DE3509023C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Viskositätspumpenaggregat, mit einem von einem Pumpengehäuse umschlossenen und daran drehfest ge­ haltenen ersten Fördergewinde mit radial nach innen weisenden Gewindegängen und einem vom Pumpengehäuse umschlossenen, motorisch angetriebenen Pumpenrotor, welcher mindestens nähe­ rungsweise hohlzylindrisch geformt ist und an seinem Außen­ umfang ein zweites Fördergewinde trägt, dessen Gewindegänge unter Belassung eines minimalen Radialspiels zu den Gewin­ degängen des ersten Fördergewindes vorstehen und zu diesen entgegengesetzte Gangrichtung aufweisen.

Viskositätspumpenaggregate der vorstehend erläuterten Art sind bekannt (DE-OS 19 13 397; Fig. 3) und dienen in einer Gleitringdichtung zur Kreislaufführung eines Kühlmittels, das innerhalb des Dichtungsgehäuses an den durch Reibung erwärmten Gleit- und Gegenringen vorbeigeführt wird und dann einen außerhalb des Dichtungsgehäuses angeordneten Wärmetauscher und ggf. einen Filter oder Abscheider durch­ strömt und anschließend wieder in das Dichtungsgehäuse ein­ tritt. Dabei ist in einer Buchse, welche unbeweglich inner­ halb des Dichtungsgehäuses angeordnet und an diesem be­ festigt ist und welche die mit der Welle umlaufende Gleit­ ringanordnung umgibt, das erste Fördergewinde mit dem ra­ dial nach innen weisenden Gewindegängen ausgebildet. Die radial nach außen vorstehenden Gewindegänge des zweiten Fördergewindes, welches entgegengesetzte Gangrichtung auf­ weist, sind in dem Außenumfang einer Hülse eingeschnitten, die mit der Welle umläuft und die die Gleitringanordnung radial außen umgibt.

Bei dem vorstehend erläuterten speziellen Anwendungsfall eines Viskositätspumpenaggregates übernimmt die ohnehin vorhandene Gleitringdichtung auch die Abdichtung der Welle, welche die rotierenden Pumpenbestandteile antreibt. Die sonst vorhandenen Probleme bei der Abdichtung der Antriebs­ welle sind dabei nicht gegeben und es entfallen auch die Kosten für die Wellenabdichtung, insbesondere auch der Lecka­ ge einer solchen Dichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Viskositäts­ pumpenaggregat der eingangs erläuterten Art so weiterzu­ bilden, daß alle Dichtungsprobleme vermieden werden und eine einfach und raumsparende Herstellbarkeit gegeben ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Pumpengehäuse die Gestalt eines Hohlringkörpers aufweist, der sich mit seiner inneren Wandung durch die Bohrung des Pumpenrotors erstreckt, daß der Pumpenrotor im Bereich sei­ ner Bohrung eine Permanentmagnetanordnung mit radial nach innen weisenden Magnetpolen mit in Umfangsrichtung wechseln­ der Polarität aufweist, daß die innere Wandung des Pumpen­ gehäuses mindestens im Bereich der Magnetpole als dünnwan­ dige rohrförmige Hülse ausgebildet ist, welche aus einem Werkstoff minimaler magnetischer Permeabilität besteht und mit nur geringem Radialspiel zu den Magnetpolen angeordnet ist und daß innerhalb der rohrförmigen Hülse ein Antriebsrotor koaxial zum Pumpen­ rotor drehbar gelagert ist, der eine zweite Permanent­ magnetanordnung mit radial nach außen weisenden Magnet­ polen mit in Umfangsrichtung wechselnder Polarität auf­ weist, deren Polwinkel gleich demjenigen der Magnetpole der ersten Permanentmagnetanordnung ist.

