DE2245009C3

DE2245009C3 - Spaltrohrmotor für ein Pumpenaggregat mit Kunststoffgehäuse und mit Pumpenrad vereinigtem Rotor

Info

Publication number: DE2245009C3
Application number: DE2245009A
Authority: DE
Inventors: Walter 7616 Koengen Wiedenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-14
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2264934B2; DE2245009A1; DE2264934A1; DE2245009B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Spaltrohrmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Spaltrohrmotor für ein Pumpenaggregat ist aus der CH-PS 4 72 581 bekannt Der Motor ist dabei als bürstenloser elektronisch kommutierter Universalmotor ausgebildet, dessen Stator eine für Universalmos toren mit ausgeprägten Polen typische Statorwicklung trägt und dessen permanent-magnetischer Rotor mit dem Pumpenrad vereinigt ist Ein solcher Spaltrohrmotor hat in der Regel keine Anlaufschwierigkeiter, doch ist wegen der elektronischen Kommutierungs- oder

ίο Steuerschaltung, die Transistoren oder gesteuerte Stromrichter enthält, der Aufbau des Spaltrohrmotors verhältnismäßig teuer und aufwendig. Davon abgesehen muß die elektronische Steuerschaltung bei einer für Unterwasserbetrieb geeigneten Ausbildung des Motor pumpenaggregats in dem Kunststoffgehäuse herme tisch abgedichtet untergebracht werden, was Probleme hinsichtlich des Platzbedarfes und der Abführung der in der Steuerschaltung entstehenden Verlustwärme mit sich bringt. In der Praxis sind daneben, wie in der CH-PS

-'<i 4 72 581 erwähnt, auch Spaltrohrmotoren für Pumpenaggregate bekannt, die ais Asynchronmotoren ausgebildet sind. Die Kurzschlußläufer dieser Asynchronmotoren sind häufig gegen das zu fördernde Medium nicht ausreichend korrosionsbeständig; darüber hinaus sind

Ji die Motoren in der Herstellung nicht ganz billig und nicht einfach genug.

Aus der DE-OS 15 13 857 und der CH-PS 5 21 043 sind selbstanlaufende Synchronmotoren in Klauenpolweise mit ringförmigen Spulenkörper bekannt. Diese

i't Motoren sind jedoch nicht hermetisch geschützt als Spaltrohrmotoren ausgebildet; sie sind vielmehr zur Verwendung als Uhrwerksantriebsmotoren oder zum Antrieb von kleinen Schaltwerken etc. bestimmt. Wegen ihres speziellen auf diesen Zweck abgestellten Aufbaus

ij sind sie nicht in der Lage, das für den Betrieb eines Motorpumpenaggregats erforderliche, verhältnismäßig hohe Drehmoment aufzubringen. Während bei dem Synchronmotor nach der DE-OS 15 ϊ 3 857 die Polschuhe in Gestalt von zungenförmig ausgestanzten Polzak-

i" ken zweier Standerpolblcche ausgebildet sind, sind in der CH-PS 5 21043 verschiedene asymmetrische Ausbildungen der Polschuhe beschrieben, die in einer Ausführungsform beispielsweise die Gestalt einseitig abgeschrägter Zähne mit einer Ausnehmung zwischen einer Seiten- und anschließender Stirnberandung annehmen können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spaltrohrmotor für ein Motorpumpenaggregat zu schaffen, der bei

■'><> absoluter Betriebssicherheit sich durch kleinen Platzbedarf, einfache Herstellungsmöglichkeit und dennoch sicheren Selbstanlauf sowie hohes Betriebsdrehmoment auszeichnet, wobei die elektrisch empfindlichen Teile hermetisch derart abgeschlossen sind, daß der Motor

^ gemeinsam mit dem Motorpumpenaggregat für Unterwasserbetrieb geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die asymmetrisch ausgebildeten Polschuhe gewähr-

w leisten einen sicheren Selbstanlauf, vorzugsweise in einer Drehrichtung, und zwar trotz des großen Luftspaltes. Außerdem wird dem Rotor eine leicht oszillierende Axialbewegung erteilt, die zu einem minimalen Achs- und Lagerverschleiß führt. Der Motor

