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Pumpe, insbesondere Trafoölpumpe Die Erfindung betrifft eine Pumpe,
insbesondere Trafoölnumpe, mit angebautem Elektromotor. Bei solchen als Baueinheit
ausgebildeten Pumpenaggregaten ist es bekannt, zwischen dem Pumpenrad und dem Rotor
des Elektromotors einen Dichtungsring, beispielsweise aus Kohle oder Hartmetall,
vorzusehen, um dadurch das Eindringen der von der Pumpe zu fordernden Flüssigkeit
in den Motor und in die Lager zu verhindern.
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Wegen des unvermeidlichen Verschleißes am Dichtungselement kann eine
solche Baueinheit nur dort eingesetzt werden, wo eine regelmäßige Wartung möglich
ist.
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Ferner sind als Baueinheit ausgebildete Pumpenaggregate bekannt, die
von einem sog. Spaltrohrmotor angetrieben werden. Da das im Spalt zwischen dem Rotor
und dem Stator vorgesehene Rohr nur den Stator vor dem Eindringen der von der Pumpe
zu fördernden Flüssigkeit schützt, gelangt die Flüssigkeit hier an die Lager des
Aggregates. Sofern die Flüssigkeit keine oder keine ausreichende Schmierfähigkeit
hat, wie dies bei Trafoöl der Fall ist, ist eine ständige Wartung des Aggregates
ebenfalls unermaßlich. Zur Vergrößerung der Abstände zwischen zwei Wartungen ist
es ferner bekannt, eine Doppelpumpe einzusetzen. Hierbei handelt es sich um zwei
je aus Pumpe und Antriebsmotor bestehendenAggregaten,von denen normalerweise nur
das eine in Betrieb ist, während das andere nur dann selbsttätig eingeschaltet wird,
wenn das erste ausfällt. Besonders nachteilig ist hierbei die Störanfälligkeit,
da Störungen sowohl in den beiden Aggregaten als auch in der zugehörigen Steuerung
auftreten können. Ferner ist der sich hierbei ergebende Aufwand in vielen Fällen
unannehmbar groß. Außerdem reicht die erzielbare Lebensdauer bei weitem nicht aus,
um die Doppelpumpe beispielsweise in einer unterirdischen, nicht zugänglichen Trafostation
einzusetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe mit angebautem
Elektromotor zu schaffen, die wartungsfrei ist und, beispielsweise beim Einsatz
als Trafoölpumpe, eine Lebensdauer erreicht, welche mindestens gleich der Lebensdauer
des Transformators ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Lagerung der sowohl den Rotor des Motors als auch das Pumpengende
Welle
in wenigstens einem Gehause vorgesehen ist, welches das für die Lagerung erforderliche
Schmiermittel aufzunehmen vermag sowie bis auf eine Durchtrittsöffnung für die Welle
dicht verschlossen ausgebildet ist und an der Durchtrittsöffnung mittels einer Flüssigkeitsdichtung
abgedichtet ist.
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Die Anordnung der Lagerung in einem dicht verschlossenen Gehäuse ermöglicht
es, das oder die Lager mit einem Schmiermittel zu schmieren, das eine äußerst hohe
Lebensdauer garantiert. Die Flüssigkeitsdichtung verhindert dabei mit Sicherheit,
daß die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit in das die Lager und das Schmiermittel
enthaltende Gehäuse eindringen kann, auch wenn keine Wartung möglich ist, da eine
solche Dichtung verschleißfrei ist.
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Das Pumpenaggregat kann deshalb auch beispielsweise ständig in die
von der Pumpe zu fördernde Flüssigkeit eingetaucht sein, was sogar besonders vorteilhaft
ist, wenn die im Aggregat entstehende Wärme an die umgebende Flüssigkeit abgegeben
werden kann. Eine Abdichtung des Gehäuses ist auch dann, wenn das Aggregat beispielsweise
in Trafoöl eingetaucht ist, wichtig, weil Trafoöl von seiner Viskosität her keine
ausreichende Schmierfähigkeit hat. Ferner ist von besonderem Vorteil, daß durch
den Wegfall einer Wellendichtung am Pumpengehäuse oder zwischen Pumpe und Motor
die bei solchen Wellendichtungen auftretenden Probleme umgangen sind.