Der Antrieb des Pumpenrotors erfolgt somit berührungslos mittels der von der zweiten Permanentmagnetanordnung ge­ bildeten Magnetfelder durch die innere Wandung hindurch, so daß das gesamte Pumpenaggregat keinerlei dynamisch bean­ spruchte Dichtungen benötigt, sondern lediglich stationär beanspruchte Dichtungen für den Zusammenbau des Pumpenge­ häuses. Die Wandung des Pumpengehäuses ist zwar dem System­ druck des Pumpenaggregates ausgesetzt, kann diesem aber aufgrund ihrer günstigen geometrischen Konfiguration (kreisförmiger Hohlzylinder) auch bei geringer Wandstärke widerstehen. Die Anordnung des Antriebsrotors konzentrisch innerhalb des Pumpenrotors führt zu einer raumsparenden, konstruktiv einfachen und damit auch preisgünstigen Konstruktion.

Vorteilhaft besteht der Pumpenrotor aus einem Werkstoff hoher Permeabilität und kann dann einen Bestandteil des Magnetkreises der ersten Permanentmagnetanordnung bilden. In Weiterbildung kann der Pumpenrotor mindestens teilweise aus hartmagnetischem Werkstoff bestehen, so daß er selbst magnetisiert werden kann, und insoweit die Wirkung der Magnetpole unterstützt, wobei auch eine einstückige Aus­ bildung mit den Magnetpolen möglich ist.

Der Antriebsrotor kann entweder durch den Rotor eines Außenläufermotors gebildet sein, wobei eine besonders raumsparende Anordnung erzielbar ist, oder kann ganz oder teilweise von der Welle eines fest mit dem Pumpengehäuse verbundenen Antriebsmotors getragen sein oder kann mit zwei Lagern im Pumpengehäuse gelagert sein.

Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, den Pumpenrotor (abgesehen von seinem durchgehend ausgebildeten Förder­ gewinde) symmetrisch bezüglich einer zu seiner Drehachse lotrechten Mittelebene auszubilden. Hierbei kann bei auf­ tretendem Verschleiß der Pumpenrotor um 180° gedreht und damit seine Lebensdauer bezüglich seines den Axialschub aufnehmenden Lagers verdoppelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pumpenrotor an jedem seiner beiden Enden mit einem Gleitlager im Pumpen­ gehäuse gelagert, wobei die Spalte beider Gleitlager über einen zwischen der inneren Wandung und dem Pumpen­ rotor, d. h. im Bereich der Magnetpole gelegenen Raum miteinander in Verbindung stehen. Aufgrund der speziellen Gestaltung des Pumpenaggregates tritt eine Selbstzentrierung des Pumpenrotors aufgrund der rotationssymmetrischen Flüssig­ keitsführung ein, die ggf. noch durch das Magnetfeld unter­ stützt wird. Es liegt daher schon prinzipbedingt eine nur geringe Radialbelastung der Lager vor. Bei vertikaler An­ ordnung entfällt auch die Radialbelastung aufgrund des Rotorgewichts. Der Axialschub des Pumpenrotors bleibt wegen der geringen druckbeaufschlagten Fläche in Form einer schmalen Kreisringfläche ebenfalls gering und kann bei vertikaler Aufstellung teilweise durch das Rotor­ gewicht kompensiert werden. Zur Schmierung der Gleitlager wird das vom Pumpenaggregat geförderte flüssige Medium herangezogen, das in einer geringen Menge von der Hochdruck­ seite her über den Spalt zwischen Gleitfläche und Gegengleit­ fläche des einen Gleitlagers, dann durch den erwähnten Raum und den Spalt des anderen Gleitlagers zur Niederdruckseite zirkuliert.

Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Aus­ führungsform mit beidseits im Pumpengehäuse gelagertem Antriebsrotor;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus­ führungsform, bei welcher der Antriebs­ rotor an einem Ende im Pumpengehäuse gelagert und am anderen Ende von der Welle eines ange­ flanschten Antriebsmotors gehalten wird;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform mit fliegender Anordnung des Antriebsrotors auf der Welle eines ange­ flanschten Antriebsmotors;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine vierte Aus­ führungsform, bei welcher der Antriebsrotor durch den umlaufenden Teil eines Außenläufer­ motors gebildet ist und

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform, bei welcher der Antriebsrotor durch den stationären Teil eines gekapselten Außenläufermotors gebildet ist.

