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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Drehlager,
insbesondere für
Rotoren von Elektromotoren von Pumpen.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere für Zentrifugalpumpen wie zum
Beispiel Umwälzpumpen für Heizsysteme.
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Wie
im Stand der Technik bekannt ist, umfasst eine Art von Umwälzpumpe
für Heizsysteme
einen Elektromotor, dessen Rotor auf einer Welle mittels Keilprofil
befestigt ist, mit der das Laufrad der Umwälzpumpe an einem Ende kinematisch
befestigt ist.
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Der
Elektromotor umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlkörper aus
nichtmagnetischem Material, in dessen Innerem der Rotor drehbar verankert
ist; der Rotor wiederum umfasst eine Basis, in der das Drehlager
eines Endes der Drehwelle untergebracht ist, und einen angeflanschten
Kopf, der mit dem Diffusor bzw. Spiralgehäuse der Umwälzpumpe verbunden ist und von
dem das entgegengesetzte Ende der Drehwelle vorsteht, mit dem das Laufrad
der Umwälzpumpe
kinematisch verbunden ist.
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Der
Statorstapel, der dazu ausgelegt ist, den Rotor bei Versorgung mit
elektrischer Energie in Drehung zu versetzten, ist außerhalb
des Hohlkörpers angeordnet.
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Bei
Umwälzpumpen
mit einer so gearteten Bauweise sickert deshalb die Wärmeübertagungsflüssigkeit
durch den Zwischenraum hindurch, der zwischen dem Rotor und dem
Hohlkörper
gebildet ist, und erreicht das Drehlager.
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Das
Drehlager wird üblicherweise
durch eine aus Keramik oder Grafitmaterial hergestellte Hülse gebildet,
die selbstzentrierend und selbstausrichtend ist und innerhalb der
ein entsprechendes Ende der Welle drehbar gehalten ist.
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Aufgrund
der Probleme bezüglich
des Durchsickerns der Wärmeübertragungsflüssigkeit, und
weil sich Umwälzpumpen
mehrere Monate im Jahr im Stillstand befinden, können Kalkablagerungen die Enden
der Welle an den betreffenden Hülsen blockieren,
oder den Magneten des Rotors an den Innenwänden des Hohlkörpers, in
dem er untergebracht ist, was Probleme beim Anlaufen des Motors verursacht.
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Aus
diesem Grund ist eine axiale Öffnung
an der Basis des Hohlkörpers
vorgesehen, die einen dicht abschließenden Stopfen hat, der vom
Benutzer abgenommen werden kann; diese Öffnung gestattet das Einführen eines
Werkzeugs, z.B. eines Schraubendrehers, mit dem es möglich ist,
auf das Ende der Welle einzuwirken, das komplementär zum Kopf
des Werkzeugs geformt ist, wobei die Welle wieder gängig gemacht
wird.
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Die
mit dieser Art von Umwälzpumpe
verbundenen Hauptprobleme beobachtet man insbesondere bei der ordnungsgemäßen Montage
und der stabilen Positionierung der selbstzentrierenden Hülse, insbesondere
in Bezug auf automatische Montagelinien.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Probleme von
bekannten Bauarten eines Drehlagers für Rotoren von Elektromotoren
von Pumpen zu lösen
oder zu einem wesentlichen Teil zu verringern.
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Innerhalb
dieses Ziels besteht eine Aufgabe darin, ein Drehlager bereitzustellen,
dessen Aufbau eine automatische Montage ermöglicht.
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Eine
andere Aufgabe ist es, ein Drehlager bereitzustellen, das einen
einfachen Aufbau hat.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, ein kostengünstiges Drehlager bereitzustellen.
