leicht durch den Spalt zwischen der ersten Rohrbüchse und dem Rotor hindurchtreten. Das dennoch in der durchtretenden Strömung verbleibende Fremdmaterial sammelt sich wegen der Turbulenz um die Ausbauchung des Deckels um die Welle herum, und das gesammelte Materi­ al wird dann durch den Kanal der Welle nach außerhalb der Rotorkammer ausgestoßen. Somit kann das in der Strömung innerhalb der Rotorkammer enthaltene Fremdmaterial leicht entfernt werden.

Da der Rotor aus zwei Komponenten besteht und der stromabwärts gelegene Bereich des Rotors dicht verbördelt ist, kann das Fluid weiter nicht zum Kern des Rotors hin durchsickern.

Claims (5)

1. Umkapselte Motorpumpe, aufweisend:
ein Pumpelement mit einem drehbaren Flügelrad darin; und einen Motor, der von dem Pumpelement durch eine Trennwand geschie­ den ist;
wobei der Motor einen drehbaren, in einer ersten Rohrbüchse unterge­ brachten Rotor sowie einen Stator umfaßt, der die erste Rohrbüchse umschließt;
wobei der Rotor Windungen, die auf eine Anzahl von Kernen gewickelt sind, welche auf einer umlaufenden Welle angebracht sind, eine zweite Rohrbüchse mit offenem Ende, die die genannten Wicklungen aufnimmt, und eine abdichtbare Kappe aufweist, welche das offene Ende der zweiten Rohrbüchse verschließt;
eine Anzahl von Ausbauchungen, die auf der Bodenoberfläche der zweiten Rohrbüchse sowie der äußeren Oberfläche der genannten ab­ dichtbaren Kappe vorgesehen sind, und die sich radial zu der umlaufen­ den Welle hin erstrecken;
wobei die einzelne Ausbauchung, senkrecht zum Querschnitt der um­ laufenden Welle betrachtet, als Regentropfen gestaltet ist.

2. Gekapselte Motorpumpe nach Anspruch 1, bei der das schmale Ende der Ausbauchung zur umlaufenden Welle hin gerichtet ist.

3. Gekapselte Motorpumpe nach Anspruch 2, bei der die Höhe des schma­ len Endes der Ausbauchung niedriger als diejenige des breiten Endes der Ausbauchung ist.

4. Gekapselte Motorpumpe nach Anspruch 1, bei der die Ausbauchung eine Anzahl von abgedachten Lippen aufweist, wobei sich das freie Ende der abgedachten Lippen nach außerhalb der umlaufenden Welle erstreckt.

5. Gekapselte Motorpumpe nach Anspruch 4, bei der sich das freie Ende der abgedachten Lippen zum Flügelrad des Pumpelementes hin erstreckt.