Das Viskositätspumpenaggregat gemäß Fig. 1 weist ein in sei­ ner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes, in Gestalt eines Hohlring­ körpers ausgebildetes Pumpengehäuse auf. Dieses umfaßt einen ersten und einen zweiten stirnseitigen Gehäuseflansch 2 bzw. 3 und eine radial äußere und eine radial innere Wandung 4 bzw. 5. Die Gehäuseflansche 2, 3 haben die Form von flachen Ringen und enthalten in den aufeinander zu weisenden Stirn­ flächen 2 a, 3 a im wesentlichen spiegelbildlich zueinander geformte Ringnuten 2 b, 3 b. Benachbart zum Nutgrund 2 b′, 3 b′ jeder Ringnut 2 b, 3 b mündet eine durch den jeweiligen Ge­ häuseflansch 2, 3 nach außen geführte Einlaßbohrung 2 c bzw. Auslaßbohrung 3 c.

Die äußere Wandung 4 hat die Form eines zylindrischen Rohres größerer Wandstärke, das im Bereich beider axialen Enden über Schultern 4 a in Abschnitte 4 b übergeht, deren Außen­ durchmesser vermindert und gleich dem Durchmesser der ra­ dial äußeren Wand 2 b′′, 3 b′′ der Ringnuten 2 b, 3 b, ist. Die Abschnitte 4 b enthalten jeweils an ihrem Außenumfang eine einen O-Ring 6 aufnehmende Ringnut 4 c und stehen in die Ring­ nuten 2 b, 3 b dergestalt ein, daß sich die Schultern 4 a an den Stirnflächen 2 a, 3 a abstützen, daß zwischen den stirn­ seitigen Enden der Abschnitte 4 b und dem Nutgrund 2 b′, 3 b′ ein Freiraum verbleibt und daß ein freier Abstand zur radial inneren Wand 2b′′′, 3 b′′′ der Ringnuten 2 b, 3 b verbleibt. Am Innenumfang der äußeren Wandung 4, ein­ schließlich der Abschnitte 4 b, ist ein erstes Förder­ gewinde 4 d ausgebildet.

Die innere Wandung 5 hat die Form einer dünnwandigen rohrförmigen Hülse und besteht aus einem Werkstoff mit geringer oder keiner Magnetisierbarkeit (Koerzitivkraft) und minimaler magnetischer Permeabilität, beispielsweise aus einem Metall, aus Keramik oder Kunststoff. Die innere Wandung 5 wird benachbart zu ihren beiden axialen Enden von Inenschultern 2 d, 3 d umfaßt, die an ihren Innen­ umfängen 2 d′, 3 d′ Ringnuten aufweisen, welche je einen O-Ring 7 aufnehmen. Die innere Wandung 5 wird durch einen Stift 8 an einer Drehung gehindert.

Die Gehäuseflansche 2, 3 stehen radial über den Außen­ umfang der äußeren Wandung 4 vor. Um den Außenumfang der äußeren Wandung 4 verteilt, erstreckt sich eine Mehrzahl von Stehbolzen 9 achsparallel von Gewindebohrungen 2 e im ersten Gehäuseflansch 2 durch Bohrungen 3 c des zweiten Gehäu­ seflansches 3 hindurch, wobei Muttern 10 die beiden Ge­ häuseflanschen 2, 3 zusammenhalten.

