DE3713478C2 - Spaltrohrmotorpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spaltrohrmotorpumpe mit einer an den Enden offenen und mit Wellenzapfen versehenen Hohlwelle, die aus einem verhältnismäßig dünnwandigen Rohr hergestellt ist, und wo Teile der Welle einen verkleinerten Durchmesser aufweisen.

Pumpen dieser Art (vgl. Sonderdruck aus der DE-Z "Der Maschi­ nenmarkt", 66. Jahrgang, Nr. 5, 6, 8; Januar 1960, S. 1-12) sind bekannt, die mit einer Hohlwelle versehen sind und die beispiels­ weise als Zirkulationspumpen in Zentralheizungsanlagen angewen­ det werden. Diese sind aber mit dem Nachteil behaftet, daß die Welle verhältnismäßig teuer herzustellen ist, da sie durch Span­ abhebung aus einem massiven Material oder einem verhältnis­ mäßig dickwandigen Rohr hergestellt wird, was verursacht, daß die Herstellungskosten der Welle verhältnismäßig hoch sind.

Es ist ferner aus der DE 24 47 542 A1 bekannt, eine Hohlwelle in Form eines verhältnismäßig dünnwandigen Rohrs für verhältnis­ mäßig kleine, einfache und billige Pumpen mit einem Elektromo­ tor anzuwenden. Diese Pumpen weisen aber den Nachteil auf, daß sie kein großes Drehmoment zwischen der Welle und dem Laufrad übertragen können. Ferner hat die Hohlwelle dieser Pumpe im Gegensatz zur Hohlwelle einer Spaltrohrmotorpumpe außer der Übertragung des Drehmoments auf das Laufrad keine technische Funktion.

Die GB-PS 914 912 zeigt eine Spaltrohrmotorpumpe mit einem Pumpenrad, an dessen Saugseite ein Ventil angeordnet ist, mit dem gesichert werden soll, daß Flüssigkeit nur von der Motorla­ gerseite zur Saugseite strömen kann, falls ein größerer Druck auf der Motorlagerseite als auf der Saugseite besteht. Das Ventil verhindert allerdings keinen Flüssigkeitsstrom in entgegengesetzter Richtung während des normalen Pumpenbetriebes. Im übrigen kann das Ventil aus einer in einem erweiterten Hohlraum der Rohrwelle angeordneten Kugel bestehen oder so ausgebildet sein, daß eine Kugel vor der zentralen axialen Bohrung im Pumpenrad angeordnet ist.

Aus der DE 29 41 133 C2 ist eine Spaltrohrmotorpumpe mit einer Rotorwelle bekannt, die eine axial durchgehende Bohrung auf­ weist. Am einen Ende der Rotorwelle ist ein Pumpenrad fixiert, während die Bohrung am anderen Ende der Rotorwelle in einer Endkammer mündet, die mittels eines Stopfens abgesperrt ist. Am pumpenseitigen Ende der Rotorwelle ist eine Ventileinheit an­ geordnet, welche die Bohrung der Rohrwelle in Abhängigkeit von der Position des Stopfens verschließt oder freigibt. Die Ventil­ einheit umfaßt eine Dichtungsplatte, die in einem Führungsraum axial verschiebbar angeordnet ist, so daß die Dichtungsplatte bei ihrer einen Endstellung abdichtend an der Stirnseite der Rotor­ welle anliegen kann. Während des normalen Betriebes der Pumpe ist die Ventileinheit offen, so daß Flüssigkeit durch die Rohrwelle strömt, während bei Entfernung des Stopfens die Ventileinheit schließt und einen Flüssigkeitsstrom verhindert.