·■"' benötigt lediglich eine einfache Ringspule, die leicht herstellbar ist, während der Gesamtaufbau besonders einfach und rationell ist. Ausgehend von praktisch gleichen Bauelementen kann im Rahmen einer sehr

einfachen Montage durch Einfügen verschieden breiter Polschuhe in jeweils entsprechender Anzahl die Polzahl und damit die Drehzahl des Motors den jeweiligen Einsatzbedingungen angepaßt werden, ohne daß dies eine Konstruktionsänderung bedingen würde. Dadurch, daß die Polschuhe mit dem Stator und der Ringspule mit Kunststoffmaterial vergossen sind, sind zum einen die Polschuhe brummfrei fixiert, während zum anderen ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Motor ausgeschlossen ist. Die Ausbildung der Polschuhe nach Art von Ausschnitten eines Zylindermantels gestattet es, ohne weiteres große magnetische Flüsse zu erzeugen, ohne daß der magnetische Widerstand im Bereiche der Polschuhe zu groß würde.

Die parallelseitig begrenzten Polschuhe können in einer vorteilhaften Ausführungsform jeweils auf der der zugeordneten Endscheibe abgewandten Seite eine seitlich angeordnete, sich über eine Seiten- und die anschließende Stirnberandung erstreckende Ausnehrr uns aufweisen.

Um die Montage zu erleichtern, ist es zweckmäßig, wenn die mit dem Stator sonst unverbundenen Polschuhe in formentsprechend gestalteten Ausnehmungen eines die zylindrische Büchse umgebenden Spulenkörpers lagerichtig gehalten sind. Die Ausnehmungen können hierbei durch schmale angeformte Stege des Spulenkörpers seitlich begrenzt sein. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei der Montage die Polschuhe lediglich in die Ausnehmungen des Spulenkörpers eingelegt werden brauchen.

Der Spulenkörper kann im übrigen durch angeformte mit Ausnehmungen der Endscheiben zusammenwirkenden Vorsprünge formschlüssig lagerichtig bezüglich der Endscheibe fixiert sein, wodurch die Montage weiter erleichtert wird.

Der Anlauf des Spaltrohrmotors kann dadurch weiter erleichtert werden, daß das Pumpenrad an einer zylindrischen Nabe um parallel zur Drehachse verlaufende Schwpnkachsen begrenzt verschwenkbare Pumpenradflügel aufweist. Dadurch wird erreicht, daß bei geringer Drehzahl, d.h. beim Anlaufen, der Motor zunächst ein kleines Drehmoment aufzubringen hat, das mit zunehmender Drehzahl stetig in dem Maße größer wird, in dem unter der Wirkung der Fliehkraft die Pumpenradflügel in die Radialricht, ng bezüglich der Drehachse des Pumpenrades überführt werden. Die PumpenradRüge! sind zweckmäQigerweise aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, hergestellt. wodurch eine rückfederrries Moment erzeugt wird, das sich ebenfalls günstig auf den Anlauf und die Laufruhe auswirkt.

In einer vorteilhaften praktischen Ausführungsform kann die Anordnung dabei derart getroffen sein, daß die Pumpenradflügel rr.it zylindrischen Ansätzen in entsprechenden zylindrischen achsparallelen Lageröffnungen der Nabe gelagert und durch ein lösbar auf die Nabe aufgesetztes Endteil unverlierbar gehalten sind. Dabei kann das Endteil eine mit der Nabe oder einem mit dieser verbundenen Teil verrastete Ringscheibe sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. I einen Spaltrohrmotor gemäß der Erfindung mit zugeordnetem Pumpenaggregat, geschnitten längs der Linie l-l der F i g. 2. in einer Seitenansicht.