In dem Ringraum zwischen der äußeren und inneren Wandung 4 bzw. 5 ist drehbar ein Pumpenrotor 11 von im allgemeinen hohlzylindrischer Gestalt angeordnet, dessen axiale Länge im wesentlichen gleich derjenigen der äußeren Wandung 4 ist. In den Außenumfang des Pumpenrotors 11 ist ein zweites Fördergewinde 11 a (Außengewinde) eingeschnitten, dessen Gewindegänge entgegengesetzte Steigungsrichtung bezüglich der Gewindegänge des ersten Fördergewindes 4 d (Innengewinde) aufweisen und zu diesen unter Belassung eines minimalen Radialspiels vorstehen.

Der Pumpenrotor 11 geht an seinen beiden axialen Enden über Innenschultern 11 b in Abschnitte 11 c mit ver­ größerten Innendurchmessern über. Im Bereich dieser Ab­ schnitte 11 c erweitern sich die Ringnuten 2 b, 3 b der Ge­ häuseflansche 2, 3 über Schultern 2 f, 3 f. Der Pumpen­ rotor 11 ist auf zwei Gleitlagern drehbar gelagert, die jeweils einen ringförmigen Lagerkörper enthalten, der fest auf der erweiterten radial inneren Wand 2 b′′′, 3 b′′′ der Ringnut 2 b bzw. 3 b gehalten ist und sich gegen die Schultern 2 f, 3 f abstützt. Die Gegenlaufflächen am Pumpenrotor 11 sind durch die erweiterten zylindrischen Bohrungen der Abschnitte 11 c gebildet (Radiallagerung). Die Schultern 11 b des Pumpenrotors 11 liegen gleitend an den freien axialen Stirnflächen der Lagerkörper an (Axiallager). Die Lagerkörper der Gleitlager 12, 13 be­ stehen, abhängig vom Fördermedium des Pumpenaggregates und dessen speziellem Einsatzgebiet aus Kunstkohle, Elektrographit, Metall, Sintermetall oder Keramik. Die radialen und axialen Gegenlaufflächen können aus dem Material des Pumpenrotors 11 bestehen, oder auch durch Überzüge von Lagerwerkstoffen gebildet sein, wie sie für die Lagerkörper angegeben wurden. Die Schmier­ flüssigkeit der Lager 12, 13 bildet das geförderte Medium, wobei aufgrund der später noch erläuterten Pumpenwirkung des ersten und zweiten Fördergewindes eine Zirkulation in Form einer minimalen Kurzschluß­ strömung über die Lagerspalte eintritt.

Zwischen den Abschnitten 11 c mit vergrößerten Innendurch­ messern trägt der aus einem Werkstoff hoher Permeabilität, z. B. Stahl bestehende Pumpenrotor 11 in seiner Bohrung eine Permanentmagnetanordnung, welche eine Mehrzahl von langgestreckten, mit ihren Längsachsen parallel zur Achse des Pumpenrotors gerichteten Magnetpolen 14 enthält, deren Polarität in Umfangsrichtung von Pol zu Pol wechselt.

Der Pumpenrotor 11 bildet den magnetischen Rückschluß (Joch) und ist insoweit Bestandteil dieser ersten Permanentmagnetanordnung. Die Magnetpole stehen radial nach innen vor und weisen Polflächen 14 a auf, die in einer zylindrischen Hüllfläche liegen, deren Durchmesser um ein geringes Spiel größer als der Außendurchmesser der inneren Wandung 5 ist.

Ein Antriebsrotor 15 weist beidseitig vorstehende Wellen­ stümpfe 15 a, 15 b auf, die jeweils mittels Kugellager 16 a, 16 b in den zentralen Bohrungen 2 g bzw. 3 g der Gehäuseflansche 2, 3 gelagert sind, wobei das eine Kugellager 16 b als axiales Festlager wirkt und sich der Wellenstumpf 15 a über das andere Kugellager 16 a hindurch erstreckt und ein Antriebs­ mittel trägt, beispielsweise eine Kupplungsscheibe 17 a (oberer Teil der Zeichnung) oder eine Keilriemenscheibe 17 b (unterer Teil der Zeichnung).