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Dieses
Ziel sowie diese und weiter Aufgaben, die sich nachstehend klarer
ergeben werden, werden erreicht bzw. gelöst durch ein Drehlager, insbesondere
für Rotoren
von Elektromotoren von Pumpen, von der Bauart, die einen Stator
umfasst, der aus einem Stapel aus Metalllamellen besteht, die die Polschuhe
bilden, und am angeflanschten Kopf eines Hohlkörpers befestigt ist, in dem
ein Permanentmagnetrotor angeordnet ist, wobei ein Ende der Welle des
Rotors drehbar mit der Basis des Hohlkörpers verbunden ist, die mit
einem axialen, dicht abschließenden
Stopfen versehen ist, der von einem Benutzer geöffnet werden kann, wobei das
Drehlager dadurch gekennzeichnet ist, dass es in der Reihenfolge von
der Basis zum Kopf des Hohlkörpers
hin, in einer entsprechenden im Wesentlichen zylindrischen Aufnahme,
die innerhalb der Basis ausgebildet und mit einem Abschlusshalteelement
versehen ist, in Übereinanderlage
umfasst:
- – ein
Element mit Innengewinde für
den Eingriff des axialen Stopfens;
- – eine
selbstausrichtende und selbstzentrierende Hülse, in der ein Ende der Welle
drehbar verankert werden kann, wobei die Hülse mit Spiel und mit einer
drehfesten Teilepaarung in einem konischen Abschnitt der Aufnahme
angeordnet ist, die vom Kopf zur Basis des Hohlkörpers hin enger wird;
- – einen
O-Ring, der so dazwischengesetzt ist, dass er zwischen der Hülse und
der Aufnahme angreift; und
- – ein
Element, um ein axiales Verschieben des Gewindeelements, der Hülse und
des O-Rings des Lagers zu verhindern.
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Weitere
Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Drehlagers ergeben sich
deutlicher aus der Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen
Ausführungsform
von dieser, die lediglich mittels eines nicht einschränkenden
Beispiels in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist:
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1 ist
eine auseinander gezogene Ansicht eines Abschnitts eines Elektromotors,
insbesondere für
Umwälzpumpen
für Heizsysteme,
mit einem verbesserten Drehlager gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Längsschnittansicht
des in 1 in auseinandergezogenem Zustand gezeigten Abschnitts,
und zwar im montierten Zustand;
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3 ist
eine teilweise Schnittansicht eines Abschnitts des Lagers gemäß der Erfindung;
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4 ist
eine Ansicht eines Werkzeugs für die
automatische Montage des Drehlagers gemäß der Erfindung.
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Mit
Bezug auf die Figuren ist ein verbessertes erfindungsgemäßes Drehlager,
insbesondere für Permanentmagnet-Synchronelektromotoren
von Pumpen wie z.B. Umwälzpumpen
für Heizsysteme allgemein
mit der Bezugszahl 10 bezeichnet.
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Das
Lager 10 ist an der Basis 11 eines Hohlkörpers 12 angeordnet,
innerhalb dessen ein Rotor 13 drehbar verankert ist und
außerhalb
dessen der Statorstapel 39 angeordnet ist.
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Der
rohrförmige
Körper 12 ist
mit einem angeflanschten Kopf 14 versehen, der entgegengesetzt zur
Basis 11 angeordnet ist.
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Die
Basis 11 ist durch einen axialen Stopfen 15 verschlossen,
der vom Benutzer geöffnet
bzw. abgenommen werden kann und über
eine dazwischen gelegte Dichtungspackung 38 verfügt, und
einen Zugang zum Ende 16 der Welle 17 gestattet,
an der der Rotor 13 mit mittels Keilprofil befestigt ist.
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Das
Drehlager 10 umfasst, ausgehend von der Basis 11 zum
Kopf 14 des rohrförmigen
Körpers 12 nacheinander
angeordnet, in einer entsprechenden in der Basis 11 ausgebildeten,
im Wesentlichen zylindrischen Aufnahme 18, ein Element 19 mit
Innengewinde für
den Eingriff des mit Gewinde versehenen Ansatzes 20 des
axialen Stopfens 15, eine selbstausrichtende und selbstzentrierende
Hülse 21, einen
O-Ring 23, der so dazwischengesetzt ist, dass er zwischen
der Hülse 21 und
der Aufnahme 18 angreift, und ein Element 24,
um ein axiales Verschieben der vorstehend genannten Bauteile des
Lagers 10 zu unterbinden.
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Die
Hülse 21 ist
mit Spiel angeordnet, wobei sich, wie nachstehend deutlicher beschrieben
werden wird, eine drehfeste Teilepaarung in einem konischen Abschnitt 18b der
Aufnahme 18 befindet, der sich vom Kopf 14 zur
Basis 11 des rohrförmigen
Körpers 12 hin
verjüngt.
