DE4446915A1 - Magnetischer Pumpenantrieb - Google Patents
Magnetischer PumpenantriebInfo
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Pumpenantrieb
mit einem von einem Motor angetriebenen äußeren Rotor,
der über eine Magnetkupplung einen inneren Rotor
antreibt, wobei zwischen äußerem und innerem Rotor ein
Spalt besteht, in dem eine Trennwand einliegt, die die
fördermediumsführende Seite von der Trockenseite des
Motors trennt.
Derartige magnetische Pumpenantriebe sind hinlänglich
bekannt und werden insbesondere für Kreiselpumpen
verwendet. Dabei trennt ein Spalttopf die
fördermediumsführende Seite von der Antriebsseite der
Pumpe.
Die heute verwendeten Motoren zum Antrieb von Pumpen
basieren dabei überwiegend auf dem elektromagnetischen
Prinzip. Elektromotoren haben jedoch bekanntlich den
großen Nachteil, daß kompliziert herzustellende und
relativ große Stator- und Rotorwicklungen notwendig sind,
um hohe Drehmomente zu erzeugen und entwickeln bedingt
durch die elektrischen und magnetischen Verluste hohe
Betriebstemperaturen. Durch die großen Abmessungen eines
solchen Elektromotors, basierend auf dem herkömmlichen
elektromagnetischen Prinzip, fallen heutige
Kreiselpumpenantriebe relativ groß aus.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neuartiges
Antriebssystem für Kreiselpumpen bereitzustellen,
welches eine kompakte Bauweise und hohe
Funktionssicherheit bei kleinen Abmessungen
gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
äußere Rotor von einem Piezo-Wanderwellenmotor
angetrieben wird. Der große Vorteil eines
Piezo-Wanderwellenmotors gegenüber herkömmlichen, auf dem
elektromagnetischen Prinzip basierenden Elektromotoren
ist dabei ein vergleichsweise größeres Drehmoment bei
gleichem Bauvolumen.
Vorteilhaft ist es, wenn der äußere Rotor der Pumpe eng
an einem Schwingstator des Wanderwellenmotors anliegt.
Durch die direkte Verbindung von äußerem Rotor und
Schwingstator wird eine äußerst kompakte Bauweise und
hohe Funktionssicherheit des Pumpenantriebs erreicht.
Um die für Kreiselpumpen charakteristischen hohen
Drehzahlen zu erzeugen, kann der äußere Rotor auch über
ein Getriebe mit dem Piezo-Wanderwellenmotor verbunden
sein.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Piezo-Elemente des
Piezo-Wanderwellenmotors an der Innenseite eines den
äußeren Rotor umfassenden Teils befestigt sind.
Auch ist es konstruktiv vorteilhaft, wenn die
Piezo-Elemente an einer Scheibe befestigt sind, wobei die
Scheibe an der die fördermediumsführende Seite von der
Trockenseite des Motors trennenden Trennwand
verdrehsicher anliegt. Auch können die Piezo-Elemente
direkt am Pumpengehäuse angeordnet sein. Dies führt zu
einer besonders kleinen Bauweise des Pumpenantriebs
unter Verwendung weniger Bauteile.
Die Trennwand sollte vorteilsmäßig zwischen dem
Pumpengehäuse und dem die Piezo-Elemente tragenden Träger
abdichtend einliegen, wobei die Trennwand insbesondere
ein flaches Teil ist. Auch kann die Trennwand
doppelwandig ausgebildet sein, so daß zwischen den Wänden
der Trennwand ein Anzeigemedium angeordnet ist, das mit
einem Außenanzeiger in Kontakt steht, wodurch eventuelle
Beschädigungen der Trennwand frühzeitig erkannt werden.
Eine konstruktiv einfache Ausführung des Pumpenantriebs
ergibt sich, wenn an der als flaches Teil ausgebildeten
Trennwand ein ein Lager tragendes Teil befestigt oder
angeformt ist, wobei das Lager das Pumpenlaufrad drehbar
hält.