Der Antriebsrotor 15 trägt an seinem Außenumfang eine zweite Permanentmagnetanordnung, welche eine Mehrzahl von langgestreckten, mit ihren Längsachsen parallel zur Achse des Antriebsrotors gerichtete Magnetpole 18 mit gleichem Polwinkel wie bei der ersten Permanentmagnetanordnung ent­ hält, deren Polarität ebenfalls in Umfangsrichtung von Pol zu Pol wechselt. Der Antriebsrotor 15 bildet den ma­ gnetischen Rückschluß (Joch) und ist insoweit Bestandteil dieser zweiten Permanentmagnetanordnung. Die Magnetpole 18 stehen radial nach außen vor und weisen Polflächen 18 a auf, die in einer zylindrischen Hüllfläche liegen, deren Durchmesser um ein geringes Spiel kleiner ist als der Innendurchmesser der inneren Wandung 5.

Der Pumpenrotor 11 und/oder der Antriebsrotor 15 können auch einstückig mit den ihnen zugeordneten Magnetpolen 14 bzw. 18 ausgebildet sein und bestehen dann aus einem Werk­ stoff hoher Koerzitivkraft (hartmagnetischem Material).

Wird der Antriebsrotor 15 von einem nicht dargestellten Antriebsmotor in Drehung versetzt, wird mittels der durch die innere Wandung 5 hindurchgreifenden umlaufenden Magnet­ felder der Pumpenrotor 11 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit berührungslos mitgenommen und es wird durch Zusammenwirken des ersten und zweiten Fördergewindes 4 d, 11 d das flüssige Medium von der Einlaßbohrung 2 c zur Auslaßbohrung 3 c gefördert.

In der folgenden Beschreibung weiterer Ausführungsformen der Erfindung wird hinsichtlich der Erläuterung gleich­ gestalteter bzw. gleichwirkender Bauteile jeweils auf die vorhergehenden Erläuterungen verwiesen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Antriebs­ rotor 15 über nur ein Kugellager 16 b (Radiallager und axiales Festlager) im zweiten Gehäuseflansch 3 gelagert. Unmittelbar an den ersten Gehäuseflansch 2 ist koaxial zur Achse des Antriebsrotors 15 ein Antriebsmotor 19 befestigt, der mit seiner Welle 19 a in eine Sackloch­ bohrung 19 c des Wellenstumpfes 15 a des Antriebsrotors 15 einsteht und diesen mittels eines Keiles 19 b mitnimmt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist im Pumpenge­ häuse 1 kein Lager für den Antriebsrotor 15 vorgesehen. Der Antriebsmotor 19 ist, wie im Falle der Fig. 3, un­ mittelbar am ersten Gehäuseflansch 2 befestigt und über­ nimmt vollständig die Lagerung des Antriebsrotors 15, der auf der Welle 19 a in Achsrichtung durch eine Schraube 20 gehalten ist, welche eine zentrale Durchgangsbohrung 15 d des Antriebsrotors 15 durchdringt. Der Pumpenrotor 11 ist insoweit unsymmetrisch ausgebildet, als nur auf der Zulaufseite, d. h. benachbart zum ersten Gehäuseflansch 2 eine Innenschulter zur Aufnahme des Axialschubes vorge­ sehen ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Antriebsrotor 15 durch den Rotor 15′ eines Außenläufermotors gebildet, der die Magnetpole 18 der zweiten Permanentmagnetanordnung trägt. Der Stator 15′′ des Außenläufermotors ist mit einer Platte 21 am ersten Gehäuseflansch 2 befestigt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Antriebsrotor durch den stationären Teil 22 eines gekapselten Außenläufer­ motors (Spaltrohrmotors) und die innere Wandung des Pumpen­ gehäuses 1 durch das abdichtend in dieses eingesetzte Spaltrohr gebildet. Anstelle des (körperlich umlaufenden) Antriebsrotors mit seiner zweiten Permanentmagnetanordnung und der von dieser erzeugten umlaufenden Magnetfelder tritt daher eine stationäre Anordnung, welche jedoch ebenfalls umlaufende Magnetfelder erzeugt, die in Wechselwirkung mit den Magnetpolen der ersten Permanentmagnetanordnung am Pumpenrotor 11 treten und diesen in Umdrehung versetzen.

