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Die Erfindung betrifft eine Spaltrohrpumpe.
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Bei Spaltrohrpumpen oder Spalttopfpumpen mit einem die Pumpe antreibenden Elektromotor trennt ein Spaltrohr bzw. ein Spalttopf den Nassraum mit dem in der geförderten Flüssigkeit umlaufenden Rotor von dem den Stator enthaltenden trockenen Statorraum. Der ganze Rotor (Pumpenräder und Rotor des Antriebs) bewegt sich im Medium. Der Antrieb erfolgt über den Spalttopf durchgreifende elektromagnetische Felder, wodurch auf rotierende Dichtungen verzichtet werden kann und die Wahrscheinlichkeit für ein Auslaufen von Medium verringert wird. Entsprechend besitzt diese Pumpe keine Wellendichtung und ein Rotor wird üblicherweise mit Gleitlagern auf einer Welle im Spalttopf gelagert. Das Spaltrohr oder der Spalttopf sind aus unmagnetisierbarem Material, z. B. aus geeignetem Edelstahl, Kunststoff oder Kohlefaserstoff.
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Der größte Teil des geförderten Mediums fließt bei einer Spaltrohrpumpe vom Eintritt der Pumpe über die Schaufelräder direkt zum Austritt. Ein kleiner Teil der Flüssigkeit tritt in den hinteren Rotorraum des Antriebes ein, strömt um den Rotor und wieder zurück ins Pumpengehäuse. Das im Rotorraum zirkulierende Medium hat schmierende Wirkung für die Drehung des Rotors und zusätzlich die Aufgabe, das Spaltrohr und den Motor zu kühlen.
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Derartige Spaltrohrpumpen sind allgemein bekannt. So zeigt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift
DE 4438132 A1 eine Spaltrohrpumpe.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsmäßige Spaltrohrpumpe dahingehend zu verbessern, dass der Fertigungsaufwand und der Reparaturaufwand bei Ausfall der Pumpe verringert wird.
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Die Erfindung verfolgt dazu zwei Ansätze mit synergetischem Effekt, um eine modular aufgebaute Nassläuferpumpe zu schaffen, die einen einfachen und zeitsparenden Austausch des Rotors ermöglicht und gleichzeitig gute Laufeigenschaften des Motors beibehält.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Rotorwelle fest mit dem Spalttopf verbunden. Durch die Ausbildung eines Moduls, bestehend aus Rotorwelle und Spalttopf ist eine reproduzierbare Ausrichtung der Rotorwelle zum Spalttopf gewährleistet und ein Rundlauf des Rotors im Spalttopf garantiert. Die Rotorwelle kann mit dem Spalttopf integral ausgebildet sein, sie kann jedoch auch am Spalttopf in einer beliebigen Weise dauerhaft befestigt sein (z. B. geschweißt, gepresst, geklebt etc.). Bei der Montage des Systems ist auf diese Weise stets eine ordnungsgemäße Ausrichtung der Welle im Spalttopf gewährleistet. Wird die Welle bei der Herstellung in eine Aufnahme am Spalttopf dauerhaft eingebracht, so kann durch Formschluss außerdem eine Verdrehsicherheit zwischen Welle und Spalttopf geschaffen werden, z. B. durch eine geeignete Fase am Befestigungsende der Welle am Spalttopf.
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Während bei herkömmlichen Pumpen die Welle an mehreren Stellen entlang ihrer axialen Erstreckung unterstützt ist, geht die Erfindung den Weg, die Welle nur an einem Ende festzulegen. Um die erforderliche Stabilität zu bieten kann die Welle dort Stabil an dem Spalttopf befestigt sein oder über einen axialen Abschnitt in einer entsprechenden Halterung aufgenommen sein.
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Die Welle erstreckt sich gemäß der Erfindung zentral in einer Symmetrieachse des Spalttopfes und der Rotor kann auf die Welle aufgesteckt oder aufgeschoben werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Lager, welche eine ordnungsgemäße Drehung des Rotors auf der Welle ermöglichen, fest mit dem Rotor verbunden. Wie oben gesagt, wirkt das geförderte Medium bei einer Nassläuferpumpe mit einem geringen Anteil als Schmiermittel zwischen den Lagern am Rotor und der Welle und schmiert den Umlauf des Rotors auf der Welle. Werden gemäß der Erfindung die Lager fest mit dem Rotor verbunden, so ist ein Modul aus Rotor und Lagern gebildet, welches auf die Welle aufschiebbar ist und wiederum in reproduzierbarer Weise die Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander vorgibt. Die axiale Lage der Lager bezüglich des Rotors und bezüglich der Welle ist festgelegt, da der Rotor und die Lager eine feste Verbindung haben. Außerdem ist ein Verdrehen oder Verkanten der Lager gegenüber der Welle oder sonstigen Bauteilen nicht möglich.
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Das Konzept der Erfindung ist unter Auswahl verschiedener Materialien sowohl für das Lager als auch für den Spalttopf möglich. Insbesondere kann der Spalttopf aus Edelstahl gebildet sein, es ist jedoch auch die Bildung des Spalttopfes aus anderen Materialien möglich. Die Lager können am Rotor in beliebiger Weise ausgebildet sein, sie können integral mit dem Rotor ausgebildet sein oder in eine Aufnahmeöffnung für die Rotorwelle eingepresst oder eingeklebt sein.