Die auf der fördermediumsführenden Seite angeordneten
Magnete der Magnetkupplung sind dabei vorteilsmäßig an
der der Trennwand zugewandten Seite des Pumpenlaufrades
befestigt. Hierdurch entfällt der bei heutigen
Kreiselpumpen notwendige, die Magnete tragende Läufer,
wodurch sich nicht nur eine Gewichtsreduzierung, sondern
auch eine höhere Funktionssicherheit der Pumpe ergibt.
Die Magnete auf der Antriebsseite sind dann
konstruktionsbedingt an der der Trennwand zugewandten
Seite des vorteilsmäßig als Scheibe ausgebildeten Rotors
befestigt.
Eine ebenfalls konstruktiv einfache Ausführung des
magnetischen Pumpenantriebs ergibt sich, wenn der Rotor
von dem das Pumpengehäuse abschließenden Teil in Richtung
der Piezo-Elemente druckbeaufschlagt wird, wobei zwischen
dem Rotor und dem das Pumpengehäuse abschließenden Teils
ein Gleit- oder Wälzlager, insbesondere in Form einer
Tellerfeder und/oder einer Gummischeibe einliegt.
Vorteilhaft ist es, wenn der äußere Rotor mittels einer
Spannschraube, welche durch eine axiale Bohrung des
äußeren Rotors greift, mit seiner dem Pumpenlaufrad
abgewandten Seite an den Schwingstator des
Piezo-Wanderwellenmotors gedrückt wird. Die Spannschraube
erzeugt dabei die für einen Piezo-Wanderwellenmotor
notwendige Andruckkraft zwischen Schwingstator und dem
Kontaktbelag des Rotors.
Mögliche Ausführungsbeispiele eines magnetischen
Pumpenantriebs mittels eines Piezo-Wanderwellenmotors
werden anhand der Zeichnungen nachfolgend näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Kreiselpumpe mit Spalttopf und dazugehöriger
Magnetkupplung, bei der der äußere Rotor mittels
eines Piezo-Wanderwellenmotors angetrieben wird.
Fig. 2 Eine Kreiselpumpe, bei der die Piezo-Elemente
an einer an der Trennwand anliegenden Scheibe
angeordnet sind.
Fig. 3 Eine Kreiselpumpe mit Piezo-Wanderwellenmotor,
bei der die einen Magnete der Magnetkupplung
direkt am Laufrad befestigt sind.
Fig. 4 Eine Kreiselpumpe, bei der der Gehäusedeckel
den Rotor des Piezo-Wanderwellenmotors gegen
die Piezo-Elemente drückt.
Fig. 5 und 6 Eine Kreiselpumpe, bei der die Trennwand
als flache Scheibe ausgebildet ist.
Fig. 7 bis 9 Eine Kreiselpumpe mit
Piezo-Wanderwellenantrieb, bei dem die
zylindrische Oberfläche des Rotors im
Schwingstator einliegt.
In Fig. 1 ist eine Kreiselpumpe dargestellt, in deren
Gehäuse 1 auf einer Welle 3 ein Pumpenlaufrad 2 lagert,
wobei die Welle 3 sich mit ihrem einen Ende mittels des
als Rollenlager ausgebildeten Lagers 13 an der Innenseite
des Spalttopfes abstützt. Der auf der Welle 3
angeordnete innere Rotor 4 trägt an seiner zylindrischen
Oberfläche Magnete 5, die mit dem am äußeren Rotor 6
angeordneten Magneten 7 eine Magnetkupplung bilden. Der
Spalttopf 10 trennt die fördermediumsführende Seite 22
der Pumpe von der Trockenseite 21, in der sich der
Piezo-Wanderwellenantrieb befindet.
