DE202005020071U1 - Transducer, has electrical machine including rotor with hollow space that runs axially and openable on both sides, and converting device arranged in space for converting electrical energy into material flow or vice-versa - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wandler mit einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen um eine Drehachse drehbaren Rotor aufweist, wobei der Wandler zwei Zugangsöffnungen aufweist, über welche ein möglicher Stoffstrom erfolgt, und wobei der Wandler eine Umsetzeinrichtung aufweist, über welche dem Stator zugeführte elektrische Energie in den Stoffstrom oder umgekehrt der Stoffstrom in von dem Stator abgegebene elektrische Energie umsetzbar ist. Die Erfindung betrifft zudem einen mehrstufigen Wandler mit einer Mehrzahl von in Axialrichtung hintereinander geschalteten Wandlerstufen zu einer Baueinheit.The Invention relates to a converter with an electric machine, wherein the electric machine comprises a stator and one about an axis of rotation rotatable rotor, wherein the transducer has two access openings has, over which is a possible material flow takes place, and wherein the converter has a conversion device, via which supplied to the stator electrical energy into the material flow or vice versa the material flow can be implemented in the output of the stator electrical energy. The invention also relates to a multi-stage converter with a Plurality of converter stages connected in series in the axial direction to a unit.
Bei den Stoffen im Stoffstrom kann es sich um Fluide, d.h. um dünnflüssige bis zähflüssige sowie um gasförmige Stoffe handeln. Beispiele dafür sind Wasser, Öle oder auch Luft. Bei den Stoffen kann es sich aber auch um pastöse Stoffe handeln, wie z.B. um Cremes oder Fette. Unter dem Begriff Stoff sind auch riesel- oder schüttfähige Stoffe in Form von Pulver oder Granulat zu verstehen, wie z.B. Mehl, Sand oder Kies. Es kann sich bei dem Stoff auch um ein Gemenge bzw. um ein Gemisch aus gasförmigen Stoffen und verschiedenen Flüssigkeiten handeln, wie z.B. einem Sol. Ebenso kann es sich bei dem Stoff um ein Gemenge bzw. um ein Gemisch aus gasförmigen Stoffen und festen Bestandteilen handeln, wie z.B. Staub. Es kann sich weiterhin bei dem Stoff um ein Gemenge bzw. um ein Gemisch aus flüssigen Stoffen und festen Bestandteilen handeln. Schließlich kann ein Gemenge oder ein Gemisch alle zuvor genannten Stoffarten aufweisen. Ein Beispiel hierzu ist Abwasser.at The materials in the stream may be fluids, i. to thin up viscous as well to gaseous Substances act. Examples are Water, oils or even air. The substances may also be pasty substances act, such as around creams or fats. Under the term substance are also trickle or pourable substances in the form of powder or granules, e.g. Flour, sand or gravel. It can also be a mixture or to the substance a mixture of gaseous Fabrics and different liquids act, such as a sol. Likewise, the substance may be around a mixture or a mixture of gaseous substances and solid constituents, such as. Dust. It can continue with the substance around a mixture or a mixture of liquid Substances and solid constituents. Finally, a mix or a mixture have all the aforementioned types of substances. An example for this is wastewater.
Unter dem Begriff Wandler ist eine Einrichtung zu verstehen, welche elektrische Energie in einen Stoffstrom und umgekehrt Energie aus dem Stoffstrom in elektrische Energie umsetzt. Im Falle von Fluiden spricht man bei derartigen Wandlern auch von Strömungsmaschinen.Under The term converter is to be understood to mean a device which has electrical Energy in a material flow and vice versa energy from the material flow converted into electrical energy. In the case of fluids one speaks in such converters and turbomachines.
In einer ersten Betriebsart, d.h. der Umsetzung von elektrischer Energie in einen Stoffstrom, arbeitet der Wandler motorisch, d.h. als Arbeitsmaschine. Der Wandler ist somit eine Fördereinrichtung. In diesem Fall handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Elektromotor. Der Stator des Elektromotors setzt dabei die von einer Spannungsversorgung aufgenommene elektrische Energie in ein magnetisches Feld um, welches mittels Induktion in mechanische Rotationsenergie im Rotor umgewandelt wird. Entlang dieser Wirkkette wird weiterhin mechanische Energie in einen Stoffstrom umgesetzt, d.h. in einen Teilchenstrom, der mit einer entsprechenden Kraft in Bewegung versetzt wird.In a first mode, i. the implementation of electrical energy into a stream, the transducer operates motorically, i. as a work machine. The converter is thus a conveyor. In this case, the electrical machine is about an electric motor. The stator of the electric motor sets the from a power supply absorbed electrical energy in a magnetic field, which by induction into mechanical Rotation energy is converted in the rotor. Along this chain of action Furthermore, mechanical energy is converted into a material stream, i. into a particle stream, with a corresponding force in motion is offset.
Im Fall von Fluiden spricht man bei dem motorischen Wandler auch von einer Pumpe, wie z.B. von einer Kreiselpumpe. Im besonderen Fall von gasförmigen Stoffen spricht man von einem Ventilator, Lüfter oder Verdichter.in the Case of fluids is called in the motor converter of a pump, e.g. from a centrifugal pump. In a special case of gaseous Substances are referred to as fans, fans or compressors.
In einer zweiten Betriebsart, d.h. der Umsetzung des Stoffstroms in von dem Stator abgegebene elektrische Energie, arbeitet der Wandler generatorisch, d.h. als Kraftmaschine. In diesem Fall handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Generator. Es wird dann entsprechend der umgekehrten Reihenfolge der Wirkkette die Energie im Stoffstrom in vom Stator abzugebende Energie umgesetzt. Die vom Stator abgegebene Energie kann dann z.B. von einem angeschlossenen Energieversorgungsnetz aufgenommen werden.In a second mode, i. the implementation of the material flow in From the stator output electrical energy, the converter operates regenerative, i. as an engine. In this case it acts The electric machine is a generator. It will be then according to the reverse order of the chain of action the energy reacted in the stream in energy to be delivered by the stator. The ones from Stator output energy can then, for. from a connected Power supply network to be included.