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Zur Montage oder bei Reparatur entfällt bei dieser erfindungsgemäßen Bauweise mit Modulen eine aufwendige und fehleranfällige Justage des Motorlaufs und die Anzahl der vor Ort zu handhabenden Bauteile wird reduziert. Der Rundlauf der Pumpe ist nach der Montage fehlerfreier Bauteile jederzeit gewährleistet, eine Falschmontage nahezu ausgeschlossen.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Antriebs- und Fördermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Die 2a, 2b, 2c zeigen Ansichten des Rotormoduls und des Spalttopfmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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1 zeigt in schematischer Ansicht ein Antriebsmodul mit Fördereinheit einer erfindungsgemäßen Pumpe.
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Ein Gehäuse 1 nimmt einen elektrischen Motor sowie zugehörige Steuerelemente und Elektronik auf (nicht gezeigt). Das Laufrad 2 ragt aus dem Gehäuse heraus und im fertig montierten Zustand in das fluiddurchflossene Pumpengehäuse hinein, um das Fluid zu fördern.
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Der mit dem Laufrad gekoppelte Rotor liegt innerhalb des Gehäuses. Der Rotor mit dem Laufrad 2 ist in einem Spalttopf 3 angeordnet, welcher den vom Fluid eingenommenen Raum von den übrigen Komponenten, insbesondere den Antriebskomponenten innerhalb des Gehäuses 1 trennt.
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2a zeigt den Spalttopf 3 und den aus dem Spalttopf 3 herausgezogenen Rotor mit Laufrad 2 und Magneten 4. Der Rotor sitzt im montierten Zustand auf einer Welle 5. Erfindungsgemäß ist die Welle 5 fest mit dem Spalttopf 3 verbunden. Die Welle 5 hat daher eine unveränderliche Lage zum Spalttopf, da sie fest zu diesem ausgerichtet und mit diesem verbunden ist. Ein freies Ende der Welle, welches ein Aufschieben des Rotors erlaubt, ragt in Richtung des offenen Endes des Spalttopfes hervor.
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Die in diesem Beispiel gezeigte Welle weist eine Öffnung im freien Ende auf, in welchem eine Befestigung des Rotors gegen ein axiales Verrutschen möglich ist. Der Rotor gleitet im Betrieb auf Lagern auf der Welle ab.
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Es ist dem Fachmann klar, dass auch beliebige andere Arten von Laufrädern oder Gestaltungen der Welle möglich sind. Wesentlich ist, dass die Welle fest mit dem Spalttopf verbunden ist und so die Lage des Rotors in der Pumpe vorgibt. Außerdem ist ein freies Ende der Welle vorhanden, um den Rotor aufzuschieben. Sowohl eine Montage als auch eine Reparatur oder ein Austausch von Komponenten ist dadurch einfacher möglich, da keine sensible Ausrichtung des Rotors auf der Welle erforderlich ist.
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2b zeigt eine geschnittene Ansicht der in 2a gezeigten Anordnung.
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Die Welle 5 ist fest mit dem Spalttopf 3 verbunden, indem am rückwärtigen Ende eine axiale Fixierung der Welle 5 im Spalttopf vorgegeben ist.
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Die Art der Befestigung in dieser Darstellung verleiht der Welle eine erhöhte Stabilität, da ein längerer axialer Abschnitt der Welle fest in einer Aufnahme am Spalttopf aufgenommen ist. Die Aufnahme ist in diesem Beispiel mit Rippen stabilisiert, die sich vom Gehäuse des Spalttopfes 3 zum rückwärtigen Ende der Aufnahme erstrecken. Die Welle ist damit auch bei leichter Unwucht gegen Ausschlagen oder Taumelbewegungen geschützt.
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Während bei anderen Pumpen gemäß dem Stand der Technik die Welle an mehreren, axial beabstandeten Punkten unterstützt wird ist bei der erfindungsgemäßen unmittelbaren Verbindung der Welle mit dem Spalttopf, je nach Stabilität des Spalttopfes und der Verbindung zwischen Welle und Spalttopf, eine solche Verbindung sinnvoll, welche die Welle über einen längeren Abschnitt aufnimmt und stabilisiert.
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Die Schnittansicht zeigt auch den Rotor mit den Magneten 4 sowie den erfindungsgemäß mit dem Rotor verbundenen Lagern 6a und 6b. Die Lager 6a und 6b sind fest mit dem Rotor verbunden und axial zueinander angeordnet. Wird der Rotor mitsamt der Lager auf die Welle 5 aufgeschoben, so sichern die Lager mit ihrer vorgegebenen Ausrichtung einen Rundlauf des Rotors. Das Aufschieben ist in diesem Ausführungsbeispiel deshalb in einfacher Weise möglich, da die Welle 5 ein freies Ende aufweist und in ihrer Lage zum Spalttopf 3 fest vorgegeben ist. Da die Lager 6a und 6b in ihrer Lage am Rotor ebenfalls fest vorgegeben sind, ist eine Justage des Rotors auf der Welle oder der Welle zum Spalttopf überflüssig. Im Betrieb schmiert das geförderte Medium die Gleitlager 6a und 6b, die auf der Welle und dem zwischen Welle 5 und Lagern 6a, 6b befindlichen Flüssigkeitsfilm abgleiten.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, ein einziges Lager im Rotor anzuordnen, welches sich über einen längeren axialen Abschnitt der Welle erstreckt. Andererseits ist es auch möglich, mehr als die gezeigten zwei Lager fest mit dem Rotor zu verbinden.
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2c zeigt eine schematische Schnittansicht der Anordnung aus den 2a und 2b, welche die Anordnung der Elemente zueinander weiter verdeutlicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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