DE19921365A1 - Axialspaltlager - Google Patents
AxialspaltlagerInfo
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Abstract
Elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere Spaltrohrpumpe, zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem, mit einem Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor ein Laufrad trägt, das in einer mit einer zentralen Ansaugöffnung versehenen Laufradkammer angeordnet ist, wobei zwischen dem Laufrad (9) und der Innenwand der Laufradkammer ein axiales Gleitlager angeordnet ist, das in einem Spalt zwischen der die Ansaugöffnung (11) umgebenden Innenwand der Laufradkammer und einer Stirnfläche des Laufrades (9) angeordnet ist, wobei das Laufrad (9) über das Gleitlager gegen die Innenwand anliegt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene
Kreiselpumpe, insbesondere eine Spaltrohrpumpe, zur Förderung
eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem mit einem
Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der
Rotor ein Laufrad trägt, das in einer mit einer zentralen
Ansaugöffnung versehenen Laufradkammer angeordnet ist.
Derartige Kreiselpumpen mit einem zentralen Ansaugstutzen
sind in vielfältigen Bauformen und Größen bekannt. Wegen des
vergleichsweise guten Wirkungsgrades werden diese Art von
Kreiselpumpen auch mit relativ kleinen Förderleistungen von
weniger als 50 Watt gebaut. Je kleiner jedoch die Leistung
und damit die Baumaße der Kreiselpumpe, desto stärker macht
sich ein spezifischer Nachteil bemerkbar. Dieser resultiert
daraus, daß zwischen dem Laufrad und der Innenwand der
Laufradkammer sich grundsätzlich ein Spalt auftut, der eine
bestimmte Größe von wenigen Zehntel Millimetern (etwa 0.3 mm)
nicht unterschreiten darf, damit der Freilauf des Laufrades
unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet ist.
Das durch diesen Spalt strömende Medium vermindert den
Wirkungsgrad der Kreiselpumpe, wobei die Relation der Ver
schlechterung des Wirkungsgrades bei einer Reduzierung der
Baugröße der Pumpe zunimmt, da das Absolutmaß des Spaltes
unverändert bleibt.
Um den Durchfluß durch den Spalt zu verringern, ist es
bekannt, diesen nach Möglichkeit zu verlängern, um den
Strömungswiderstand zu erhöhen. Ein verlängerter Spalt birgt
jedoch den Nachteil, daß er leichter verschmutzt und so zu
einer Störung der Pumpenfunktion führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, die bei einfacher Bauweise und
damit günstigen Herstellungskosten einen vergleichsweise
hohen Wirkungsgrad und eine große Zuverlässigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Das zwischen dem Laufrad und der Innenwand der Laufradkammer
angeordnete Gleitlager hat den großen Vorteil, daß der
Bypaßstrom um das Laufrad herum nahezu unterbunden ist. Dies
spielt insbesondere bei Kreiselpumpen kleiner Abmessungen und
geringer Leistung für die Erhöhung des Wirkungsgrades eine
entscheidende Rolle. Der am Laufrad vorbeiführende Bypaßstrom
enthält lediglich das zur Schmierung des Gleitlagers
benötigte Medium.
Besonders einfach und damit vorteilhaft ist es, das
Gleitlager als axiales Gleitlager auszubilden, das zwischen
einer um die Ansaugöffnung angeordneten Ringfläche und einer
Stirnfläche des Laufrades angeordnet ist. Durch das axiale
Gleitlager ist das Laufrad in axialer Richtung gegen das
Pumpengehäuse gehalten. Das axiale Gleitlager ist dabei von
besonderem Vorteil, wenn Laufrad und Welle bzw. Rotor in
axialer Richtung entkoppelt werden. Das Laufrad wird dann in
axialer Richtung "schwimmend" in der Laufradkammer gehalten.
Durch das schwimmend gehaltene Laufrad ist eine größere
Toleranz gegenüber baulichen Ungenauigkeiten gegeben, was zu
einer Vereinfachung der Fertigung beiträgt. Die größere
Unempfindlichkeit wirkt sich außerdem bei unterschiedlicher
Wärmeausdehnung der einzelnen Bauteile aus.
In einer besonders einfachen Ausführungsform des axialen
Gleitlagers ist in die Innenwand der Laufradkammer ein
Gleitring eingelassen bzw. in eine dafür vorgesehene Nut
eingepreßt, an dem das Laufrad mit einer stirnseitigen Kante
anliegt. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine
einfache Konstruktion und dadurch durch besondere
Zuverlässigkeit aus.
Die bauliche Trennung zwischen dem Laufrad und dem Rotor wird
vorteilhafterweise in einer sehr einfachen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe realisiert, die für den
Einsatz in Kraftfahrzeugen besonders geeignet ist. Dabei
weist der Rotor einen dickwandigen Rotorzylinder auf, der an
seiner einen Stirnseite das Laufrad trägt. Der Rotorzylinder
ist dabei auf einer in den Hohlraum hineinragenden Achse,
insbesondere vermittels eines Kohlelagers, drehbar gelagert.
In einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform wird das
Laufrad nur in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem
Rotorzylinder, insbesondere durch Aufstecken, gekoppelt. Das
Laufrad selber bleibt dabei in axialer Richtung gegen das
Axiallager beweglich. Der Rotorzylinder wird durch die
magnetischen Kräfte zwischen dem Stator und dem Rotor in
axialer Richtung gehalten. Diese Ausführungsform des Rotors
mit Rotorzylinder wird vorteilhafter Weise im Falle von
Spaltrohrpumpen eingesetzt, wo der hydraulische Teil vom
elektrischen Teil vollständig durch den Spalttopf getrennt
ist.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Rotorzylinder aus
einem Kunststoff gefertigt, in den ein magnetisierbares
Material in Form eines Pulvers eingebettet ist. Die
Magnetisierung des Rotors erfolgt nach dessen Fertigung durch
Anlegen magnetischer Felder. Die Trennung von Laufrad und
Rotor führt in dieser Ausführungsform zu einer erheblichen
Materialersparnis, da nur der Rotor und nicht die Einheit aus
Rotor und Laufrad aus dem teuren "magnetisierbaren"
Kunststoff gefertigt werden braucht.
Durch das abnehmbare Laufrad ist gleichfalls die Möglichkeit
gegeben, unter Beibehaltung desselben Rotorzylinders ein
anderes dem Einsatz der Pumpe angepaßtes Laufrad zu benutzen.
Das abnehmbare Laufrad läßt sich außerdem gegen ein Laufrad
anderer Geometrie oder gegen ein Laufrad aus einem anderen
Material, beispielsweise aus Metall, austauschen. Diese
Möglichkeit erhöht die Flexibilität beim Einsatz der
erfindungsgemäßen Kreiselpumpe.
Bei einer schwimmenden Lagerung ist es vorteilhaft, das
Laufrad auf einer separaten Laufradachse drehbar zu lagern,
die in die Laufradkammer hineinragt. Das Laufrad weist in
dieser Ausführungsform eine zentrale Nabe auf, in der die
Lagerbuchse eines Kohlelagers eingepreßt sein kann und in
welche die Laufradachse eingesteckt ist. In dieser
Ausführungsform kann der hydraulische Teil vollständig vom
elektrischen Teil getrennt werden, was zu einer großen
Wartungsfreundlichkeit der Kreiselpumpe führt.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin,
daß mit dem erfindungsgemäßen Gleitlager, insbesondere mit
dem Axialgleitlager, kleine und einfach aufgebaute
Kreiselpumpen mit hohem Wirkungsgrad gebaut werden können.
Diese Kreiselpumpen, deren Bauteile nahezu alle aus
Kunststoff gefertigt werden können, sind bei hoher
Leistungsfähigkeit von sehr geringem Gewicht und lassen sich
besonders vorteilhaft im Kühlsystem von Kraftfahrzeugen
einsetzen. Insbesondere die Laufradkammer und das Laufrad
sind dabei aus Kunststoff gefertigt, was zu einer großen
Gewichtsersparnis führt. Dabei können besondere Kunststoffe
verwendet werden, die eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber den im Kraftfahrzeug verwendeten Kühlmedien
gewährleisten.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben.
In der Figur ist ein Schnitt durch eine elektrisch betriebene
Spaltrohrpumpe gezeigt, wie sie zur Förderung des Kühlmediums
in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der von einem
Motorgehäuse 1 aus Kunststoff umgebene elektrische Antrieb
der Pumpe weist einen Stator mit Statorwicklungen 2 auf, die
über Leitungen 3 an eine Versorgungsspannung angelegt werden.
Die Steuerungselektronik 4 der Pumpe ist an der hinteren
Stirnseite der Pumpe angeordnet. Der Stator ist durch einen
Spalttopf 5 von einem innerhalb des Stators drehbar
gelagerten Rotor 6 hydraulisch getrennt. Das Motorgehäuse 1
ist über einen Flansch an einem aus Kunststoff geformten
Pumpengehäuse 7 befestigt und mit einer O-Ring Dichtung 8
abgedichtet.
In einer im Pumpengehäuse 7 befindlichen Laufradkammer ist
ein Laufrad 9 mit Flügeln 10 angeordnet, dem das Medium über
einen Einlaßstutzen 11 zugeführt wird und welches das Medium
zu einem Auslaßstutzen 12 fördert. Das Laufrad 9 mit den
angeformten Flügeln 10 ist in diesem Falle aus Kunststoff
geformt.
Der Rotor 6 weist einen holen Rotorzylinder 13 auf, der in
diesem Falle aus Kunststoff geformt ist, wobei in den
Kunststoff ein magnetisierbares Material eingebettet ist.
