DE4427737C2 - Pumpe mit Antriebsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit Antriebsmotor, insbesondere zur Förderung von Regen-, Misch-, Kühlwas­ ser oder anderer flüssiger Medien, umfassend ein Gehäuse sowie darin an einer antreibbaren Welle angeordnete Förderschaufeln für das Medium, wobei an den Propeller­ schaufeln ein Rotor eines Elektromotors als Antriebsmo­ tor ausgebildet ist und der Stator in dem dem Rotor gegenüberliegenden Bereich des Gehäuses ausgebildet ist und wobei die der Welle abgewandten Enden der Propel­ lerschaufeln vom Rotor kranzförmig umschlossen werden.

Eine Pumpe dieser Art ist bekannt (DE-PS 8 07 589). Die bekannte Pumpe entspricht dem Umwälzpumpentyp, d. h. sie dient als Umlaufbeschleuniger für Heiz- und Kühlmittel bei Heizungs- und Kühlanlagen. Bei dieser bekannten Pumpe besteht eine feste Verbindung zwischen den Pro­ pellerschaufeln und dem Rotor des Antriebsmotors.

Grundsätzlich sind die verschiedensten Arten von Pumpen dieser Art bekannt, die unterschiedlich ausgebildet, beispielsweise als vertikale oder horizontale Propel­ lerpumpen, für die verschiedensten Anwendungs- und Einsatzzwecke verwendet werden. Allen Pumpen dieser Art ist gemeinsam, daß die Welle, an der die Schaufeln zur Förderung des flüssigen Mediums befestigt sind, durch das Pumpengehäuse dichtend hindurchgeführt werden müssen, um die Welle außerhalb des Gehäuses mit einem Antriebsmotor geeignet zu verbinden. Bei vertikalen bzw. horizontalen Propellerpumpen, die beispielsweise zur Förderung von Regen- und Mischwasser für die verschie­ densten Einsatzzwecke seit langer Zeit benutzt werden, ergibt sich bisher ein gravierender Nachteil, der bisher durch weitere Modifikationen dieses Grundpumpentyps, beispielsweise in Form einer Bogenpumpe, immer noch nicht zur vollen Zufriedenheit beseitigt und zu einer angestrebten hohen Betriebssicherheit geführt werden konnte.

Das hat seinen Grund im wesentlichen darin, daß bei­ spielsweise bei vertikalen Propellerpumpen der An­ triebsmotor in unmittelbarer Nähe der eigentlichen Pumpe angeordnet werden muß, wobei die Pumpe unmittelbar an den Ort des anfallenden, zu fördernden flüssigen Mediums verbracht werden muß. Verbindungskabel zum Antriebsmotor der Pumpe für eine elektrische Versorgungsspannung werden bei derartigen Ausführungsformen im flüssigen Fördermedium liegend zugeführt, d. h. das flüssige Medium umströmt das Versorgungskabel zum elektrischen An­ triebsmotor für die Pumpe. Beim Fördervorgang gerät das Kabel, bedingt durch das umströmende Medium, in Schwin­ gungen, was zur Folge hat, daß innerhalb eines be­ grenzten Zeitraums das Kabel zu Bruch geht und ausge­ wechselt werden muß, was einerseits mit dem Stillstand der Pumpe verbunden ist und andererseits mit erhöhten Kosten für die Wartung und die Reparatur des Zufüh­ rungskabels.

Ein anderer wesentlicher Nachteil der bekannten Pumpen dieser Art besteht in der komplizierten Zugänglichkeit zum Schaufelbereich der Pumpe, da die Welle der Pumpe außerhalb des Pumpengehäuses mit dem Antriebsmotor verbunden ist und ein Austausch der Antriebswelle bzw. der Schaufeln regelmäßig mit einer vollständigen Demon­ tage der Pumpe verbunden ist.