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In
einem unteren Bereich ist die Aufnahme 18 so geformt, dass
sie ein umlaufendes Halteansatzelement 25 bildet, an dem
die Bauteile des Lagers 10 während der Montage anliegen
und gehalten sind; diese Bauteile müssen nacheinander mittels eines geeigneten,
nachstehend ausführlicher
beschriebenen Werkzeugs 33 durch den rohrförmigen Hohlraum des
Hohlkörpers 12 eingeführt werden,
in dessen Innerem der Rotor 13 unterzubringen ist.
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Das
Element 19 mit Innengewinde ist in diesem Fall durch eine
sechseckige Mutter gebildet, die mit derselben Bezugszahl bezeichnet
ist, und bei der Montage so anzuordnen ist, dass sie am umlaufenden
Ansatz 25 anliegt, innerhalb des unteren Abschnitts 18a der
Aufnahme 18, der mit mehreren axial ausgerichteten Zähnen 26 versehen
ist, die an seiner Zylinderfläche
angeordnet und dazu ausgelegt sind, eine drehfeste Halterung für das Element 19 mit
Innengewinde bereitzustellen.
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Die
Hülse 21 liegt
dann am Element 19 mit Innengewinde an und hat einen oberen
Abschnitt 21a, dessen Außendurchmesser kleiner ist
als der Außendurchmesser
des unteren Abschnitts 21b, um so einen umlaufenden Ansatz 27 zu
bilden, an dem der O-Ring 23 bei der Montage anliegt; dieser
O-Ring ist dazu ausgelegt, den oberen Abschnitt 21a mit
Eingriff zu umgeben.
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Die
drehfeste Kopplung zwischen Hülse 21 und
Aufnahme 18 wird durch zwei entgegengesetzte Abflachungen 28 bereitgestellt,
die am unteren Abschnitt 21b der Hülse 21 ausgebildet
sind und bei der Montage zwei gegenüberliegenden Abflachungen 29 der
Aufnahme 18 zugewandt sind.
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Die
Hülse 21 wird
mit Spiel in den konisch geformten Abschnitt 18b der Aufnahme 18 eingeführt, kann
aber keine axiale Translationsbewegung ausführen und kann sich nicht drehen.
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Das
Halteelement 24 ist in diesem Fall durch eine Kappe gebildet,
die mit derselben Bezugszahl bezeichnet ist und an einem Bund 30 zu
fixieren ist, der über
der Basis 11 innerhalb des rohrförmigen Körpers 12 vorragt.
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Der
Innendurchmesser des Bunds 30 bildet mit den gegenüberliegenden
Abflachungen 29 der Aufnahme 18 Ansätze 31,
an denen der O-Ring 23 bei
der Montage anliegt, wobei der O-Ring eine solche Kopplung bereitstellt,
dass er innen am Bund 30 angreift.
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In
der praktischen Ausführung
hat der O-Ring 23 eine Aufnahme, die von den Ansätzen 31 und 27 begrenzt
sind, die am Bund 30 bzw. an der Hülse 21 ausgebildet
sind.
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Das
Halteelement 24 wird durch einen flachen umlaufenden Abschnitt 24a und
einen zylindrischen umlaufenden Abschnitt 24b gebildet,
und kann am Bund 30 beispielsweise durch Ultraschallschweißen, Vibrationsschweißen, Kleben,
einen mechanischen Schnappvorgang, oder eine andere geeignete Verbindungstechnik
fixiert werden.
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Der
flache umlaufende Abschnitt 24a des Halteelements 24 hat
eine Axialabmessung, die im Wesentlichen innerhalb der Axialabmessung
des oberen Abschnitts 21a der Hülse 21 enthalten ist,
und einen Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser
des oberen Abschnitts 21a ist, wobei ein umlaufendes Spiel
gebildet ist, das kleine Setzbewegungen der Hülse 21 gestattet,
wenn sich der Rotor 13 bewegt, oder auch während des
Schritts der Selbstzentrierung und Selbstausrichtung.
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Der
flache umlaufende Abschnitt 24a des Halteelements 24 ist
außerdem
radial angeordneten Nuten 32 versehen, die es gestatten,
dass bei der Montage mit dem Werkzeug 33 auf den O-Ring 23 eingewirkt
werden kann, und die eine ordnungsgemäße Montage des O-Rings unter
Eingriff an der Aufnahme 18 und der Hülse 21 ermöglichen.