Es wäre wünschenswert, wenn im Hohlwelleninneren ein Ventil vorgesehen würde, das während des Betriebs der Pumpe verhin­ dert, daß das Pumpenmedium zur Saugseite durch die Hohlwelle zurückströmt und somit den Wirkungsgrad der Pumpe herabsetzt und das beim Entfernen des Entlüftungsstöpsels in der Stirnwand des Motorgehäuses für eine Inspektion der Umlaufrichtung der Pumpe verhindert, daß das Pumpenmedium von der Saugseite aufwärts durch die Hohlwelle strömt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spaltrohrmotor­ pumpe der obigen Art zu schaffen, die eine Hohlwelle aufweist, in deren Inneren ein Ventil in besonders einfacher Weise vorgesehen ist.

Diese Aufgabe wird bei einer solchen Spaltrohrmotorpumpe so gelöst, daß im Hohlraum zwischen einem ersten wellenzapfenbil­ denden Wellenteil, auf dem das Laufrad montiert ist, und einem zweiten Wellenteil eine hin- und herbewegbare Kugel vorgesehen ist, die an Sitzen anliegen kann, die durch die Durchmesserver­ kleinerung an den Wellenteilen gebildet worden sind, wobei die Kugel und die Sitze zusammen ein Ventil bilden.

Hierdurch wird erreicht, daß das Ventil der Hohlwelle in beson­ ders einfacher Weise geschaffen wird, da die Sitze des Ventils gleichzeitig mit dem Herstellen der Wellenteile mit verkleinertem Durchmesser herstellbar sind. Wenn der erste Wellenteil, auf dem das Laufrad montiert ist, mit einer Keilverzahnung versehen ist, besitzt die Hohlwelle eine besonders hohe Verdrehungsfestigkeit.

Gemäß der Erfindung kann der zweite Wellenteil vom zweiten wie ein Lagerzapfen für den Spaltrohrmotor ausgebildeten Wellenzap­ fen der Hohlwelle gebildet sein. Diese Ausführungsform erwies sich als besonders vorteilhaft in der Praxis, da der zweite Wellen­ teil in dieser Weise eine doppelte Funktion hat.

Ferner kann gemäß der Erfindung die Keilverzahnung am ersten Wellenteil eine Anzahl von paarweise einander gegenüberliegen­ den und sich parallel zur Achse der Hohlwelle erstreckende Nuten aufweisen, die vorzugsweise wie zylinderflächenförmige Einpres­ sungen ausgebildet sind. Diese Ausführungsform erwies sich als besonders leicht herstellbar, so wie sie auch eine große Fläche für das Übertragen der betreffenden Drehmomente gewährleistet.

Außerdem kann gemäß der Erfindung das Verhältnis zwi­ schen der Tiefe der Nuten und dem Außendurchmesser des ersten Wellenteils im Bereich zwischen 0,02 und 0,15, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,04 und 0,8 liegen. Dieses Verhältnis erwies sich als vorteilhaft, sowohl die notwendigen Deformationen als auch den Bereich für das Übertragen der betreffenden Drehmomente betreffend.

Ferner kann das dünnwandige Rohr gemäß der Erfindung aus einem korrosionsfesten Material, wie beispielsweise rostfreier Stahl, hergestellt sein und ein Dicke-Durchmesserverhältnis von zwischen 0,04 und 0,2, vorzugsweise zwischen 0,06 und 0,14 auf­ weisen. Ein solches Dicke-Durchmesserverhältnis erwies sich als in der Praxis ausreichend, um die betreffenden Drehmomente von der Welle auf das Laufrad zu übertragen, und das Anwenden eines korrosionsfesten Materials, wie beispielsweise rostfreier Stahl, macht die Pumpe für viele Zwecke anwendbar.

Außerdem kann gemäß der Erfindung die Kugel aus Gummi, Kunststoff oder einem ähnlichen teilweise nachgiebigen Material hergestellt sein. Das Herstellen der Kugel aus einem teilweise nachgiebigen Material sichert eine gute Dichtungsfunktion, so wie verhindert wird, daß Geräusch von der Kugel während des Be­ triebs entsteht.

Ferner kann gemäß der Erfindung der radiale Spielraum zwischen der Kugel und der Innenwand der Hohlwelle im Bereich zwischen 0,05 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm, liegen. Diese Spielräume erwiesen sich als besonders vorteilhaft in der Praxis.