Man hat dieses Problem, vergleiche auch oben, dadurch zu beheben versucht, daß man für viele Fälle sogenannte Bogenpumpen einsetzte, die einen gebogenen Strömungsweg für das Medium aufweisen, so daß die Welle zum Antrieb der Pumpenschaufeln aus dem Gehäuse austritt, ohne daß diese Austrittsstelle, wie bei gewöhnlichen vertikalen bzw. horizontalen Propellerpumpen, vom Medium umflossen wird. Gleichwohl tritt auch bei diesen Bogenpumpen der nachteilige Effekt zutage, daß verhältnismäßig aufwen­ dige Dichtungsmaßnahmen getroffen werden müssen, um die aus dem Pumpengehäuse austretende Welle gegenüber dem Pumpeninnenraum abzudichten. Zudem hat der Bogen viel­ fach konstruktive Nachteile zur Folge, da in vielen Fällen eine wellenaxiale Strömungsrichtung des Mediums gewünscht wird und zudem der Bogen des Förderweges dem Medium einen hydrodynamischen Widerstand entgegensetzt, der in vielen Fällen nicht gewünscht oder akzeptiert werden kann.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen im wesentlichen wellenaxialen Strömungsweg für das Medium garantiert, bei der keine aufwendigen Dichtungs­ maßnahmen für die Welle zum Antrieb der Schaufeln erforderlich sind, die keinerlei Ausrichtung zu einem Rohrstrang erfordert, die sehr leicht montiert und demontiert werden kann, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und ein Minimum an Wartung benötigt und eine einfache Anpassung an die jeweils gewünschten Betriebsbedingungen ermöglicht.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Propellerschaufeln an ihren einen Enden mit der Welle lösbar verbindbar ausgebildet sind und daß der Elektromotor in der Drehzahl über eine Einrichtung mittels Frequenzveränderung regelbar ist.

Der als Elektromotor ausgebildete Antriebsmotor ist integraler Bestandteil der Pumpe, so daß eine sehr kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Pumpe möglich ist. Die Spannungsversorgung für den Antrieb des Elek­ tromotors ist zudem nicht dem flüssigen Medium ausge­ setzt, so daß keinerlei Abnutzungsprobleme in bezug auf das Versorgungskabel entstehen können. Aufgrund ihrer Bauart ist die Pumpe auch unmittelbar zum Betrieb im flüssigen Medium, beispielsweise unter Wasser, geeignet. Mittels der Einrichtung zur Drehzahlregelung ist vor­ teilhafterweise eine einfache Anpassung der Pumpe an die jeweiligen Betriebsbedingungen möglich, ebenso wie mit den verstellbaren Propellerschaufeln, die mit der Welle nicht nur für die Zwecke der Montage und Demontage, sondern auch für die Veränderung der jeweiligen An­ stellwinkel zum mit der Pumpe zu fördernden Medium lösbar verbindbar sind.

Prinzipiell kann der die Pumpe antreibende Antriebsmotor ein beliebiger geeigneter Motor sein. So sind bei­ spielsweise auch konventionelle elektrische Antriebsmo­ toren mit Schleifringen zwischen Rotor und Stator denkbar, wenn der kranzförmige Rotor geeignet gegenüber dem Medium abgedichtet ist. Derartige Ausgestaltungen erfordern aber, wie gesagt, aufwendige dichtungstechni­ sche Maßnahmen. Es ist deshalb vorteilhaft, als Elek­ tromotor einen Drehstromasynchronmotor zu verwenden, d. h. durch den im Pumpengehäuse ausgebildeten Stator und durch den an den Schaufel enden ausgebildeten kranzför­ migen Rotor den Elektromotor völlig schleifringfrei zu gestalten. Durch das frequenzabhängige Drehfeld eines Drehstromasynchronmotors wird der Rotor dieses Motors ausgetrieben und es werden somit die Schaufeln der Pumpe in Abhängigkeit des Wechselfeldes des Drehstroms ange­ trieben.

Die Verwendung des Prinzips eines Drehstromasynchronmo­ tors als Elektromotor der erfindungsgemäßen Pumpe gestattet auf verhältnismäßig einfache Weise eine stufenlose Drehzahlregelung, die erfindungsgemäß auch dadurch verwirklicht wird, daß der Elektromotor in der Drehzahl über die erfindungsgemäße Einrichtung mittels Frequenzveränderung regelbar ist. Aufgrund der heutzu­ tage zur Verfügung stehenden Halbleiterbauelemente können auch Frequenzregelungen bei großen elektrischen Leistungen, wie sie beispielsweise bei einer Pumpe der erfindungsgemäßen Art erforderlich sind, verhältnismäßig einfach und kostengünstig realisiert werden.

Obwohl grundsätzlich das Gehäuse der Pumpe auf beliebige geeignete Art ausgebildet sein kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Pumpe dieses in einem im wesentlichen zylindrischen Aufbau realisiert, wobei die Wellenachse im wesentlichen axial zur Gehäuseachse angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung des Gehäu­ ses mit integrierter Pumpe und Antriebsmotor gestattet ein verhältnismäßig einfaches Integrieren in ein rohr­ förmiges Fördersystem für das zu fördernde flüssige Medium und auch eine verhältnismäßig einfache Demontage zu Wartungs- und Austauschzwecken.