Das Gehäuse 1 der Pumpe ist mit einem Deckel 14
verschlossen, wobei der Deckel 14 mittels Schrauben 15 am
Gehäuse befestigt ist. Zwischen dem Deckel 14 und dem
Gehäuse 1 und dem Spalttopf 10 liegt ein Dichtungsteil 17
ein. Der Spalttopf 10 kann doppelwandig gestaltet sein,
so daß zwischen den beiden Wänden des Spalttopfes 10 ein
Anzeigemedium 16 ist, welches mit einem nicht
dargestellten, außen am Pumpengehäuse 1, 14 befindlichen
Anzeiger in Verbindung ist. Durch das im Spalttopf 10
befindliche Anzeigemedium 16 und den Anzeiger werden
Beschädigungen des Spalttopfes 10 frühzeitig angezeigt.
Mittels einer Spannschraube 18 und den dazugehörigen
Muttern 19 und Tellerfedern 20 wird der äußere Rotor 6
mit seiner Kontaktfläche gegen den als Scheibe
ausgebildeten Schwingstator 9 gedrückt, wobei der
Schwingstator 9 mit seiner anderen Seite an den
Piezo-Elementen 8 anliegt, und die Piezo-Elemente 8
an der Innenseite des Gehäusedeckels 14 befestigt sind.
Zwischen der Mutter 19 und dem äußeren Rotor 6 liegt ein
Gleitlager, bestehend aus einer Gummischeibe 11 und einer
Tellerfeder 11a, ein.
Durch die im Schwingstator 9 von den Piezo-Elementen 8
angeregte Wanderwelle greift die Wanderwelle mit ihren
dem Rotor 6 zugewandten Wellenbergen in die nicht
dargestellte Kontaktschicht bzw. Haftschicht, die am
Rotor 6 angebracht ist, ein und versetzt den äußeren
Rotor 6 in Drehbewegung. Mittels der Magnetkupplung 5, 7
wird ein Drehmoment auf die Welle 3 und somit auf das
Pumpenlaufrad 2 übertragen.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer
Kreiselpumpe mit Piezo-Wanderwellenantrieb. Der äußere
Rotor 6 ist jetzt ringförmig, wobei der Gehäusedeckel 14
den Rotor 6 in Richtung Schwingstator 9 und
Piezo-Elemente 8 druckbeaufschlagt. Zwischen dem
Gehäusedeckel 14 und dem Rotor 6 liegt ein Gleitlager,
bestehend aus einer Gummischeibe 11 und einer
Tellerfeder 11a, ein. Die Piezo-Elemente 8 sind auf einer
Scheibe 23 angeordnet, die zwischen dem Gehäusedeckel 14
und dem als Spalttopf ausgebildeten Trennkörper 10
verdrehsicher einliegt und verformen sich durch die an
sie gelegte Spannung in axialer Richtung und erzeugen
im Schwingstator 9 die erforderliche Wanderwelle. Die
äußeren Magnete 7 der Magnetkupplung 5, 7 sind an der
Innenseite des ringförmig ausgebildeten Rotors 6
angeordnet.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Kreiselpumpe mit Piezo-Wanderwellenantrieb, wobei die
Piezo-Elemente 8 auf einer Scheibe 23 angeordnet sind,
die mittels Schrauben 24 im Gehäusedeckel 14 befestigt
ist und die Scheibe 23 mittels einer Spannschraube 18 und
den dazugehörigen Muttern 19 mit ihren Piezo-Elementen
8 und dem Schwingstator 9 fest gegen den Rotor 6 in
axialer Richtung gedrückt wird.
Der Spalttopf 10 ist derart gestaltet, daß er eine
ringförmige Ausnehmung aufweist, in der der Rotor 6 mit
seinen Magneten 7 eingreift und einer weiteren
zentrischen, zur Fördermediumsseite 22 geöffneten
Ausnehmung, in der die das Laufrad 2 tragende Welle 3
über das Lager 13 gelagert ist. Die mit den Magneten 7
korrespondierenden Magnete 5 sind unmittelbar an der dem
Spalttopf 10 zugewandten Seite des Laufrades 2
befestigt.