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Vorteilhafterweise ist die Welle vertikal angeordnet und nur an ihrem
unteren Ende gelagert. Sowohl durch die vertikale Lage der Welle als auch die Anordnung
des Gehäuse am unteren Ende vereinfacht sich die Ausbildung der Dichtung seil keine
aufwendigen Maßnahmen getroffen zu werden brauchen, um auch bei stillstehender Welle
eine zuverlässige Abdichtung zu haben.
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Bei einer wegen ihrer konstruktiven Einfachheit bevorzugten Ausführungsform
weist die Flüssigkeitsdichtung zwei gleichachsig nebeneinander angeordnete, rotationssymmetrische
Teile auf, von denen der erste drehfest auf der Welle sitzt und der zweite unter
Bildung eines Spaltes zwischen den einander zugekehrten Stirnflachen beider Teile
fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Ferner ist hierbei der erste Teil mit einer
nach innen offenen sowie mit dem Spalt in Verbindung stehenden Ringnut versehen,
in die ein Ringbund des zweiten Teils eingreift. Die Dichtungswirkung wird hierbei
dadurch erreicht, daß Flüssigkeit sowohl im Spalt zwischen den beiden Teilen als
auch in dem Spalt zwischen dem
Ringbund des zweiten Teils und der
freien Flanke der Ringnut des ersten Teils unter der Wirkung der Fliehkraft radial
nach außen in den Grund der Ringnut des ersten Teils gedrängt wird.
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Hier taucht der Ringbund in die Flüssigkeit ein, wodurch eine einwandfreie
Dichtung erzielt wird.
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Die Ringnut kann ein halbkreisförmiges Profil haben und ihre dem zweiten
Teil abgekehrte Flanke kann durch die den Spalt begrenzenden Stirnflächen der beiden
Teile gebildet sein.
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Zweckmäßigerweise ist dabei die andere Flanke auf eine nach außen
offene Ringnut des zweiten Teils ausgerichtet. Ferner weist vorteilhafterweise der
Ringbund ein sich nach außen verjüngendes Keilprofil auf. Durch diese Maßnahmen
ergeben sich besonders günstige Eigenschaften der Flüssigkeitsdichtung.
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Als Schmiermittel ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Schmieröl,
vorzugsweise Dampfturbinenöl, vorgesehen, da ein 1 eine Umwälzung und damit eine
optimale Schmierung eines Lagers gestattet.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform erwiesen,
bei der alle vorhandenen Lager vollständig in das Schmieröl eingetaucht sind und
der Raum zwischen dem ?1Spiegel und der Flüssigkeitsdichtung mit Stickstoff gefüllt
ist. Korrosionserscheinungen an den Lagern sind hierdurch vollständig ausgeschaltet.
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Eine Olumwälzung in dem das Lager oder die Lager aufnehmenden Gehäuse
läßt sich in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß man die Welle mit einer
in Richtung vom unteren Wellenende zum Olspiegel hin wirkenden blfördereinrichtung
versieht. Diese tilfördereinrichtung kann beispielsweise durch schraubenförmige
Rillen in der ellenoberfläche gebildet sein. Es ist aber auch beispielsweise möglich,
eine zentrale Bohrung vorzusehen und diese im oberen Teil des Gehäuses in mindestens
eine vom Zentrum zur Außenmantelfläche führende Bohrung einmünden zu lassen.
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Im Hinblick auf eine möglichst hohe Lebensdauer der Lager ist es wegen
der fliegenden Lagerung des Rotors und des Pumpenrades zweckmäßig, zwei in axialem
Abstand voneinander angeordnete Lager vorzusehen. Vorzugsweise wird dabei das am
unteren Wellenende vorgesehene Lager als Festlager ausgebildet, weil hierdurch der
zur axialen Festlegung erforderliche Einstich in die Motorwelle deren Widerstandsmoment
praktisch nicht beeinflußt.
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Trotzdem ist es zweckmMßig, den Motor so kurz wie möglich zu bauen,
da hierdurch auch die Lagerbelastung so gering wie möglich gehalten werden kann.