Grundsätzlich kann das Gehäuse der Pumpe einteilig ausgebildet sein. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, das Gehäuse wenigstens zweiteilig auszubilden, so daß ein einfacher Zugriff auf den im Gehäuse integrierten Elektromotor möglich ist und auch eine verhältnismäßig einfache Fertigung der Pumpe bzw. des Elektromotors im Pumpengehäuse ermöglicht wird. Nach erfolgter Montage des Elektromotors können dann beide Gehäuseteile auf einfache Weise dichtend miteinander verbunden werden. Beide Gehäuseteile sind dann an ihren Verbindungsstellen über Flansche verbindbar, wobei diese Flansche einerseits der Verbindung der beiden Gehäuseteile dienen und andererseits auch noch eine zusätzliche Befestigungsmöglichkeit der Pumpe in einem Rohrsystem bzw. auf einem Maschinenflur oder dergleichen gestatten.

Um das Gehäuse besonders leicht in ein Rohrsystem oder ein geeignet gestaltetes Fördersystem einbauen bzw. aus diesem für Wartungs- und Austauschzwecke entnehmen zu können, weist das Gehäuse an seinen jeweiligen freien Enden Befestigungsflansche auf, die mit entsprechenden Befestigungsflanschen der zu- bzw. abführenden Rohrsy­ steme verbunden werden können.

Die Welle selbst ist vorzugsweise über Radiallager sowie wenigstens ein Axiallager gelagert, wobei sowohl das Radiallager und/oder das Axiallager vorzugsweise medien­ geschmierte Lager sein können, so daß keinerlei Lager­ dichtungen als solche erforderlich sind. Dadurch ist es möglich, die Pumpe verhältnismäßig einfach auszubilden, was auch seinen Niederschlag in den Gestehungskosten für eine derartige Pumpe findet.

Grundsätzlich können die Lager an sich, in Abhängigkeit des gewünschten Einsatzfalles, auf beliebige geeignete Weise ausgebildet sein, es hat sich jedoch für bestimmte Anwendungszwecke, wo höchste Anforderungen in bezug auf Standzeiten einerseits und andererseits gegebenenfalls hohe Temperaturgradienten in der Nähe der Lager erwartet werden, als vorteilhaft herausgestellt, das Radiallager und/oder das Axiallager in Form keramischer Lager auszubilden. Derartige Lager haben zudem auch den Vorteil, daß sie mediengeschmiert sind, so daß derartige Pumpen auch in Medien eingesetzt werden können, die höchste Sauberkeit und dergleichen in bezug auf das sie fördernde Medium gewährleisten.

Schließlich ist es vorteilhaft, daß die die Welle aufnehmenden Lager in Lagerschalen aufgenommen werden, die über Tragarme mit dem Gehäuse verbunden sind. Diese Tragarme halten die Lagerschalen bzw. über die Lager­ schalen die Welle der Pumpe in einer im wesentlichen zentralen Lage, die auch eine achszentrale Lage sein kann, innerhalb des Pumpengehäuses.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfol­ gende einzige schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Diese zeigt:

Im Schnitt eine Pumpe mit Antriebsmotor mit zwei die Welle stützenden Radiallagern sowie einem Axiallager.

Die Pumpe 10 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 13 mit zylindrischem Aufbau, wobei das Gehäuse 13 bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform zweitei­ lig, d. h. durch die Gehäuseteile 130, 131, ausgebildet ist. Beide Gehäuseteile 130, 131 sind mittels Flanschen 21, 22 verbindbar, wobei die Flansche 21, 22 im wesent­ lichen integral mit den jeweils angrenzenden Gehäusetei­ len 130, 131 ausgebildet sind. Darüber hinaus umfaßt die Pumpe 10 eine im wesentlichen axial zur Gehäuseachse 132 angeordnete Welle 14, auf der eine Mehrzahl von Schau­ feln 15 zur Förderung des Mediums 12 befestigt sind. Die Wellenachse 140 ist im wesentlichen axial zur Gehäuse­ achse 132 bei der hier dargestellten Ausgestaltung der Pumpe 10 ausgebildet.