Fig. 4 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem
Piezo-Wanderwellenantrieb, bei dem die mit dem
Schwingstator 9 korrespondierende Haftschicht des Rotors
6 und die Magnete 7 der Magnetkupplung 5, 7 auf der
pumpenzugewandten Seite des Rotors 6 befestigt sind. Der
Gehäusedeckel 14 drückt über ein Gleitlager, insbesondere
bestehend aus einer Gummischeibe 11 und einer
Tellerfeder 11a, den Rotor 6 mittels der Schrauben 15
fest gegen den Schwingstator 9. Die Piezo-Elemente 8 sind
auf einer Ringscheibe 23 angeordnet, die zwischen dem
Gehäuse 1 und dem Schwingstator 9 einliegt.
Die Trennwand weist im Gegensatz zur Ausführung nach
Fig. 3 nur eine Ausnehmung auf, die das Lager 13 hält,
in dem die mit dem Pumpenlaufrad 2 drehbar verbundene
Welle 3 gelagert ist.
Fig. 5 zeigt eine Kreiselpumpe, bei der der Trennkörper
10 eine flache Scheibe, insbesondere eine doppelwandige
Scheibe ist, an der auf der fördermediumsführenden Seite
eine Hülse 12 angeformt oder befestigt ist, die an ihrer
Innenseite ein Lager 13, insbesondere ein Rollenlager
hat, in dem die das Pumpenlaufrad 2 tragende Welle 3
drehbar einliegt.
In Fig. 6 ist eine Kreiselpumpe dargestellt, bei der der
Gehäusedeckel 14 eine flache Scheibe ist, die mittels der
Schrauben 15 über das Gleitlager 11, 11a den Rotor 6 gegen
den Schwingstator 9 und die Piezo-Elemente 8 drückt,
wobei zwischen den Piezo-Elementen 8 und dem Gehäuse 1
der Trennkörper 10 abdichtend einliegt und an dem
Trennkörper 10 ein Körper 3 angeformt ist, der
insbesondere zylindrisch ist und an seiner Außenfläche
ein Lager 13 hat, auf dem das Pumpenlaufrad 2 drehbar
gelagert ist.
Fig. 7 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem
Piezo-Wanderwellenantrieb, bei dem die Piezo-Elemente 8
an einer zylindrischen Innenfläche des Gehäusedeckels 14
einliegen, wobei sich die Piezo-Elemente 8 in radialer
Richtung durch Anlegen einer äußeren Spannung ausdehnen
bzw. zusammenziehen, und dadurch den Schwingstator 9 in
Resonanz versetzen. In dem als zylindrische Hülse
geformten Schwingstator 9 liegt der Rotor 6 ein, wobei
der Rotor 6 mit seiner an seiner zylindrischen Oberfläche
befindlichen Haftschicht im Schwingstator 9 einliegt.
Die an der Innenseite des Schwingstators ausgebildeten
Wellenberge der durch die Resonanz entstandenen
Wanderwellen greifen in die Kontaktschicht bzw.