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Im Hinblick auf eine möglichst große Lebensdauer ist es auch vorteilhaft,
zumindest die Wickelköpfe der Statorwicklung durch eine Hülse innen abzudecken und
in Kunstharz einzubetten. Die Statorwicklung wird dadurch vor einer Beschädigung
durch die Flüssigkeit, welche in das Motorinnere eindringen kann und mit dem Rotor
mitrotiert, geschützt. Außerdem vermindert eine solche Abdeckung die Reibungsverluste
zwischen Flüssigkeit und Stator.
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Sofern die Pumpe in einem Gehäuse angeordnet werden soll, wie dies
beispielsweise in der Regel bei einem Einsatz als Trafoölpumpe der Fall ist, hängt
das Motorgehäuse, in dem auch das Pumpenrad angeordnet ist, vorzugsweise an einem
Flansch, mittels dessen der Behälter, welcher das von der Pumpe zu fördernde Medium
enthält, dicht verschließbar ist. Dieser Flansch vorzugsweise ist/mit einer konischen
Bohrung zur dichten Durchführung eines mit einem entsprechenden Außenkonus versehenen
Ansaugrohres für die Pumpe-sowie mit mindestens einer Durchführung für die Zuleitungs.drähte
zum Motor verseheLDer dichte Verschluß des Behälters wird auf diese Weise durch
das Ansaugrohr und die Zuleitungen nicht beeinträchtigt, was beispielsweise bei
einer unterirdischen Transformatorstation von entscheidender Bedeutung ist. Ferner
ist das Prinzip, das zu fördernde Medium über ein Ausgangsrohr anzusaugen und direkt
in den das Aggregat enthaltenden Behälter zu drücken,von Vorteil, da hierbei keine
Abdichtung des Pumpengehäuses gegenüber der Umgebung erforderlich ist.
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Um eine maximale Zuverlässigkeit der Durchführungen für die elektrischen
Zuleitungen zum Motor zu erreichen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform für
jede Zuleitung, welche vorzugsweise zur Vermeidung von Störungen ohne Zwischenverbindung
zum Motor geführt sind, eine eigene Durchführung im Flansch vorgesehen.
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Die Durchführungskanäle, in denen die Isolierung der Zuleitungen endet
und in die ein über den abisolierten Abschnitt der Zuleitung geschobener und dichtend
an ihr anliegender Stopfen ragt, sind hierbei mit einer Vergußmasse ausgefüllt.
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Konstruktiv besonders einfach ist es, das Motorgehäuse über das Ansaugrohr
mit dem Flansch zu verbinden und das Ansaugrohr mit der Welle fluchtend in das dem
Pumpenrad benachbarte Schild des Motorgehäuses einzuführen. Es sind dann zur Aufhängung
des Aggregates am Flansch keine weiteren Teile erforderlich.
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Im folgenden ist die Erfindung anhand eines auf der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ansicht einer unterirdischen
Trafostation mit einer im Gehäuse des Trafos angeordnetAusführungsform der erfindungsgemäßen
Pumpe; Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform und einen Teil des Trafogehäuses;
Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt aus Fig. 2.
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Eine Untergrund-Trafostation weist, wie Fig. 1 zeigt, ein in einer
zugeschütteten Grube stehendes ußeres Gehäuse l auf 1 das dicht verschlossen ist
und einen Transformator 2 enthält.
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Ein Zugang zum Transformator 2 ist also nur möglich, wenn das Erdreich
aufgegraben wird. Alle Teile der Transformatorstation müssen daher wartungsfrei
sein. Das äußere Gehäuse 1 ist mit Durchführungen für Hochspannungskabel 3, Niederspannungskabel
4 sowie Leitungen 5 versehen, welche Teile eines Kühlungssystems bilden, mit Hilfe
dessen die im Transformator entstehende Wärme zu einem getrennt von der Trafostation,
im Ausführungsbeispiel oberirdisch,aufgestellten Wärmeaustauscher 6 transportiert
wird.
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Als Wärmetransportmittel dient das Trafoöl, mit dem der den Trafo
aufnehmende und dicht verschlossene Kessel 7 im erforderlichen Maße gefüllt ist.