F i g. 2 die Anordnung nach Fig. I in der Draufsicht,

F i g. 3 die Anordnung nach F i g. I teilweise geschnitten lungs der Linie lll-lll der Fi g. Linder Draufsicht,

I ι g. 4 den Stator des Spaltrohrmotors nach Fig.] in perspektivischer Darstellung,

Fig.5 die Polschuhe des Stators nach Fig.4, in der Abwicklung und in der Draufsicht und

F i g. 6 den Spulenkörper und den Stator des Spaltrohrmotors nach Fig. 1 im Querschnitt, in einer Seitenansicht

Das in der Zeichnung dargestellte Motorpumpenaggregat besteht aus einem Spaltrohrmotor 1 und einem in einer an dem Motorgehäuse angeformten Pumpenkammer 2 umlaufenden Pumpenrad 3, das mit dem Rotor 4 des Spaltrohrmotors 1 koaxial gekuppelt ist

Der Spaltrohrmotor 1 ist ein selbstanlaufender Synchronmotor mit einem permanent-magnetischen Rotor 4, der hei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vierpolig ausgebildet ist. Der Rotor 4 ist radial polarisiert, so daß die vier Magnetpole mit wechselnder Polarität gleichmäßig rings um den Rotorumfang verteilt sind. Dem Rotor 4 ist ein topfförmiger, aus Eisen bestehender Stator 5 zugeordnet, der in einem Kunststoffgehäuse 6 untergebracht iu, an dem einstükkig eine sich nach außen öffnende zylindrische topfartige Büchse 7 angeformt ist, die einseitig bei 8 verschlüssen ist. Die zylindrische Büchse 7 liegt in dem Luftspalt zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 4; sie ist koaxial ^j der bei 9 angedeuteten Drehachse des Rotors 4 angeordnet (F ig. 1).

Der Stator 5, dessen Einzelheiten insbesondere aus den F i g. 4 —6 zu ersehen sind, weist einen zylindrischen Eisenmantel 10 auf, der an einer Steile durch einen Längsschlitz 11 geöffnet ist und in den beidseitig zwei Endscheiben 12 eingespannt sind, die ebenfalls aus Eisen bestehen. Die Endscheiben 12 weisen eine den Durchtritt der zylindrischen Büchse 7 des Gehäuses 6 gestattende mitlige Öffnung 13 auf, in welche einen Teil des Stators 5 bildende Polschuhe 14 in der aus den Fig. 4 und 5 ersichtlichen Weise eingesetzt sind. Die Polschuhe 14 sind asymmetrisch ausgebildet, sie sind parallelseitig begrenzte nach Art von Ausschnitten eines Zylindermantels gekrümmte Blcchstückc, die jeweils auf einer Seite eine seitlich angeordnete, sich über eine Seitenberandung 15 und die anschließende Stirnberaridung 16 erstreckende Ausnehmung 17 aufweisen. Diese Polschuhe 14 sind in den Stator 5 derart eingesetzt, daß sie jeweils abwechselnd mit einer Endscheibe 12 magnetisch leitend verbunden sind, wie dies insbesondere aus F i g. 4 zu ersehen ist. Damit ergibt sich eine Klauenpolanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der von einer in dem Stator 5 angeordneten, in einem Spulenkörper 18 sitzenden Ringspule 19, erze igte magnetische Fluß, der den Mantel 10 des Stators 5 in Achsrichtung durchströmt und von den Endscheiben 12 in Radialrichtung zu den Pilsc'ieiben 14 geleitet wird, gezwungen ist, zwischen benachbarten, durch Luftspalte gegeneinander mapnetisch isolierten Poischuhen 14 seinen Weg über den Rotor 4 zu nehmen, womit in an sich bekannter Weise das Drehmoment erzeugt wird.

Die Polschuhe 14 sind wegen der Ausnehmungen 17, die jeweils auf der der zugeordneten Endscheibe 12 abgewandten Seite sich befinden, asymmetrisch. Durch diese Ausbildung der Polschuhe 14 wird einerseits ein Selbstanlauf des Motors gewährleistet und andererseits eine gewisse Pulsationsbewegung in Achsrichtung des Rotors 4 erzielt, velche sich günstig im Sinne der Verminderung des Verschleißes der Lager auswirkt.