Bei dem generatorischen Wandler spricht man im Fall von Fluiden auch von einer Turbine, wie z.B. bei flüssigen Stoffen von einer Wasserturbine oder bei gasförmigen Stoffen von einer Dampfturbine.at The generator converter is also called in the case of fluids from a turbine, such as e.g. for liquid substances from a water turbine or at gaseous Substances from a steam turbine.
Die elektrische Maschine des Wandlers steht in einer mechanischen Wirkverbindung mit einer Umsetzeinrichtung. Die Umsetzeinrichtung setzt die über das induzierte Magnetfeld des Stators umgewandelte kinetische Rotationsenergie in einen Stoffstrom und umgekehrt die Energie aus dem Stoffstrom in kinetische Rotationsenergie um.The electrical machine of the converter is in a mechanical operative connection with a conversion device. The Umsetzzeinrichtung sets over the induced magnetic field of the stator converted kinetic rotational energy into a stream and vice versa the energy from the stream into kinetic rotational energy.
Je nach vorliegendem Stoff weist die Umsetzeinrichtung eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform auf.ever according to the present substance, the conversion device has a special advantageous embodiment.
So ist im Falle von pastösen, pulvrigen, riesel- und schüttfähigen Stoffen, aber auch im Fall von Flüssigkeiten oder Gemengen bzw. Gemischen mit Flüssigkeiten, eine Schnecke vorteilhaft. Die Schnecke ist z.B. eine Wendel in Form von Blechen, die in einem Gang oder in mehreren Gängen um eine Welle gewickelt ist. Die Welle ist dann zumeist axial mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden. Diese Ausgestaltungsform ist vorteilhaft für weniger zähflüssige Stoffe. Für die anderen zuvor genannten Stoffe ist die Ausbildung der Schnecke in Form eines aus dem Lebensmittelbereich bekannten Fleischwolfs von Vorteil. Pro Umdrehung der Förderschnecke ist bei kleinen Steigungswinkeln eine hohe Förder- oder Vorschubkraft bei vergleichsweise geringem Fördervolumen erzielbar. Ist dagegen der Steigungswinkel vergleichsweise hoch, so ist pro Umdrehung der Förderschnecke ein vergleichsweise großes Fördervolumen bei geringer Vorschubkraft erzielbar.So is in the case of pasty, powdery, free-flowing and pourable substances, but also in the case of liquids or mixtures or mixtures with liquids, a screw advantageous. The screw is e.g. a helix in the form of sheet metal in one Corridor or in several corridors wrapped around a shaft. The shaft is then mostly with connected to the rotor of the electric machine. This embodiment is beneficial for less viscous substances. For the other aforementioned substances is the formation of the screw in Form of a meat grinder known from the food industry Advantage. Per revolution of the screw conveyor is at low pitch angles a high conveying or feed force at comparatively low volume achievable. If, on the other hand, the pitch angle is comparatively high, so is the auger per revolution a comparatively large one delivery achievable at low feed force.
Im Fall von flüssigen Stoffen ist die Umsetzeinrichtung vorzugsweise ein Propeller, welcher z.B. die Form einer Schiffsschraube aufweist. Im Besonderen weisen die Schaufeln bzw. die Flügel eine in gewissem Maße gekrümmte Oberfläche auf. Die einzelnen Schaufeln bzw. die einzelnen Flügel des Propellers drehen sich dabei um eine Welle, welche zumeist axial mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist. Die Anzahl der Schaufeln bzw. der Flügel liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3 und 5.In the case of liquid substances, the conversion device is preferably a propeller which, for example, has the shape of a ship's propeller. In particular, the blades or the wings have an in to some extent curved surface. The individual blades or the individual blades of the propeller rotate about a shaft, which is usually axially connected to the rotor of the electric machine. The number of blades or the wing is preferably in a range between 3 and 5.
Im Fall von gasförmigen Stoffen ist die Umsetzeinrichtung vorzugsweise ein Propeller bzw. eine Turbine, welcher bzw. welche Schaufeln bzw. Flügel mit einer nahezu planen Oberfläche aufweist. Im Vergleich zu den Schaufeln bzw. zu den Flügeln im Fall der flüssigen Stoffe liegt die Anzahl hier vorzugsweise bei 6 und mehr.in the Case of gaseous Substances, the conversion device is preferably a propeller or a turbine, which or which blades or wings with a nearly flat surface having. Compared to the blades or to the wings in the Fall of the liquid Substances, the number here is preferably 6 and more.
Die zuvor genannten Umsetzeinrichtungen werden üblicherweise an einer Asynchronmaschine, wie z.B. an einer dreiphasigen Asynchronmaschine, betrieben. Leistungsfähigere, aber auch teurere elektrische Maschinen sind z.B. Synchronmaschinen, welche einen Rotor mit hochpermeablen Permanentmagneten aufweisen.The The aforementioned conversion devices are usually used on an asynchronous machine, such as e.g. on a three-phase asynchronous machine, operated. More powerful, but more expensive electrical machines are also known e.g. Synchronous machines, which have a rotor with high permeability permanent magnets.
Asynchronmaschinen bzw. Synchronmaschinen können auch direkt an einer Spannungs- bzw. Stromversorgung, insbesondere an einer dreiphasigen Stromversorgung, wie z.B. an einem 50 Hz/400V-Drehstromnetz, betrieben werden.asynchronous or synchronous machines can also directly to a voltage or power supply, in particular on a three-phase power supply, such as on a 50 Hz / 400 V three-phase system, operate.