Schließlich können gemäß der Erfindung die Sitze einen Winkel von zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°, mit der Ach­ se der Hohlwelle bilden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungs­ form der Spaltrohrmotorpumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch eine der Spaltrohrmotorpumpe zugehörige Welle und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die Spaltrohrmotorpumpe 1 gemäß der Erfindung, die ein Pumpengehäuse 2 und einen mit diesem verbundenen Spalt­ rohrmotor 3 mit einem Motorgehäuse 22 aufweist, in dem ein Entlüftungsstöpsel 21 vorgesehen ist, der einen Leckageraum 20 über der Hohlwelle 4 abdichtet. Die Hohlwelle 4 der Spaltrohrmo­ torpumpe ist an den Enden 5, 6 offen und mit Wellenzapfen 7, 8 versehen. Diese Wellenzapfen weisen einen Durchmesser d₁, d₂ auf, der im Verhältnis zum übrigen Durchmesser d₃ der Welle 4 verkleinert ist. Der Rotor 9 des Spaltrohrmotors 3 und das Lauf­ rad 10 der Pumpe sind auf der Hohlwelle 4 montiert.

Im Hohlraum 11 zwischen dem in Fig. 1 oben liegenden Wellen­ zapfen 7 und dem unten liegenden, mit einer Keilverzahnung versehenen Wellenzapfen 8, auf dem das Laufrad 10 montiert ist, ist eine hin- und herbewegbare Kugel 12 vorgesehen. Diese Kugel liegt in Abhängigkeit der Druckverhältnisse im Hohlraum 11 entweder an einem oberen, durch die Durchmesserverkleinerung am oberen Wellenzapfen 7 gebildeten Sitz 13 oder an einem unteren, durch die Durchmesserverkleinerung am unteren Wellen­ zapfen 8 gebildeten Sitz 14 an. Während eines normalen Betriebs wird die Kugel 12 gegen den unteren Sitz 14 gepreßt, da ein höherer Druck im Raum 20 am oberen Wellenzapfen 7 besteht als auf der Saugseite der Pumpe, d. h. am unteren Wellenzapfen 8. Hierdurch wird verhindert, daß ein wirkungsherabsetzender Lecka­ gestrom zur Saugseite der Pumpe zurückströmt. Umgekehrt wird die Kugel gegen den oberen Sitz 13 gepreßt, wenn der Entlüf­ tungsstöpsel 21 im Motorgehäuse 22 der Pumpe für die Feststel­ lung der Umlaufrichtung der Welle 4 entfernt wird, da der Druck auf der Saugseite höher ist als der Druck im Raum 20. Hierdurch wird verhindert, daß das Pumpenmedium aus der Pumpe durch die Hohlwelle 4 tritt.

Die Kugel 12 ist vorteilhaft aus Gummi, Kunststoff oder einem ähnlichen teilweise nachgiebigen Material hergestellt, um somit eine gute Abdichtung zwischen der Kugel 12 und den Sitzen 13 und 14 zu erreichen.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der obere Wellenzapfen 7 der Hohlwelle ein Lagerzapfen für ein dem Spalt­ rohrmotor 3 zugehöriges Gleitlager 15, während ein Teil des unte­ ren Wellenzapfens 8 ein Lagerzapfen für ein dem Spaltrohrmotor 3 zugehöriges kombiniertes Radial/Axiallager 16 ist.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab einen senkrechten Schnitt durch die Hohlwelle 4 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, weist die Keilver­ zahnung 17 am unteren Wellenzapfen 8 drei paarweise einander gegenüberliegende und sich parallel zur Achse 18 der Hohlwelle 4 erstreckende Nuten 19 auf, die wie zylinderflächenförmige Einpressungen ausgebildet sind. Die Einpressungen 19 sind auf der Hohlwellenperipherie derart gleichmäßig zerteilt, daß sie um 60° im Verhältnis zueinander versetzt sind. Das Verhältnis zwi­ schen der Tiefe h der Einpressungen und dem Außendurchmesser d₂ des unteren Wellenzapfens 8 liegt im Bereich zwischen 0,02 und 0,15, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,04 und 0,8.