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Den ständigen Umlauf des Trafoöls vom Kessel 7 zum Wärmeaustauscher
6 und von diesem wieder zurück zum Kessel 7 sowie innerhalb des Kessels bewirkt
ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Pumpenaggregat, das aus einem Elektromotor und
einer mit diesem zu einer Baueinheit vereinigten Pumpe besteht und im Trafoöl in
relativ geringem Abstand über dem Boden des Kessels 7 angeordnet ist. Das mit vertikaler
Drehachse im Kessel 7 hängende Pumpenaggregat 10 ist am unteren Ende eines Saugrohres
11 befestigt, das mit der Welle 12 des Aggregates fluchtet und in das obere Schild
13 des Motorgehäuses eingeschraubt ist. Das obere Ende des Saugrohres 11, das an
die eine der beiden Leitungen 5 anschließt, ist, wie Fig. 2 zeigt, mit einem Gewindeabschnitt
versehen, an den sich ein Abschnitt mit einem Außenkonus anschließt. Dieser Außenkonus
sitzt in einer konischen Durchgangsbohrung eines aus Guß bestehenden Flansches 14.
Mittels einer auf den Gewindeabschnitt aufgeschraubten Mutter 15 kann der konische
Abschnitt des Saugrohres 11 in der Durchgangsbohrung des Flansches 14 festgezogen
werden. Zur zusätzlichen Abdichtung kann das Saugrohr 11 mit dem Flansch 14 im Bereich
der Durchführung verklebt werden.
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Der Flansch 14 ist ferner mit drei Durchführungen für je eine elektrische
/Zuleitung 16 zum Motcr versehen. Jede Durchführung weist einen Durchführungskanal
auf, der aus einem außen liegenden Abschnitt
mit größeren Durchmesser
und einem innen liegenden Abschnitt mit kleinerem Durchmesser besteht. Die Isolierung
der Zuleitung 16 endet im Bereich des äußeren-Abschnitts des Durchführungskanals
und in diesen Abschnitt ragt auch ein Ringbund eines zylindrischen Stopfens 17 aus
Kunststoff, der dicht an der Wandung des inneren Abschnittes des Durchführungskanals
und an der abisolierten Zuleitung 16 anliegt und eine für eine dichte Anlage an
der Zuleitung 16 ausreichende Länge hat. Der äußere Abschnitt des Durchführungskanals
ist mit einer Vergußmasse 18 gefüllt.
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Ober den abisolierten Abschnitt der Zuleitung 16, der bis zum Motor
führt, ist ein nicht dargestellter Isolierschlauch geschoben. Alle Zuleitungen 16
sind ohne Unterbrechung, also ohne Zwischenklemmen oder Lötstellen, vom Motor zu
Anschlußklemmen am Trafo 2 geführt, um Unsicherheitsfaktoren auszuschalten.
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Der Flansch 14, dessen Durchmesser so groß ist, daß durch die des
Kessels 7 von ihm dicht verschlossene Rffnung 19 eines in den Deckel/eingesetzten
und mit diesem verschweißten Flanschringes 7' das Pumpenrad 10 hindurchgeführt werden
kann, ist mittels Schrauben 20 mit dem Flanschring 7' verbunden. Ein 0-Ring 21 im
Flanschring 7' dient der Dichtung. Außerdem ist im Ausführungsbeispiel der Flansch
14 mit dem Flanschring 7' mittels eines Kunstharzklebers verklebt.
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Der Antriebsmotor ist ein relativ schwach ausgenutzter Drehstrom-Asynchronmotor
mit Kurzschlußläufer. Das Verhältnis von axialer Länge zu Bohrungsdurchmesser ist
wegen der einseitigen Lagerung der Welle 12 relativ klein gewählt. Um einen eventuellen
Isolationsschaden der Ständerwicklung in seinen Auswirkungen so gering wie möglich
zu halten und schweres Schäden als einen Windungsschluß zu vermeiden, ist die Statorwicklung
so ausgebildet, daß ein ausreichend großer Abstand zwischen den verschiedenen Spulen-und
insbesondere denjenigen unterschiedlicher Phase vorhanden ist.