Alternativ ist auch der Betrieb der Asynchronmaschinen bzw. Synchronmaschinen an einem Wechselrichter bzw. an einem Umrichter möglich. Auf diese Weise ist ein geregelter Betrieb der elektrischen Maschinen möglich.alternative is also the operation of asynchronous machines or synchronous machines possible on an inverter or on a converter. To this Way is a controlled operation of the electrical machines possible.
Mittels eines Umrichters ist es auch möglich, die Asynchronmaschine bzw. die Synchronmaschine an einer Gleichspannung, wie z.B. an einer 12V- oder 24V-Gleichspannung, zu betreiben. In diesem Fall setzt der Umrichter die Eingangsgleichspannung üblicherweise in ein 3-phasiges Spannungssystem um.through of an inverter it is also possible to use the Asynchronous machine or the synchronous machine to a DC voltage, such as. to operate on a 12V or 24V DC voltage. In In this case, the inverter usually sets the DC input voltage into a 3-phase voltage system.
Nachteilig an den zuvor beschriebenen Wandlern ist die relativ große Bauform im Vergleich zum Strömungsquerschnitt der Zugangsöffnungen. Zudem weisen diese Wandler eine Vielzahl von Komponenten auf, die für die elektrische Maschine und für die Umsetzeinrichtung benötigt werden. Der Aufbau solcher Wandler ist demzufolge aufwändig und komplex.adversely on the transducers described above is the relatively large size in comparison to the flow cross-section the access openings. moreover These converters have a variety of components that are suitable for the electrical Machine and for the Implementing required become. The structure of such converter is therefore complex and complex.
Weiterhin weisen bekannte Pumpen als motorische Wandler den Nachteil auf, dass sie einen relativ hohen Strömungswiderstand aufweisen. Dies ist z.B. bei einer Kreiselpumpe der Fall, welche eine Flüssigkeit durch mehrere Biegungen hindurch fördern muss. Vor allem ist dies in einem Rohrsystem von Nachteil, in welchem eine möglichst geradlinige Flüssigkeitsförderung gewünscht wird.Farther have known pumps as a motor converter the disadvantage that they have a relatively high flow resistance exhibit. This is e.g. in a centrifugal pump of the case, which a liquid through several bends must promote. Above all, this is in a pipe system of disadvantage, in which a possible straightforward fluid delivery required becomes.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen Wandler anzugeben, welcher einen kompakteren und einfacheren Aufbau erlaubt.It Thus, it is an object of the invention to provide a transducer which allows a more compact and simpler construction.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Wandler anzugeben, welcher im Vergleich zu bekannten Wandlern einen geringeren Strömungswiderstand bei einem gleichen Querschnitt der Zugangsöffnungen ermöglicht.It another object of the invention is to provide a transducer which in comparison to known converters a lower flow resistance allows for a same cross section of the access openings.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Wandler anzugeben, der einen höheren Wirkungsgrad aufweist.Farther It is an object of the invention to provide a converter, the one higher Efficiency has.
Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen mehrstufigen Wandler auf Basis eines solchen Wandlers anzugeben.Finally is It is an object of the invention to provide a multi-stage converter based specify such a converter.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Wandler mit einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen um eine Drehachse drehbaren Rotor aufweist. Der Rotor weist einen die Drehachse umfassenden, axial verlaufenden und axial beidseits offenen Hohlraum mit einer Rotorinnenseite auf. Der Hohlraum steht mit zwei Zugangsöffnungen des Wandlers in Wirkverbindung, so dass über die Zugangsöffnungen ein axial durch den Hohlraum hindurchtretender Stoffstrom möglich ist. Im Hohlraum ist eine Umsetzeinrichtung angeordnet, über welche dem Stator zugeführte elektrische Energie in den Stoffstrom umsetzbar ist oder umgekehrt der Stoffstrom in von dem Stator abgegebene elektrische Energie umsetzbar ist.The Task is solved with a converter with an electric machine, the electric Machine a stator and a rotatable about a rotation axis rotor having. The rotor has an axis of rotation, axially extending and axially on both sides open cavity with a rotor inside on. The cavity is operatively connected to two access openings of the transducer, so that over the access openings an axially passing through the cavity passing material flow is possible. in the Cavity is arranged a conversion device, via which the stator supplied electrical Energy can be converted into the material flow or vice versa the material flow can be implemented in the output of the stator electrical energy.
Der große Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass der für den motorischen und generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine wenig genutzte zentrale Bereich des Rotors in Axialrichtung nun für eine sonst üblicherweise außerhalb der elektrischen Maschine befindlichen Umsetzeinrichtung verwendet werden kann. Es kann folglich vorteilhaft die Funktion einer Umsetzeinrichtung in Form eines Propellers, einer Turbine oder einer Schnecke in den jetzt zur Verfügung stehenden Hohlraum integriert werden.Of the size Advantage of the invention is due to the fact that for the motor and generator operation of the electric machine little used central area of the rotor in the axial direction now for an otherwise usual outside the converting machine used electrical machine used can be. It can therefore advantageously the function of a conversion device in the form of a propeller, a turbine or a snail in the now to disposal standing cavity can be integrated.
Durch die axiale Ausrichtung des neu geschaffenen Hohlraums werden zudem Biegungen sowie Krümmungen in Richtung des Stoffstroms vermieden. Dadurch wird vorteilhaft der Strömungswiderstand reduziert und letztendlich der Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wandlers erhöht.By The axial alignment of the newly created cavity will also Bends and bends avoided in the direction of the material flow. This will be advantageous the flow resistance reduces and ultimately the overall efficiency of the converter according to the invention elevated.