Haftschicht des Rotors 6 ein und versetzen diesen in
Drehung. An der Innenseite des ebenfalls hülsenförmigen
Rotors 6 liegen die Magnete 7 der Magnetkupplung 5, 7 ein
und wirken mit den Magneten 5 zusammen, welche außen am
Rotor 4 befestigt sind, wodurch das Pumpenrad ebenfalls
in Drehung versetzt wird.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Kreiselpumpe mittels
eines Piezo-Wanderwellenmotors, bei der die
Magnetkupplung 5, 7 in axialer Richtung durch einen
Trennkörper 10 wirkt. Dabei sind die Magnete 5 an der dem
Trennkörper 10 zugewandten Seite des Laufrades 2
befestigt. Die Magnete 7 sind an der dem Pumpenlaufrad
2 zugewandten Seite des scheiben- oder ringförmigen
Rotors 6 angeordnet. Der Rotor 6 liegt ganz oder
abschnittsweise mit seiner zylindrischen Oberfläche an
dem als Hülse ausgebildeten Schwingstator 9 mit seiner
Kontaktschicht an. Die Piezo-Elemente 8 liegen dabei
ringförmig in dem Gehäusedeckel 14 oder dem Pumpengehäuse
1 ein. Die Oberfläche des Rotors 6 und-des als Hülse
geformten Schwingstators 9 sind gebogen, insbesondere
konkav oder konvex ausgeführt, wodurch der Rotor 6 in
axialer Richtung vom Schwingstator 9 gehalten wird. Dabei
kann entweder die Oberfläche des Rotors 6 oder die
Oberflächenform des Schwingstators 9 konkav oder konvex
sein.
Claims (18)
1. Magnetischer Pumpenantrieb, mit einem von einem
Motor angetriebenen äußeren Rotor (6), der über Magnete
(5, 7) einen inneren Rotor (3, 4) antreibt, wobei zwischen
äußerem und innerem Rotor ein Spalt besteht, in dem eine
Trennwand (10) einliegt, die die fördermediumsführende
Seite von der Trockenseite des Motors trennt,
dadurch gekennzeichnet, daß der
äußere Rotor (6) von einem Piezo-Wanderwellenmotor
angetrieben ist.
2. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
äußere Rotor (6) eng an einem Schwingstator (9) des
Wanderwellenmotors anliegt.
3. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß der
äußere Rotor (6) über ein Getriebe mit dem
Piezo-Wanderwellenmotor verbunden ist.
4. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Piezo-Elemente (8)
des Piezo-Wanderwellenmotors an der Innenseite eines den
Rotor umfassenden Teils (14) befestigt sind.
5. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Piezo-Elemente
(8) an einer Seite einer Scheibe (23) befestigt sind
und daß die andere Seite der Scheibe (23) an der
Trennwand (10) verdrehsicher anliegt.
6. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Piezo-Elemente (8)
am Pumpengehäuse (1) befestigt sind.
7. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennwand (10)
zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem die
Piezo-Elemente (8) tragenden Träger (14, 23) abdichtend
einliegt.
8. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) ein
flaches Teil ist.
9. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennwand (10) doppelwandig ist.
10. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
den Wänden der Trennwand (10) ein Anzeigemedium (16) ist,
das mit einem Außenanzeiger in Kontakt steht.
11. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Trennwand (10)
ein Lager (13) tragendes Teil (12) befestigt oder
angeformt ist und daß das Lager (13) das Pumpenlaufrad
(2) drehbar hält.
12. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnete (5, 7) der
Magnetkupplung sich in axialer Richtung gegenüberliegen.
13. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnete (5) der
Magnetkupplung an der der Trennwand (10) zugewandten
Seite des Pumpenlaufrades (2) befestigt sind.
14. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnete (7) an
der der Trennwand (10) zugewandten Seite des als Scheibe
ausgebildeten Rotors (6) befestigt sind.
15. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (6) von dem
das Pumpengehäuse (1) abschließenden Teil (14) in
Richtung der Piezo-Elemente (8) gedrückt wird.
16. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (6)
und dem Teil (14) ein Gleit- oder Wälzlager (11, 11a)
einliegt.
17. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor
(6) und dem Teil (14) eine Tellerfeder (11) und/oder
eine Gummischeibe (11a) einliegt.
18. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannschraube
(18), die durch eine axiale Bohrung des äußeren Rotors
(6) greift, den Rotor (6) mit seiner dem Pumpenlaufrad
(2) abgewandten Seite an den Schwingstator (9) des
Piezo-Wanderwellenmotors drückt.
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1995
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