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Der den Stator 25 des Motors haltende Teil 26 des Motorgehäuses ist,
wie bei oberflächengekühlten Motoren üblich, auf seiner Außenseite mit Längsrippen
versehen. Das sich an den Teil 26 auf der dem Flansch 14 zugekehrten Seite anschließende
Schild 13 bildet das PumpengehSuse und ist daher in seinen Innenkonturen auf ein
als Radialrad ausgebildetes Pumpenrad 27 abgestimmt, das fest auf dem oberen Ende
der Welle 12 sitzt, auf die auch der Rotor 28 des Motors aufgepreßt ist.
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An das untere Ende des Teiles 26 des Motorgehäuses schließt sich anstelle
eines üblichen Laderschildes ein Schild 29 an, das einstückig mit einem zylindrischen
Lagergehäuse 30 ausgebildet ist, welches im Ausführungsbeispiel einen Außendurchmesser
hat, der etwa gleich dem Rotordurchmesser des Motors ist. Das obere Schild 13 und
das untere Schild 29 werden mittels Zuganker 51 gegen den Teil 26 des Motorgehäuses
gezogen. An seinem unteren Ende ist das Lagergehäuse 30 durch einen Deckel 31 verschlossen,
der mit Hilfe von Verbindungsbolzen 32 gegen die untere Stirnseite des Lagergehäuses
30 gepreßt wird. Ein 0-Ring 33 zwischen Lagergehäuse 30 und Deckel 31 dient der
Abdichtung. Zusätzlich ist im Ausführungsbeispiel der Deckel 31 mit der unteren
Stirnseite des Lagergehäuses 30 mittels eines Kunstharzklebers verklebt.
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Nahe dem Deckel 31 ist im Lagergehause 30, dessen axiale Länge im
Ausführungsbeispiel etwa halb so groß ist wie der Abstand Mitte Rotor zum unteren
Wellenende und etwa das 0,4 fache der Länge der Welle 12 beträgt, ein erstes, als
Festlager ausgebildetes Wälzlager 34 angeordnet. Federringe sowie eine Schulter
der Welle 12 sichern dieses Wälzlager gegen eine axiale Verschiebung relativ zum
Lagergehäuse 30 und zur Welle 12. Im Bereich des oberen Endes des Lagergehäuses
30, jedoch noch im Abstand vom Rotor 28, ist ein zweites Wälzlager 35 angeordnet,
das sich nach oben an einer Schulter der Welle 12 abstützt. Eine die Welle 12 umfassende,
vorgespannte Schraubenfeder 52, die sich über je einen ringscheibenförmigen Federteller
sowohl
am ersten Wälzlager 34 als auch am zweiten Wälzlager 35 abstützt, kält letzteres
unter einer axialen Belastung, damit auch in diesem Wälzlager nur eine Rollbewegung
zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen auftreten kann, was die Lebensdauer
der Lager wesentlich erhöht.
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Um den Innenraum des Lagergehäuses 30 gegen Verlust von Schmieröl
und gegen das Eindringen von Trafoöl auch im Bereich seines oberen Endes abzudichten,
an dem die Welle 12 eintritt, ist hier eine Flüssigkeits-Fliehkraft-Dichtung vorgesehen,
die aus einem ersten Teil 37, der fest, beispielsweise durch Aufpressen und/oder
Verkleben, mit der Welle 12 verbunden ist, sowie einem zweiten Teil 38 besteht,
der fest und dicht mit dem Lagergehäuse 30 verbunden ist (vgl. Fig. 3). Der zweite
Teil 38 hat zu diesem Zwecke an seiner Unterseite einen hohlzylindrischen Fortsatz,
der von oben her in das Lagergehäuse 30 eingesetzt ist, im Abstand vom zweiten Wälzlager
35 endet und mit der Wandung des Lagergehäuses 30 dicht verklebt ist. Für den Durchtritt
der Welle 12 ist der zweite Teil 38 mit einer an den Wellendurchmesser angepaßten
Bohrung versehen. In die diese Bohrung begrenzende Wandung ist eine Ringnut 40 eingestochen,
die mit Fett gefüllt ist.