Ein weiterer Vorteil ist, dass ein derartig beschaffener Wandler durch die Integration der Umsetzeinrichtung in den Hohlraum erheblich weniger Komponenten aufweist. Ein solcher Wandler ist folglich im Aufbau weniger aufwändig und komplex und somit wartungsfreundlicher. Aufgrund der Tatsache, dass weniger Komponenten für einen derartigen Wandler benötigt werden, erhöht sich zudem vorteilhaft die Lebensdauer eines solchen Wandlers.A further advantage is that such a converter has considerably fewer components due to the integration of the conversion device into the cavity. Such a converter is therefore less complex and complex in construction and thus easier to maintain. Due to the fact, The fact that fewer components are required for such a converter also advantageously increases the service life of such a converter.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Wandlers eine Asynchronmaschine. Der Rotor dieser Asynchronmaschine ist dabei ein Kurzschlussläufer. Die Asynchronmaschine weist den besonderen Vorteil auf, dass sie besonders günstig herstellbar ist, zudem bürstenlos und somit besonders wartungsarm ausgeführt werden kann. Asynchronmaschinen können z.B. dreiphasig ausgeführt sein und, wie eingangs beschrieben, auch direkt an einem Energieversorgungsnetz, wie z.B. an einem 50Hz/400V-Drehstromnetz, angeschlossen werden.In a preferred embodiment the electric machine of the converter according to the invention is an asynchronous machine. The rotor of this asynchronous machine is a squirrel cage rotor. The Asynchronous machine has the particular advantage of being particularly Cheap can be produced, also brushless and thus can be carried out particularly low maintenance. asynchronous can e.g. Three-phase executed be and, as described above, also directly to a power grid, such as. on a 50Hz / 400V three-phase mains.
Alternativ ist die elektrische Maschine des Wandlers eine Synchronmaschine. Dabei weist der Rotor der elektrischen Maschine eine Vielzahl von Permanentmagneten auf. Die Permanentmagnete sind hierzu auf der Mantelfläche des zylindrisch ausgebildeten Rotors aufgebracht.alternative The electrical machine of the converter is a synchronous machine. In this case, the rotor of the electric machine has a plurality of permanent magnets on. The permanent magnets are for this purpose on the lateral surface of the cylindrically shaped rotor applied.
Die Synchronmaschine weist eine im Vergleich zur Asynchronmaschine sehr hohe Leistungsdichte auf. Auf diese Weise kann ein noch kompakterer Wandler realisiert werden.The Synchronous machine has a very compared to the asynchronous machine high power density. This way can be even more compact Transducer can be realized.
Die elektrische Maschine des Wandlers kann auch als Generator betrieben werden. Die aus dem Stoffstrom ausgekoppelte Energie kann dann vorteilhaft in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit der aus dem Stoffstrom umgewandelten elektrischen Energie z.B. eine angeschlossene Sensoreinheit oder Messwerterfassungseinheit betrieben werden kann. Die Messwerterfassungseinheit kann z.B. Messwerte im Zusammenhang mit dem Stoffstrom erfassen, wie z.B. das Durchflussvolumen, den Druck oder die Temperatur des Stoffstroms. Auf diese Weise kann auf die Integration von chemischen Energieträgern, wie z.B. Batterien, und auf einen externen Stromanschluss für eine derartige Messeinrichtung verzichtet werden.The electric machine of the converter can also be operated as a generator become. The decoupled from the flow of energy can then be advantageous be fed into a power grid. Another advantage is that with the converted from the material flow electrical Energy e.g. a connected sensor unit or measured value acquisition unit can be operated. The measured value acquisition unit may be e.g. readings in connection with the flow of material, e.g. the flow volume, the pressure or the temperature of the material stream. That way you can up the integration of chemical energy sources, such as Batteries, and to an external power connector for such a measuring device be waived.
In einer besonderen Ausführungsform ist die elektrische Maschine des Wandlers in beiden Drehrichtungen betreibbar. Dadurch kann vorteilhaft ein Stoffstrom in beiden Richtungen bewirkt bzw. Energie in beiden Richtungen aus einem Stoffstrom entnommen werden.In a particular embodiment is the electrical machine of the converter in both directions of rotation operated. This can advantageously a stream in both directions causes or taken energy in both directions from a stream become.
Im Besonderen ist die Umsetzeinrichtung des Wandlers mit der Innenseite des Rotors verbunden. Dadurch ist eine besonders wirksame Drehmomentübertragung vom Rotor auf die Umsetzeinrichtung möglich. Die Umsetzeinrichtung kann z.B. auch in Form einer Hülse in den Innenraum des Rotors eingepasst werden. Die Drehmomentübertragung erfolgt dann über eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Außenseite der Umsetzein richtung und der Innenseite des Rotors. Die Drehmomentübertragung von Rotor auf die Umsetzeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch über eine formschlüssige Verbindung, wie z.B. mittels einer Nut-Feder-Paarung, erfolgen.in the Special is the conversion device of the converter with the inside connected to the rotor. This is a particularly effective torque transmission possible from the rotor to the transfer device. The converting device can e.g. also in the form of a sleeve be fitted in the interior of the rotor. The torque transmission then takes over a non-positive Connection between the outside the Umsetzein direction and the inside of the rotor. The torque transmission from rotor to the conversion device may alternatively or additionally via a positive-locking connection, such as. by means of a tongue and groove pairing done.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Rotor der elektrischen Maschine einen axial verlaufenden Hohlraum mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. In diesem Fall ist der Hohlraum des Rotors zylindrisch ausgebildet. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin begründet, dass über den gesamten axialen Verlauf hin ein gleichmäßiger Rohrquerschnitt mit einem gleichmäßigen Strömungswiderstand vorliegt.In a preferred embodiment According to the invention, the rotor of the electric machine has an axial extending cavity with a circular cross section. In In this case, the cavity of the rotor is cylindrical. The particular advantage of this embodiment lies in the fact that over the entire axial course towards a uniform pipe cross-section with a uniform flow resistance is present.