Der aus Isoliermaterial bestehende Spulenkörper 18 ist mit Ausnehmungen 20 im Bereiche seiner Innetibohrung versehen, welche durch angeformte Stege 21

seitlich begrenzt sind und /ur Aufnahme tier l'olschiilie 14 dienen, zu der lagerichtigen l-'ixieriing außerdem noeh kurze Stege 22 vorgesehen sind, die in die zugeordnete Ausnehmung 17 in der aus I■'i g. h ersichtlichen Weise ragen. Hei der Montage brauchen damit die l'olschuhe 14 lediglich in die Ausnehmungen 20 eingelegt zu werden, wobei durch die Siege 21, 22 die richtige Lage der l'olschuhe 14 gewährleistet ist. Außerdem weist tier Spulenkörper 18 einen angeform ten Vorsprung 23 auf, der gleichzeitig zum Anschluß de · Hinführtülle 24 des elektrischen Anschlußkabels der Ringspule 19 dient und der in eine entsprechende Ausnehmung 25 der zugeordneten Lndscheibe 12 eingreift, womit dio gegenseitige Zuordnung der F.ndschcibc und des Spulenkörpers gewährleistet isi. Line entsprechende Zuordnung des Spulenkörpers 18 /ü der linderer! Radscheibe !2 is! durch ein" η ähnü-lvr jeweils aus einen elastischen Material, beispielsweise (iiimmi. bestehen, jeder l'umpenradflügcl V ist mit einem angeformten zylindrischen Ansät/ 38 versehen, der in eine entsprechende zylindrische achsparallele l.ageroffruing 39 der Nabe 26 eingesetzt und in dieser etwa um einen Winkel von 4V verschwenkbar gelagert ist. Die !'iimpenradflügel M sind durch ein auf die Nabe 2fi aufgesetztes lindteil in Gestalt einer elastischen Ringscheibe 40 unverlierbar gchallcrt. welche mit einem konisch ausgebildeten Ansatz 41 in der Lagerbüchse 27 verrastet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die l'iimpenradflügel 37 bei Bedarf von der Nabe 26 zu losen und erforderlichenfalls durch andere zu ersetzen.

Das den Stator 5 aufnehmende Gehäuse 6 ist mit einem angeformtcn Ansatz 42 verschen, in den die l'umpenkammernabdeckung 33 in der aus I" ig. 1 ,.,^.■l.ili,!,,.,! W,.i_tn i.moi< <ln'Ll id ₁ιηι1 (irr in i'ini-r

in der Zeichnung nicht weiter dargestellten angeformten Vorsprung des Spulenkörpers gegeben, der in eine entsprechende Ausnehmung der Fndschcibe eingreift

Der Stator 4 mit den mit ihm sonst unverbundenen l'olschuhen 14 sowie mit der Ringspule 19 und dem Spulenkörper 18 ist in dem Gehäuse 6 mit Kunststoff material vergossen, wobei cndscitig noch ein Deckel aufgesetzt werden kann, der in F i g. I im einzelnen nicht veranschaulicht ist. Damit ist eine hermetische Versiegelung der gegen Fcuchtigkeitseinflüße empfindlichen Ringspule 19 gewährleistet, während andererseits dis l'olschuhe 14 und die anderen in dem Gehäuse % enthaltenen Teile fixiert sind.

Der Rotor 4 ist mit dem Pumpenrad 3 mittels einer Nabe 26 starr verbunden, in die zwei Lagerbüchsen 27', 28 eingefügt sind, welche zweckmäßigerweise aus Kunststoffmatcrial bestehen und, wie aus F i g. I zj ersehen, eine besonders große Lagerfläche aufweisen. Die Nabe 26 ist mittels der Lagerbüchsen 27, 28 auf einer durchgehenden Achse 29 drehbar gelagert, die endseitig in Gummitüllen 30 aufgenommen ist.

Die beiden Gummitüllen 30 sind endseilig verschlossen; die untere Gummitülle (Fig. I) ist in eine entsprechende öffnung 31 der zylindrischen Büchse 7 eingefügt, während die obere Gummitülle 30 (F i g. 1) in einer Öffnung 32 einer auf das Gehäuse 6 lösbar aufgesetzten und die Pumpenkammer 2 begrenzenden Pumpenkammerabdeckung 33 sitzt.

Das Pumpenrad 3 weist in der vorliegenden Ausführungsform drei Pumpenradflügel 37 auf. die ringsumlaufenden Ausnehmung eine O Ring-Dichtung 4} trägt. Die Anordnung ist derart getroffen, daß das Motorpumpenaggregat mit dem Ansatz 42 in eine entsprechende Ausnehmung, beispielsweise eines Aquariumfilters eingeschoben und dort mittels eines an dem Gehäuse fi angeformtcn Bajonettverschlusses 4? (I ig. 2) verriegelt werden kann. Hierbei wird die Piimpenkammerabdeekung ii mit einer Schulter 44 auf den Ansät ' 42 des Gehäuses 6 aufgedrückt, so daß die Piimpenkammerabdeekung 33 fest mit dem Gehäuse 6 verbunden ist.