Claims (10)

1. Viskositätspumpenaggregat, mit einem von einem Pumpen­ gehäuse umschlossenen und daran drehfest gehaltenen ersten Fördergewinde mit radial nach innen weisenden Gewindegängen und einem vom Pumpengehäuse umschlossenen, motorisch ange­ triebenen Pumpenrotor, welcher mindestens näherungsweise hohlzylindrisch geformt ist und an an seinem Außenumfang ein zweites Fördergewinde trägt, dessen Gewindegänge unter Be­ lassung eines minimalen Radialspiels zu den Gewindegängen des ersten Fördergewindes vorstehen und zu diesen entgegen­ gesetzte Gangrichtung aufweisen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) die Gestalt eines Hohlringkörpers aufweist, der sich mit seiner inneren Wan­ dung (5) durch die Bohrung des Pumpenrotors (11) erstreckt, daß der Pumpenrotor (11) im Bereich seiner Bohrung eine Permanentmagnetanordnung mit radial nach innen weisenden Magnetpolen (14) mit in Umfangsrichtung wechselnder Po­ larität aufweist, daß die innere Wandung (5) des Pumpen­ gehäuses (1) mindestens im Bereich der Magnetpole (14) als dünnwandige rohrförmige Hülse ausgebildet ist, welche aus einem Werkstoff minimaler magnetischer Permeabilität be­ steht und mit nur geringem Radialspiel zu den Magnetpolen (14) angeordnet ist und daß innerhalb der rohrförmigen Hülse ein Antriebsrotor (15) koaxial zum Pumpenrotor (11) drehbar gelagert ist, der eine zweite Permanentmagnetanordnung mit radial nach außen weisenden Magnetpolen (18) mit in Umfangsrichtung wechselnder Polarität aufweist, deren Polwinkel gleich demjenigen der Magnetpole (14) der ersten Permanentmagnetanordnung ist.

2. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (11) aus einem Werkstoff hoher Permeabilität besteht und einen Bestandteil des Magnetkreises der ersten Permanentmagnetanordnung bildet.

3. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (11) mindestens teilweise aus einem hartmagnetischen Werkstoff besteht.

4. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (11) aus einem einstückigen, magnetisierten Bauteil aus hartmagnetischem Werkstoff besteht, an dem die Magnet­ pole (14) der ersten Permanentmagnetanordnung angeformt sind.

5. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsrotor durch den Rotor (15′) eines Außenläufermotors gebildet ist.

6. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsrotor (15) ganz oder teilweise von der Welle (19 a) eines fest mit dem Pumpengehäuse (1) verbundenen Antriebsmotors (19) getragen ist.

7. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebs­ rotor (15) mit zwei Lagern (16 a, 16 b) im Pumpenge­ häuse (1) gelagert ist.

8. Viskositätspumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsrotor durch den stationären Teil (22) und die innere Wan­ dung (5) durch das dichtend an das Pumpengehäuse (1) angeschlossene Spaltrohr eines gekapselten Außenläufer­ motors (Spaltrohrmotors) gebildet ist.

9. Viskositätspumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (11), abgesehen von seinem durchgehend ausge­ bildeten Fördergewinde (11 a), symmetrisch bezüglich einer zu seiner Drehachse lotrechten Mittelebene ausgebildet ist.

10. Viskositätspumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (11) an jedem seiner beiden Enden mit einem Gleitlager (12, 13) im Pumpengehäuse (1) gelagert ist und daß die Spalte beider Gleitlager (12, 13) über einen zwischen der inneren Wandung (5) und dem Pumpenrotor (11) gelegenen Raum miteinander in Verbindung stehen.