Im Falle eines polygonen Querschnitts bildet der Rotor plane Flächen an der Innenseite des Rotors aus, an welchen in fertigungstechnischer Hinsicht besonders einfach Flügel oder Schaufeln einer Umsetzeinrichtung angebracht werden können.in the In the case of a polygonal cross section, the rotor forms flat surfaces the inside of the rotor, on which in manufacturing technology Particularly easy wings or blades of a transfer device can be attached.
Der erfindungsgemäße Wandler kann zum Anschließen an ein Rohr bzw. an ein Rohrsystem einen Stutzen für die jeweilige Zugangsöffnung aufweisen. Dadurch kann der Wandler auf besonders einfache Weise in ein bestehendes Rohrsystem integriert werden.Of the inventive converter can be connected to a pipe or to a pipe system a nozzle for the respective access opening exhibit. This allows the converter in a particularly simple manner be integrated into an existing pipe system.
Der Stutzen weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, wobei eine Normale durch den Mittelpunkt des Querschnitts sowie die Drehachse des Rotors axial in einer Flucht verlaufen. Auf diese Weise wird ein axial verlaufender Stoffstrom mit einem geringen Strömungswiderstand erreicht.Of the Stub preferably has a circular cross section, wherein a Normal through the center of the cross section and the axis of rotation of the Rotor axially in alignment. In this way one becomes axially flowing stream with a low flow resistance reached.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Stutzen sowie der Rotor einen im Wesentlichen gleichen kreisförmigen Querschnitt auf. Damit ist der Vorteil verbunden, dass über den gesamten axialen Verlauf des Stoffstroms ein gleichmäßig geringer Strömungsquerschnitt für den Stoffstrom erreicht wird.In a particularly preferred embodiment the nozzle and the rotor have a substantially same circular Cross-section on. This has the advantage that over the entire axial flow of the material flow a uniformly small flow cross-section for the material flow is reached.
Zwischen Rotor und Stutzen kann vorzugsweise eine Dichtung eingebracht werden, so dass in vorteilhafter Weise der Stator sowie der Luftspalt zwischen Stator und Rotor gegenüber dem Stoffstrom bzw. gegenüber dem im Stoffstrom fließenden Stoff abgedichtet ist.Between Rotor and nozzle may preferably be introduced a seal, so that advantageously the stator and the air gap between Stator and rotor opposite the material flow or opposite flowing in the stream Fabric is sealed.
Der Stator der elektrischen Maschine kann auch gekapselt ausgebildet sein, so dass in vorteilhafter Weise der Stator vor Umwelteinflüssen, wie z.B. gegenüber eindringende aggressive Stoffe aus dem Stoffstrom, geschützt ist.Of the Stator of the electric machine can also be formed encapsulated so that advantageously the stator can be protected from environmental influences such as e.g. across from penetrating aggressive substances from the stream, is protected.
In einer möglichen Ausführungsform ist die Umsetzeinrichtung eine Schnecke. Die Schnecke ist z.B. eine Wendel in Form von Blechen, die in einem Gang oder in mehreren Gängen um eine Welle gewickelt ist. Die Welle kann dann z.B. über radiale Streben mit der Innenseite des Rotors verbunden und über diese angetrieben werden.In one possible embodiment, the Implementing a screw. The worm is for example a helix in the form of sheets, which is wound in a corridor or in several courses around a shaft. The shaft can then be connected, for example via radial struts with the inside of the rotor and driven by them.
Die Schnecke kann auch eine Wendel in Form von Blechen aufweisen, welche entlang der Innenseite des Rotors verlaufen und mit dieser verbunden sind. Auch kann die Schnecke eine Wendel in Form von Blechen aufweisen, wobei die Wendel mit ihrer radialen Außenseite in einer Hülse eingebracht ist, deren zylindrische außenliegende Mantelfläche dann mit der Innenseite des Rotors form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Mittels der Schnecke können, wie eingangs bereits beschrieben, pastöse, pulvrige, riesel- und schüttfähige Stoffe, aber auch Flüssigkeiten sowie anderweitige Stoffgemenge bzw. Stoffgemische befördert werden.The Snail can also have a helix in the form of sheets, which run along the inside of the rotor and connected to this are. Also, the screw may have a helix in the form of sheets, wherein the helix is inserted with its radial outer side in a sleeve, their cylindrical outer Lateral surface then positively and / or non-positively connected to the inside of the rotor is. By means of the snail, as already described, pasty, powdery, free-flowing and pourable substances, but also liquids and other substance mixtures or substance mixtures are transported.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Schnecke derartig ausgebildet, dass diese eine durchgehende axiale Öffnung entlang der Drehachse des Rotors aufweist. Auf diese Weise kann z.B. bei einer Förderung von Brackwasser oder Abwasser überschüssiges Wasser über diese Öffnung entgegen der Förderrichtung abgeschieden werden.In a particular embodiment the worm is designed so that it is a continuous axial opening along the axis of rotation of the rotor. This way you can e.g. in a promotion of brackish water or sewage contrary to excess water through this opening the conveying direction be deposited.
In einer besonderen Ausführungsform weist die Schnecke bzw. die Förderschnecke eine in Axialrichtung sich verändernde Steigung auf. Der besondere Vorteil dabei ist, dass kompressible Stoffe, wie z.B. gasförmige Stoffe, Schäume oder luft-enthaltende Stoffe, durch die zunehmende Steigung in axialer Richtung zunehmend komprimiert werden können. Ein derartiger Wandler kann auch als Verdichter oder Schraubenkompressor betrachtet werden, bei welchen ein entsprechender zunehmender Druck in Axialrichtung aufgebaut wird.In a particular embodiment has the screw or auger an axially changing one Climb up. The special advantage of this is that compressible Fabrics, such as e.g. gaseous Fabrics, foams or air-containing Substances, increasingly by the increasing slope in the axial direction can be compressed. One Such converter can also be used as a compressor or screw compressor be considered, in which a corresponding increasing pressure is constructed in the axial direction.