Nach der Magnetisierung des Materiales trägt die Außenwandung
des Rotorzylinders 13 Permanentmagneten, die mit den
Statorwicklungen 2 zusammenwirken. In den Innenraum des
Rotorzylinders 13 ist eine Metallhülse 14 eingebracht, die
zur Stabilisierung des Rotorzylinders 13 dient. In diese
Metallhülse 14 ist eine Buchse 15 eines Kohlelagers
eingepreßt, die drehbar auf einer starren Achse 16 gelagert
ist. Gegen eine Verschiebung in axialer Richtung ist der
Rotorzylinder 13 durch die magnetische Kraft zwischen dem
Stator und dem Rotor gehalten. Die starre Achse 16 ist in
eine am Spalttopf 5 angeformte zylindrische Halterung 15
eingesteckt.
Das Laufrad 9 ist auf die stirnseitige Wandung des
Rotorzylinders 13 mit Stiften 17 aufgesteckt und wird durch
eine Halterung in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten. Zur
Zentrierung des Laufrades weist dieses in seiner Rückseite
eine sich axial erstreckende Ringnut 18 auf, in welche die
Metallhülse 14 eingesteckt ist.
Zwischen dem Laufrad 9 und der Innenwand der
Laufradkammer ist ein axiales Gleitlager vorgesehen, das in
dem Spalt zwischen der die Ansaugöffnung umgebenden Innenwand
der Laufradkammer und der Stirnfläche des Laufrades 9
angeordnet ist. Das Laufrad 9 liegt somit über das Gleitlager
gegen die Innenwand an, wobei in die Innenwand ein Gleitring
19 eingelassen ist.
Zur separaten Lagerung weist das Laufrad eine Nabe 20 auf,
mit der es auf einer am Pumpengehäuse angebrachten und in die
Laufradkammer hineinragenden Laufradachse 21 gleitet. Die
Laufradachse 21 ist in eine am Pumpengehäuse angeformte
Buchse 22 eingesteckt, wobei die Buchse 22 über radial
verlaufende Stege 23 mit der Innenwandung der Ansaugöffnung
verbunden ist. Die Stege 23 haben ein hydrodynamisch
besonders günstiges Profil und bieten dem Fluß des Mediums
lediglich einen geringen Widerstand. In die Nabe des
Laufrades 9 ist eine Lagerbuchse 24 eines Kohlelagers
eingepreßt, die mit der Laufradachse ein Gleitlager bildet.
Claims (12)
1. Elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere
Spaltrohrpumpe, zur Förderung eines Mediums in einem
Heizungs- oder Kühlsystem, mit einem Stator und mit
einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor ein
Laufrad trägt, das in einer mit einer zentralen
Ansaugöffnung versehenen Laufradkammer angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Laufrad (9) und der Innenwand der
Laufradkammer ein Gleitlager angeordnet ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager
ein axiales Gleitlager ist, das in einem Spalt zwischen
der die Ansaugöffnung (11) umgebenden Innenwand der
Laufradkammer und einer Stirnfläche des Laufrades (9)
angeordnet ist, wobei das Laufrad (9) über das
Gleitlager gegen die Innenwand anliegt.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradkammer
in einem aus Kunststoff geformten Pumpengehäuse (7)
sich befindet.
4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager
einen in die Innenwand eingelassenen Gleitring (19)
aufweist, an dem das Laufrad (9) mit einem
stirnseitigen Rand seiner zentralen Ansaugöffnung (11)
anliegt.
5. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6)
einen mit permanentmagnetischen Bereichen versehenen
holen Rotorzylinder (13) aufweist, der auf einer in den
Hohlraum ragenden starren Rotorachse (16) drehbar
gelagert ist und der an seiner Stirnseite das Laufrad
(9) trägt.
6. Pumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorzylinder
(13) in axialer Richtung beweglich (schwimmend) auf der
Rotorachse (16) gehalten ist.
7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9)
in Umfangsrichtung formschlüssig auf die Stirnwand des
Rotorzylinders (13) aufsetzbar ist.
8. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9)
eine Nabe (20) aufweist, mit der es auf einer am
Pumpengehäuse angebrachten und in die Laufradkammer
hineinragenden Laufradachse (21) gleitet.
9. Pumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradachse
(21) in eine am Pumpengehäuse (7) angeformte Buchse
(22) eingesteckt ist.
10. Pumpe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (22)
zentral in der Ansaugöffnung (11) angeordnet ist und
über radial verlaufende Stege (23) mit dem Außenrand
der Ansaugöffnung (11) verbunden ist.
11. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagerbuchse
(24) in die Nabe (20) des Laufrades (9) eingepreßt ist.
12. Verwendung der Pumpe nach einem der vorherigen
Ansprüche zur Förderung des Kühlmediums im
Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.
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