Längs des Umfanges der f'umpcnkammer 2 sind in der Pumpenkammerabdeckung 33 drei symmetrisch verteilte Pumpenauslässe ausgebildet, von denen jeweils einer in den V i g. I und 3 bei 45 sichtbar ist. Außerdem weist die Pumpenkammerabdeckung 33 einen koaxial zur Drehachse 9 angeordneten Ansaugstutzen 46 auf. in dem die das eine Achslager bildende Gummitülle 30 mittels eines Lagersternes47(Fig. 3)gehaltert ist.

Als Ausführungsbeispiel wurde im Vorstehenden eine vierpolige Ausführung des Motors beschrieben. Der Motor kann aber auch ohne Schwierigkeiten in mehrpoliger Ausführung hergestellt werden. Außerdem gestattet es die spezielle Gehäusekonstruktion, den Motor für unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise zum Antrieb oder zur Zeitsteuerung für Futterautomaten usw. zu benutzen, !!ierzu brauch; lediglich ein entsprechender Kopfteil aufgesetzt zu werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ψ-fs·

1. Spaltrohrmotor für ein Pumpenaggregat mit Kunststoffgehäuse und mit dem Pumpenrad vereinigten permanentmagnetischem Rotor, welcher in einer in dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor liegenden zylindrischen Büchse drehbar gelagert ist, die die Putppenkammer nach außen hin abgedichtet abschließt und auf die der Stator aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem in Klauenpolbauart mit einer Ringspule (19) und mit abwechselnd mit zwei koaxialen, beidseitig der Ringspule (19) liegenden Endscheiben (12) magnetisch leitend verbunden, rings um den Umfang des Rotors (4) verteilt angeordneten asymmetrischen Polschuhen (14) ausgebildeten topfförmigen Stator (5) die Polschuhe (14) nach Art von Ausschnitten aus einem Zylindermantel gekrümmte eigene Blechs'ükke sind, die .nvt dem Stator (5) und der Ringspule (19) mit K unsl steinmaterial vergossen sind.

2. Spaltrohrmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelseitig begrenzten Polschuhe (14) jeweils auf der der zugeordneten Endscheibe (12) abgewandten Seite eine seitlich angeordnete, sich über eine Seiten- (15) und die anschließende Stirnberandung (16) erstreckende Ausnehmung(17) aufweisen.

3. Spaltrohrmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Stator (5) sonst unverbunden^n Polschuhe (14) in formentsprechend gestalteten Ausnehmungen (20) eines die zylindrische Büchse (7) umgeoender. Spulenkörpers (18) lagerichtig gehalten sind.

4. Spaltrohrmotor nach An pruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (20) durch schmale singeformte Stege (21) des .Spulenkörpers (18) seitlich begrenzt sind.

5. Spaltrohrmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (18) du'ch angeforrrite, mit Ausnehmungen (25) der Endscheiben (12) zusammenwirkende Vorsprünge (23) formschlüssig lagerichtig bezüglich der Endscheiben (12) fixiert ist.

6. Spaltrohrmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (3) an einer zylindrischen Nabe (26) um parallel zur Drehachse (9) verlaufende Schwenkachsen begrenzt vcischwenkbare Pumpenradflügel (37) aufweist.

7. Spaltrohrmotor nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenradflügel (37) aus einem elastischen Material bestehen.

8. Spaltrohrmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenradflügel (37) mit zylindrischen Ansätzen (38) in entsprechenden zylindrischen achsparallelen Lageröffnungen (39) der Nabe (26) gelagert und durch ein lösbar auf die Nabe (2<i) aufgesetztes Endteil (40) unverlierbar gehalten sind.

9. Spaltrohrmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Endteil eine mit der Nabe (26) oder einem mit dieser verbundenen Teil (41) verrastete Ringscheibe (40) ist.