Die Umsetzeinrichtung kann alternativ zur Schnecke bzw. zur Förderschnecke als Umsetzeinrichtung einen Propeller oder eine Turbine aufweisen. Wie eingangs beschrieben ist der Propeller besonders vorteilhaft zum Transport von flüssigen Stoffen wie auch von gasförmigen Stoffen geeignet. Zum generatorischen Betrieb des Wandlers ist die Umsetzeinrichtung eine Schnecke, eine Turbine oder ein Propeller. Über diese kann in vorteilhafter Weise Energie aus dem Stoffstrom über den Rotor und Stator in Form eines elektrischen Stroms in ein Stromversorgungsnetz zurückgespeist werden. Die elektrische Energie kann aber auch zum Betrieb angeschlossener elektrischer Komponenten und Anlagenteile verwendet werden.The Umsetzzeinrichtung can alternatively to the screw or screw conveyor have as a conversion device a propeller or a turbine. As described above, the propeller is particularly advantageous for the transport of liquid Substances as well as gaseous ones Suitable substances. For generator operation of the converter is the Implementing a screw, a turbine or a propeller. About these can advantageously energy from the material flow over the Rotor and stator in the form of an electric current in a power supply network fed back become. The electrical energy can also be connected to the operation electrical components and equipment parts are used.
Die Umsetzeinrichtung kann auch mehrere axial hintereinander angeordnete Propeller bzw. Turbinen aufweisen. Auch in diesem Fall kann eine schrittweise Verdichtung kompressibler Stoffe in Richtung der Austrittsöffnung als Zugangsöffnung erreicht werden. Die Hintereinanderschaltung der Propeller bzw. der Turbinen ermöglicht zudem eine gleichmäßigere Krafteinleitung in den Stoffstrom bzw. Kraftausleitung aus dem Stoffstrom. Durch diese Anordnung wird ein langgestreckter Wandler möglich, welcher aber im Vergleich zu anderen Wandlerlösungen vorteilhaft nur einen geringfügig größeren Querschnitt aufweist als der Rohrquerschnitt eines angeschlossenen Rohrsystems.The Implementing device may also have a plurality of axially arranged one behind the other Propellers or turbines have. Also in this case can be a gradual Compaction of compressible substances in the direction of the outlet opening as access opening be achieved. The series connection of the propeller or allows the turbines In addition, a more uniform application of force into the material flow or force discharge from the material flow. By This arrangement is an elongated converter possible, which but in comparison to other converter solutions only one slight larger cross-section has as the pipe cross-section of a connected pipe system.
In einer besonderen vorteilhaften Ausführungsform weisen der Propeller bzw. die Turbinen Schaufeln oder Flügel auf, welche an der Innenseite des Rotors befestigt sind.In a particular advantageous embodiment, the propeller or the turbines on blades or wings, which on the inside of the Rotor are attached.
Der besondere Vorteil liegt darin begründet, dass eine zentrale Welle zum Antrieb der Umsetzeinrichtung nicht benötigt wird. Es kann somit vorteilhaft die Innenseite des Rotors zur Anbringung der Flügel und Schaufeln herangezogen werden. Eine zusätzliche Welle, welche entlang der Drehachse angebracht ist, entfällt somit vorteilhaft. Die Schaufeln bzw. Turbinen können auch in Form einer Hülse als Umsetzeinrichtung in den Hohlraum des Rotors eingebracht werden, wobei die zylindrische Außenfläche der Hülse mit der Rotorinnenseite eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung eingeht.Of the particular advantage lies in the fact that a central shaft to drive the converting device is not needed. It can thus be advantageous to the Inside of the rotor used to attach the wings and blades become. An additional Wave, which is mounted along the axis of rotation, thus eliminating advantageous. The blades or turbines can also be in the form of a sleeve as a conversion device be introduced into the cavity of the rotor, wherein the cylindrical Outer surface of the Sleeve with the rotor inside a positive and / or non-positive connection received.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Schaufeln bzw. die Flügel einen bezüglich der Drehachse in Radialrichtung sich verändernden Anstellwinkel auf. Diese besonders vorteilhafte Ausführungsform trägt dem Umstand Rechnung, dass Stoffe, wie z.B. Flüssigkeiten, welche ein Rohrsystem bzw. ein Rohr durchströmen, einen zum Rand hin zunehmenden Strömungswiderstand aufweisen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Strömungswiderstand in der Rohrmitte am geringsten ist, während er an der Außenseite des Rohres am größten ist. Verändert sich nun der Anstellwinkel in radialer Richtung zum Mittelpunkt hin so, dass dieser zunimmt, so wird am Randbereich ein geringerer Schub und im zentralen Bereich ein erhöhter Vorschub bewirkt. Auf diese Weise erfolgt vorteilhaft der Vorschub des zu befördernden Stoffes besonders dort, wo auch der Strömungswiderstand auch am geringsten ist, d.h. im zentralen axialen Bereich der Drehachse. Dabei kann sich eine Schaufel oder ein Flügel, ausgehend von der Innenseite des Rotors in radialer Richtung, auch über die Drehachse des Rotors hinaus erstrecken, wobei die jeweiligen Schrauben bzw. Flügel so zueinander angeordnet sind, dass sich diese dann nicht berühren.In a further embodiment have the blades or the wings a respect the axis of rotation in the radial direction of changing angle of attack. This particularly advantageous embodiment contributes to the circumstance Account that substances, such as Liquids, which a pipe system or flow through a pipe, have a flow resistance increasing towards the edge. In other words, this means that the flow resistance in the middle of the pipe is lowest while he on the outside the pipe is the largest. changed Now the angle of attack in the radial direction to the center so that it increases, so at the edge area is a lesser Thrust and in the central area causes an increased feed. On This way is advantageously the feed of the transported Especially where the flow resistance is the lowest, i.e. in the central axial region of the axis of rotation. It can be a shovel or a wing, starting from the inside of the rotor in the radial direction, also over the Rotary axis of the rotor extend beyond, with the respective screws or wings are arranged to each other so that they do not touch then.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Schaufeln bzw. die Flügel des Propellers bzw. der Turbine jeweils um eine Schwenkachse in Radialrichtung des Rotors schwenkbar angeordnet. Die Schaufeln sind dann bei einer ersten Stoffstromrichtung in eine erste Schwenkposition schwenkbar, so dass die Schaufeln bzw. die Flügel Seite an Seite miteinander dicht abschließen bzw. dicht überlappen. Bei einer entgegengesetzten Stoffstromrichtung sind die Schaufeln in eine zweite Schwenkposition schwenkbar, so dass die Schaufeln nun einen Propeller bzw. eine Turbine bilden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the blades or the blades of the propeller or of the turbine are each in order a pivot axis arranged pivotably in the radial direction of the rotor. The blades are then pivotable in a first material flow direction in a first pivot position, so that the blades or the wings close together side by side tightly or overlap. In an opposite material flow direction, the blades are pivotable in a second pivot position, so that the blades now form a propeller or a turbine.