Das Dicke-Durchmesserverhältnis (t/d₃) des dünnwandigen Rohrs, aus dem die Hohlwelle 4 hergestellt ist, kann im Bereich zwischen 0,04 und 0,2, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,06 und 0,14 liegen, da das Rohr vorzugsweise aus einem korrosionsfesten Material wie beispiels­ weise rostfreier Stahl hergestellt ist.

Der radiale Spielraum zwischen der Kugel 12 und der Innenwand (bei d₄) der Hohlwelle 4 liegt vorzugsweise im Bereich 0,05 bis 4 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm.

Die Sitze 13, 14 der Kugel 12 bilden einen Winkel v von zwischen 30° und 60°, vorzugsweise von zwischen 40° und 50°, mit der Ach­ se 18 der Hohlwelle.

Die Wellenteile 7, 8 mit einem verkleinerten Durchmesser d₁, d₂ sind beispielsweise durch Zusammenpressen der entsprechenden Teile eines dünnwandigen Rohrs mit einem Ausgangsdurchmesser d₃ zwischen einem oder mehreren Werkzeugen hergestellt, die eine zu den Wellenteilen komplementäre Geometrie aufweisen. Ein Dorn ist während des Zusammenpressens gegebenenfalls im Rohr vorgesehen. Die Kugel 12 wird vor dem Zusammenpressen im Rohrinneren angeordnet.

Claims (9)

1. Spaltrohrmotorpumpe mit einer an den Enden offenen und mit Wellenzapfen versehenen Hohlwelle, die aus einem verhältnis­ mäßig dünnwandigen Rohr hergestellt ist, und wo Teile der Welle einen verkleinerten Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeich­ net, daß im Hohlraum (11) zwischen einem ersten wellenzapfen­ bildenden Wellenteil (8), auf dem das Laufrad (10) montiert ist, und einem zweiten Wellenteil (7) eine hin- und herbewegbare Kugel (12) vorgesehen ist, die an Sitzen (13, 14) anliegen kann, die durch die Durchmesserverkleinerung an den Wellentei­ len (7, 8) gebildet worden sind, wobei die Kugel (12) und die Sitze (13, 14) zusammen ein Ventil bilden.

2. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Wellenteil (8) mit einer Keilverzah­ nung (17) versehen ist.

3. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wellenteil (7) vom zwei­ ten wie ein Lagerzapfen für den Spaltrohrmotor (3) ausgebildeten Wellenzapfen der Hohlwelle (4) gebildet wird.

4. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilverzahnung (17) am ersten Wellenteil (8) eine Anzahl von paarweise einander gegenüber­ liegenden und sich parallel zur Achse (18) der Hohlwelle (4) erstreckenden Nuten (19) aufweist, die vorzugsweise wie zylinder­ flächenförmige Einpressungen ausgebildet sind.

5. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Tiefe (h) der Nu­ ten (19) und dem Außendurchmesser (d₂) des ersten Wellen­ teils (8) im Bereich zwischen 0,02 und 0,15, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,04 und 0,8, liegt.

6. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (4) aus einem korrosionsfesten Material, wie beispiels­ weise rostfreier Stahl, hergestellt ist und ein Dicke-Durchmesser­ verhältnis (t/d₃) von zwischen 0,04 und 0,2, vorzugsweise zwi­ schen 0,06 und 0,14, aufweist.

7. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (12) aus Gummi, Kunst­ stoff oder einem ähnlichen teilweise nachgiebigen Material herge­ stellt ist.

8. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Spielraum zwischen der Kugel (12) und der Innenwand (d₄) der Hohlwelle (4) im Bereich zwischen 0,05 und 4 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm, liegt.

9. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitze (13, 14) einen Winkel (v) von zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°, mit der Ach­ se (18) der Hohlwelle (4) bilden.