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In 4 ist
ein Werkzeug 33 dargestellt, das vorteilhafterweise dazu
verwendet werden kann, das Lager 10 am Hohlkörper 12 automatisch
zu montieren.
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Das
Werkzeug 33 umfasst einen Kopfabschnitt 34, der
von im Wesentlichen zylindrischer Form ist, und von dem ein stabartiges
Element 35 und Zähne 36 koaxial
abstehen; die Zähne
sind auch radial ausgerichtet und sind um die Basis des stabartigen
Elements 35 angeordnet.
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Wenn
das Halteelement 24 durch Ultraschallschweißen am Bund 30 befestigt
wird, ist der Kopfabschnitt 34 des Werkzeugs 33 eine
Sonotrode. In der Praxis wird das stabartige Element 35 nacheinander
in das Halteelement 24, den O-Ring 23, die Hülse 21 und
das Element 19 mit Innengewinde eingeführt.
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Das
Halteelement 24, die Hülse 21 und
das Element 19 mit Innengewinde müssen vorher natürlich genau
ausgerichtet werden.
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Die
Zähne 36 greifen
in die Radialnuten 32 des Halteelements 24 ein
und drücken
auf den O-Ring 23, wenn die Bauteile in der Aufnahme 18 angeordnet
sind.
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Sobald
das Halteelement 24 am Bund 30 angeordnet ist
und der Kopfabschnitt 34 des Werkzeugs 33 an seinem
flachen umlaufenden Abschnitt 24a anliegt, kann der Vorgang
des Anschweißens des
Halteelements 24 am Bund 30 mittels Ultraschall beginnen.
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In
der Praxis hat sich herausgestellt, dass mit der vorliegenden Erfindung
die beabsichtigten Ziele und bestimmungsgemäßen Aufgaben erreicht bzw. gelöst werden.
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Und
zwar ist ein Lageraufbau bereitgestellt worden, der die Probleme
bezüglich
der Montage und stabilen Positionierung der selbstausrichtenden und
selbstzentrierenden Hülse 21 löst.
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Wenn
darüber
hinaus das Ende 16 der Welle 17 zur Lagerung des
Rotors 13 aufgrund von Kalkablagerungen z.B. an der Hülse 21 blockiert
wird, ist es möglich,
indem man den Stopfen 15 abnimmt, mit einem Werkzeug, z.B.
einen Schraubendreher, auf das Ende 16 einzuwirken, welches
in diesem Fall eine Nut 37 aufweist.
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Das
Halteelement 24 widersteht deshalb dem Axialschub der mit
dem Schraubendreher aufgebracht wird, wobei die Hülse 21 in
ihrer Aufnahme verbleibt.
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Der
Lageraufbau 10 ist außerdem
dergestalt, dass er eine Geräuschentwicklung
aufgrund des Spiels zwischen der Hülse 21 und der Aufnahme 18 reduziert,
wobei ein solches Geräusch
wegen der hohen Drehzahl des Rotors 13 üblicherweise nicht vernachlässigbar
ist.
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Außer dass
er die Selbstausrichtung der Hülse 21 gestattet,
wird durch den O-Ring 23 auch eine hydraulische Dichtung
bereitgestellt, die das Durchsickern der Wärmeübertragungsflüssigkeit
reduziert, wenn der axiale Stopfen 15 abgenommen ist, wobei sich
demzufolge für
den Benutzer geringere Unannehmlichkeiten ergeben.
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An
der vorliegenden Erfindung können
zahlreiche Modifikationen und Variationen vorgenommen werden, die
alle innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.
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Die
technischen Einzelheiten können
durch andere technisch äquivalente
Elementen ersetzt werden.
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Solange
sie mit dem bedingten Verwendungszweck kompatibel sind, können die
Materialen sowie auch die Abmessungen entsprechend den Erfordernissen
gewählt
sein.
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Dort,
wo in irgendeinem Anspruch erwähnten
technischen Merkmalen Bezugszeichen folgen, sind diese Bezugszeichen
für den
alleinigen Zweck der Erhöhung
der Verständlichkeit
der Ansprüche aufgenommen
worden, und demgemäß haben
solche Bezugszeichen keinerlei begrenzende Wirkung auf die Interpretation
jedes Elements, das beispielhaft mit solchen Bezugszeichen gekennzeichnet
wurde.