Unter gewissen Umständen können an den jeweiligen Schaufeln bzw. an den jeweiligen Flügeln insbesondere radial angeordnete Anströmhilfen, wie z.B. Leitbleche, vorgesehen sein. Dadurch wird während des motorischen Betriebs des Wandlers ein ausreichender Förderdruck zur Überwindung der Ventilwirkung der miteinander verschlossenen Schaufeln bzw. der Flügel im Sinne einer Starthilfe erreicht.Under certain circumstances can in particular on the respective blades or on the respective blades radially arranged flow aids, such as. Baffles, be provided. This will be during the motor operation of the converter sufficient delivery pressure to overcome the valve action of the closed blades or the wing achieved in the sense of a jump start.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass die Umsetzeinrichtung, d.h. der Propeller bzw. die Turbine, zugleich ein Ventil bilden, so dass ein Stoffstrom in nur einer Richtung möglich ist. Dadurch lässt sich ein Stoffstrom, wie z.B. im motorischen Fall, nur in einer Richtung bewerkstelligen. Ein Rückfluss des Stoffstroms ist in Folge der Ventilwirkung der Schaufeln bzw. der Flügel hingegen nicht mehr möglich.Of the particular advantage of the invention lies in the fact that the transfer device, i.e. the propeller or the turbine, at the same time form a valve, so that a material flow in only one direction is possible. This can be done a stream of material, such as in the motor case, only in one direction accomplish. A reflux of the material flow is due to the valve action of the blades or the wing however no longer possible.
Der zuvor beschriebene Propeller bzw. die zuvor beschriebene Turbine mit den schwenkbaren Schaufeln bzw. Flügeln mit der besonderen Ventilwirkung kann auch unabhängig vom Wandler bei anderweitig bekannten Strömungsmaschinen Verwendung finden.Of the previously described propeller or the turbine described above with the pivoting blades or wings with the special valve action can also be independent from the converter in otherwise known flow machines use.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Ventil zur Steuerung Stoffstromrichtung vorgesehen sein. Dadurch lässt sich vorteilhaft nur in einer Richtung ein Stoffstrom einstellen.In a further embodiment The invention may provide a valve for controlling material flow direction be. By doing so leaves advantageous to set only in one direction a flow of material.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Stators und dem Innendurchmesser des Rotors zwischen 1,1 und 4, insbesondere in einem Bereich von 1,2 und 2,5. Damit ist der Vorteil verbunden, dass ein äußerst kompakter Wandler realisiert werden kann, welcher einen vergleichsweise großen Hohlraum für einen möglichen Stoffstrom ausbildet.In a further embodiment is the relationship between the outside diameter of the stator and the inner diameter of the rotor between 1.1 and 4, in particular in a range of 1.2 and 2.5. This is the Advantage that an extremely compact Transducer can be realized, which has a comparatively large cavity for one potential Material flow forms.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind im Hohlraum und/oder an der Innenseite des Rotors weitere Permanentmagnete vorgesehen. Diese Permanentmagnete sind allerdings nicht für den magnetischen Kreis der elektrischen Maschine bedeutsam, sondern sind zur magnetischen Behandlung des durchfließenden Mediums, insbesondere von Wassers, vorgesehen. So ist bekannt, dass ein magnetisches Feld belebend auf Wasser wirkt. Bekannt ist auch, dass magnetisch behandeltes Wasser Verkalkungen eines mit dem Wandler in Verbindung stehenden Wasserrohrsystems vermindert.According to one another embodiment are in the cavity and / or on the inside of the rotor more permanent magnets intended. However, these permanent magnets are not for the magnetic Circle of the electric machine meaningful, but are magnetic Treatment of the flowing through Medium, especially of water, provided. So it is known that a magnetic field invigorating water acts. It is also known that magnetically treated water calcifications a with the transducer related water pipe system diminished.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen mehrstufigen Wandler mit einer Mehrzahl von in Axialrichtung hintereinander zu einer Baueinheit geschalteten Wandlerstufen, wobei die jeweiligen Wandler eine Umsetzeinrichtung mit je einem unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen. Der mehrstufige Wandler ist vorteilhaft für die jeweiligen Anwendungsfälle, bei denen schrittweise eine Komprimierung eines zu fördernden Stoffes vorgesehen bzw. erforderlich ist.The Task is still solved by a multi-stage transducer having a plurality of in the axial direction one behind the other to a unit connected converter stages, wherein the respective converter a conversion device, each with a different Have Anstellwinkel. The multi-stage converter is advantageous for the respective applications, where gradually compressing a to be promoted Stoffes provided or required.