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Der zweite Teil 38 der Flüssigkeits-Fliehkraft-Dichtung weist an dem
dem ersten Teil 37 zugekehrten Ende einen sich nach außen zu einer Schneide verjüngenden
Ringbund 41 auf, an dessen nach unten weisender Flanke sich eine nach außen pffene
und im Profil halbkreisförmige Ringnut 42 anschließt.
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Der erste Teil 37 der Flüssigkeits-Fliehkraft-Dichtung, welcher im
Ausführungsbeispiel an dem unteren Kurzschlußring des Rotors 28 anliegt und mit
einem Ansatz in den Ringraum zwischen dem Xurzschlußring und der Welle 12 eingreift,
begrenzt zusammen mit der ihm zugekehrten Stirnseite des zweiten Teils 38 einen
Spalt 44, welcher in eine den Ringbund 41 aufnehmende, im Profil halbkreisförmige
Ringnut 45 übergeht und so eingestellt ist, daß die im Spalt 44 befindliche Flüssigkeit
in die Ringnut 45
abgeschleudert wird. Der diese Ringnut 45 unten
begrenzende Schenkel des Teiles 37 greift in die Ringnut 42 ein. Daher wird dieser
Schenkel erst nach innen umgebördelt, nachdem die beiden Teile 37 und 38 beim Zusammenbau
in ihre endgültige Lage auf der Welle 12 gebracht worden sind.
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Die Dichtungswirkung der Flüssigkeits-Fliehkraft-Dichtung beruht darauf,
daß das durch die Ringnut 42 und die Ringnut 45 in den Spalt 44 eingedrungene Trafoöl
unter der Wirkung des rotierenden ersten Teils 37 im Spalt 44 nach außen gedrängt
wird. Außerdem wird das Trafoöl in dem Spalt zwischen dem Ringbund 41 und.dem unteren
Schenkel der Ringnut 45 radial nach außen gedrängt. Es bildet sich daher in der
Ringnut 45 ein Ring aus Trafoöl, in den der Ringbund 41 eintaucht.
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Das Lagergehäuse 30 ist bis zum Spiegel 53 mit Schmieröl, vorzugsweise
Dampfturbinenöl,gefüllt, also so weit, daß auch das zweite Wälzlager 35 vollständig
indes Ul eingetaucht ist. Das Einfüllen kann bei der Montage des Aggregates in umgekehrter
Lage des Pumpenaggregats bei abgenommenem Deckel 31 erfolgen, da das in der Ringnut
40 vorhandene Fett ein Abfließen verhindert. Der Zwischenraum 54 zwischen dem Spiegel
53 und dem zweiten Teil 38 der Flüssigkeits-Fliehkraft-Dichtung ist mit Stickstoff
54 gefüllt, um das Schmieröl vor Oxydation zu schützen.
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Schraubenförmige Rillen 47 in der Mantelfläche der Welle 12 in dem
Bereich zwischen den beiden Wälzlagern bewirken, daß das Schmieröl längs der Welle
12, im Ausführungsbeispiel nach oben, gefördert wird. Hierdurch erhält man eine
ständige leichte Ulumwälzung. Sofern eine gesonderte Ulfördereinrichtung vorgesehen
wird, welche das Ul bis zum oberen Spiegel oder darüber hinaus fördern kann, kann
dort ein Sieb vorgesehen werden, um eventuell im Nl enthaltene Partikel aufzufangen.
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Die Wickelköpfe 48 der Statorwicklung sind nach innen durch je eine
Hülse 49, die oberen Wickelköpfe außerdem gegen das Pumpenrad 27 hin noch durch
eine Ringscheibe 50 abgedeckt. Hierdurch kann das im Motorinnenraum strömende Trafoöl
die Wicklung nicht angreifen. Außerdem wird durch die Hülsen 49 die Reibung des
Ulstromes vermindert.
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Um die Hülse 49 zu zentrieren, ist im Ausführungsbeispiel zumindest
der Raum zwischen der Hülse 49 und den Wickelköpfen auch mit Gießharz ausgegossen.
Man kann aber/beispielsweise die erforderliche Zentrierung der Hülse 49 dadurch
erreichen, daß man an den über das Statorpaket überstehenden Enden der Nutenkeile
einen Sitz für die Hülse 49 andreht.