Die Welle 14 wird über zwei Radiallager 23, 24 sowie ein Axiallager 25 in dieser zentralen Position gehalten, und zwar über Tragarme 28, 29, die sich von der Innenwand des Gehäuses 133 zu den Lagerschalen 26, 27 erstrecken, die im Innenraum des Gehäuses 13, d. h. in dem Raum, in dem das Medium 12 gefördert wird, angeordnet sind. Die Tragarme 28, 29 sind in Strömungsrichtung des Mediums 12 geeignet profiliert ausgebildet, so daß sie einen möglichst geringen hydrodynamischen Widerstand dem zu fördernden Medium 12 entgegensetzen. Auch die Anzahl der Tragarme 28, 29 kann beliebig geeignet gewählt werden. In Strömungsrichtung des Mediums 12 bzw. in dazu entge­ gengesetzter Richtung sind die Lagerschalen 26, 27 mit strömungsdynamisch geeignet ausgebildeten Kappen 30, 31 versehen, so daß die die Welle 14 fest umgebenden Lagerschalen 26, 27 in ihrer Gesamtheit einen geringen hydrodynamischen Widerstand für das Medium 12 darstel­ len.

Die Radiallager 23, 24 und das Axiallager 25 sind bei der hier dargestellten Ausführungsform als medienge­ schmierte keramische Lager ausgebildet, so daß keine aufwendigen Dichtungsmaßnahmen für die Abdichtung des Lagers gegenüber dem zu fördernden Medium 12 vorgesehen werden müssen.

Der Antriebsmotor der Pumpe 10 wird durch einen Motor gebildet, der nach dem Prinzip der Drehstromasynchron­ motoren aufgebaut ist. Zu diesem Zwecke sind die an der Welle 14 angeordneten Schaufeln, die dort mit ihrem einen Ende 150 beispielsweise mittels einer Bolzen-Mutter-Ver­ bindung lösbar verbindbar sind, an ihren der Welle 14 abgewandten Enden 151 kranzförmig umschlossen, wobei der Kranz den Rotor 16 des Elektromotors 11 bildet. Der Stator 17 hingegen ist in dem dem Rotor 16 gegenüberliegenden Bereich 18 des Gehäuses 13 bzw. im vorliegenden Fall im Gehäuseteil 131 angeordnet. Der Stator 17 ist auf an sich bekannte Weise mittels einer elektrischen Verbindungsleitung 32, die den Elektromotor 11 mit einer geeigneten Spannungsversorgungseinrichtung bzw. Rege­ lungseinrichtung für die Drehzahlregelung über die Frequenz des Drehfeldes des Drehstromasynchronmotors verbindet, verbunden.

Beim Betrieb der Pumpe 10 mittels Drehstroms wird im Stator 17 ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt, durch dessen Wirkung der Rotor 16 und somit die Schau­ feln 15 in Abhängigkeit der Frequenz des Drehfelds angetrieben werden, so daß das Medium 12 mittels der Pumpe 10 gefördert wird.

Das Gehäuse 13 bzw. die Gehäuseteile 130, 131 weisen an ihren jeweiligen freien Enden Befestigungsflansche 19, 20 auf, über die die Pumpe 10 in ihrer Gesamtheit in ein jeweils angrenzendes Rohrsystem für die Förderung des Mediums 12 auf einfache Weise integriert werden kann bzw. daran befestigt werden kann oder aber auch an einem Maschinenflur oder dergleichen.

Claims (11)

1. Pumpe mit Antriebsmotor, insbesondere zur Förderung von Regen-, Misch-, Kühlwasser oder anderer flüssiger Medien, umfassend ein Gehäuse sowie darin an einer antreibbaren Welle angeordnete Propellerschaufeln für das Medium, wobei an den Propellerschaufeln ein Rotor eines Elektromotors als Antriebsmotor ausgebildet ist und der Stator in dem dem Rotor gegenüberliegenden Bereich des Gehäuses ausgebildet ist, und wobei die der Welle abgewandten Enden der Propellerschaufeln vom Rotor kranzförmig umschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerschaufeln mit ihren einen Enden (150) mit der Welle (14) lösbar verbindbar ausgebildet sind, und daß der Elektromotor (11) in der Drehzahl über eine Einrichtung mittels Frequenzveränderung regelbar ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (11) ein Drehstromasynchronmotor ist.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) einen im wesentlichen zylindrischen Aufbau hat, wobei die Wel­ lenachse (140) im wesentlichen axial zur Gehäuseachse (132) angeordnet ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) zweiteilig (130, 131) ausgebildet ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) Befesti­ gungsflansche (19, 20) aufweist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (130, 131) über Flansche (21, 22) verbindbar sind.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14) über Radial­ lager (23, 24) gelagert ist.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14) zusätzlich über wenigstens ein Axiallager (25) gelagert ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (23, 24) und/oder das Axiallager (25) mediengeschmierte Lager sind.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (23, 24) und/oder das Radiallager (25) keramische Lager sind.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Welle (14) aufnehmenden Lager (23, 24; 25) in Lagerschalen (26, 27) aufgenommen werden, die über Tragarme (28, 29) mit dem Gehäuse (13) verbunden sind.