Schließlich geht gemäß einer Ausführungsform des Wandlers bzw. des mehrstufigen Wandlers die axiale Breite der Umsetzeinrichtung nicht über die Breite der elektrischen Maschine bzw, über die axiale Gesamtbreite des Wandlers bzw. des mehrstufigen Wandlers hinaus. Dadurch kann zum Beispiel der Wandler bzw. der mehrstufige Wandler als komplette Baueinheit in einem Rohrsystem ausgetauscht werden.Finally it works according to a embodiment the converter or the multi-stage converter, the axial width of the Transfer device not over the width of the electric machine or, over the total axial width of the converter or of the multistage converter. This can For example, the converter or the multi-stage converter as a complete unit be replaced in a pipe system.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt:Further advantageous properties of the invention will become apparent from the exemplary explanation based on the figures. It shows:
Der
im Beispiel der
Gemäß der Erfindung
ist die Schnecke
Die
Zudem
ist der Wandler
Entsprechend
der vorliegenden
Gemäß einer
Ausführungsform
liegt das Verhältnis
zwischen dem Außendurchmesser
C des Stators
Die
Die
in
Mit
dem Bezugszeigen α ist
der Anstellwinkel der jeweiligen Schaufeln
Durch
die unterschiedlichen Anstellwinkel der Schnecken
Der
Wechselrichter bzw. Umrichter
Gemäß der Erfindung
sind die Schaufeln
Dem
vorliegenden Beispiel sind die Schaufeln
Wird
der Propeller bzw. die Turbine
Im
vorliegenden Beispiel sind die Schwenkachsen
- 11
- Wandler converter
- 22
- elektrische Maschineelectrical machine
- 33
- Gehäusecasing
- 44
- Zugangsöffnung, EinlassöffnungAccess opening, inlet port
- 55
- Zugangsöffnung, AuslassöffnungAccess opening, outlet
- 66
- Statorstator
- 77
- SpuleKitchen sink
- 88th
- Rotorrotor
- 99
- Hohlraumcavity
- 1010
- Kugellagerball-bearing
- 1111
- KurzschlussringShorting ring
- 1212
- KurzschlussstäbeShorting bars
- 1313
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 1414
- Trennwandpartition wall
- 1515
- durchgehende axial verlaufende zylindrische Öffthrough axially extending cylindrical Öff
- nungvoltage
- 1616
- Hülseshell
- 1717
- Innenseite der Hülse bzw. des Rotorsinside the sleeve or the rotor
- 1818
- Stutzen, RohranschlussSupport, pipe connection
- 1919
- Dichtungsring, O-RingSealing ring O-ring
- 20–2620-26
- UmsetzeinrichtungTranscriber
- 20–2220-22
- Schnecke, FörderschneckeSlug, Auger
- 2323
- Schnecke, Förderschnecke mit unterschiedlicherSlug, Auger with different
- Steigungpitch
- 24–2624-26
- Propellerpropeller
- 27–2927-29
- Propellerschaufelpropeller blade
- 3030
- Befestigungsseite der Schaufelnmounting side the blades
- 3131
- Schwenkarmswivel arm
- 3232
- radiale Schaufelkanten im geschlossenen Zustandradial Blade edges in closed condition
- 3333
- radiale Schaufelkanten im geöffneten Zustandradial Scoop edges in the open Status
- 3434
- plane Innenseiteplans inside
- 3535
- SchaufelbodenkanteBucket bottom edge
- 3636
- Hülse mit polygonem InnenquerschnittSleeve with polygonal inner cross-section
- 3737
- Buchse, LagerRifle, camp
- 3838
- Anströmhilfe, Leitblecha flow aid, baffle
- 4040
- VentilValve
- 4141
- Ventilplatte mit Durchlässenvalve plate with passages
- 4242
- Ventilklappenvalve flaps
- 5050
- mehrstufiger Wandlermultistage converter
- 51–5351-53
- Wandlerstufeconverter stage
- 6060
- Wechselrichter, UmrichterInverters, inverter
- αα
- Anstellwinkelangle of attack
- ββ
- variabler Anstellwinkelvariable angle of attack
- σσ
- Steigung der Wellepitch the wave
- AA
- Achseaxis
- BB
- Innendurchmesser des RotorsInner diameter of the rotor
- CC
- Außendurchmesser des Statorsouter diameter of the stator
- DD
- Breite der elektrischen Maschinewidth the electric machine
- Ee
- axiale Gesamtbreite des Wandlersaxial Total width of the converter
- NN
- StromversorgungsnetzPower supply network
- RR
- radiale Schwenkachseradial swivel axis
- SS
- Schwenkrichtung in Durchlassrichtungpan direction in the forward direction
- WRWR
- Wechselrichterinverter
- URUR
- Umrichterinverter
Claims (25)
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---|---|---|---|
DE202005020071U DE202005020071U1 (en) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Transducer, has electrical machine including rotor with hollow space that runs axially and openable on both sides, and converting device arranged in space for converting electrical energy into material flow or vice-versa |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE202005020071U DE202005020071U1 (en) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Transducer, has electrical machine including rotor with hollow space that runs axially and openable on both sides, and converting device arranged in space for converting electrical energy into material flow or vice-versa |
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---|---|
DE202005020071U1 true DE202005020071U1 (en) | 2006-06-29 |
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ID=36686781
Family Applications (1)
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DE202005020071U Expired - Lifetime DE202005020071U1 (en) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Transducer, has electrical machine including rotor with hollow space that runs axially and openable on both sides, and converting device arranged in space for converting electrical energy into material flow or vice-versa |
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-
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