DE69416263T2

DE69416263T2 - Lager für die Rotorwelle einer Kreiselpumpe mit einem permanent magnetischen elektrischen Motor

Info

Publication number: DE69416263T2
Application number: DE69416263T
Authority: DE
Inventors: Elio Marioni
Original assignee: Askoll SpA
Current assignee: Askoll Due SRL
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: DE69416263D1; EP0655556A1; EP0655556B1; US5714814A

Description

Die vorliegender Erfindung betrifft einen permanent magnetischen elektrischen Motor, insbesondere zur Verwendung in einer Kreiselpumpe. Ein permanent magnetischer elektrischer Motor mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Merkmalen ist in der DE-A-28 09 973 beschrieben.
Es sind bereits Kreiselpumpen bekannt, die insbesondere in Aquarien eingesetzt werden und im wesentlichen einen gehäuseartigen Körper enthalten, der in seinem Inneren zwei hermetisch voneinander getrennte Kammern aufweist, von denen eine erste Kammer den Stator eines permanent magnetischen elektrischen Motors und eine zweite, im wesentlichen zylindrische Kammer den Rotor dieses Motors aufnimmt.
Der Stator ist in Epoxidharz eingebettet, das ihn von der Umgebung der Pumpe, d. h. vom Aquarium, isoliert.
Im gehäuseartigen Körper ist außerdem eine dritte Kammer ausgebildet, die mit der zweiten in Verbindung steht und zur Aufnahme eines mit dem Rotor koaxial verbundenen Flügelrades dient.
In derartigen Pumpen kann der Rotor um eine Stahlwelle umlaufen, die auslegerartig am unteren Bereich der zweiten Kammer angebracht und in Achsrichtung fixiert ist.
Ein tassenförmiges Gummielement ist im wesentlichen zwischen der Welle und dem Lagersitz angeordnet und sorgt für eine elastische Kopplung.
Während des Betriebs der Pumpe füllen sich die zweite und dritte Kammer aufgrund der Drehung des Flügelrades - und im Fall der zweiten Kammer auch aufgrund des Vorhandenseins eines in der Wand ausgebildeten in Längsrichtung verlaufenden Rezirkulationskanals - mit fließendem Wasser.
In diesem speziellen Einsatzbereich, d. h. in einem Aquarium, ist im Wasser suspendierter Sand vorhanden. Gerät dieser Sand zwischen sich bewegende Teile, so kommt es häufig - und insbesondere bei der Welle - zu einem vorzeitigen Verschleiß.
An der Stahlwelle treten außerdem Induktionsspannungen auf, was dazu führt, daß sich die im Wasser vorhandenen kohlensauren Salze an der Welle ablagern. Mit der Zeit macht dies einen reibungslosen Betrieb der Pumpe natürlich schwierig.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird seit einiger Zeit keramisches Material zur Herstellung von Wellen eingesetzt, die dadurch in der Lage sind, dem Abrieb durch den Sand zu widerstehen, und bei denen keine Induktionsspannungen auftreten, die zur Bildung von Ablagerungen führen.
Dabei treten nun jedoch andere Nachteile aufgrund der Tatsache auf, daß die Sprödigkeit des Materials ein Befestigen an beiden Enden nötig macht, um einen Bruch zu verhindern. Dies verursacht wiederum Probleme und erschwert es, die Welle im Fall eines Bruches auszutauschen, da ein Ausbau der Welle kompliziert ist und insbesondere ein Ausbau des Wellenstumpfes Schwierigkeiten bereitet, der weiterhin starr mit dem am unteren Bereich der Kammer befindlichen Lager gekoppelt ist.
Bei auslegerartig gelagerten Keramikwellen tritt ein Bruch im übrigen nahe des Kopplungspunktes auf.
Andere Nachteile ergeben sich durch die schwierige Wartung, zumal ein am Wellenende befindliches Lager auf der Abdeckung der Flügelradkammer ausgebildet ist.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen permanent magnetischen elektrischen Motor mit einem Lager für die Rotorwelle einer Kreiselpumpe zu beschreiben, bei dem ein einfaches, schnelles und müheloses Austauschen der Welle im Falle eines Bruchs möglich ist.
Eine Hauptaufgabe besteht dementsprechend darin, ein Lager vorzusehen, das es ermöglicht, die Vorteile des Einsatzes von Keramikwellen in Kreiselpumpen für Aquarien und ähnliche Einsatzgebiete vollständig zu nutzen.
Eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Kreiselpumpe mit einem permanent magnetischen Motor vorzusehen, bei dem durch die Verwendung der Keramikwelle die Wartung erleichtert wird.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiselpumpe zu beschreiben, deren technisches und konstruktives Konzept auch bei Anlagen eingesetzt werden kann, bei denen aus einem anderen Material hergestellte Wellen Verwendung finden.
Außerdem besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Kreiselpumpe zu beschreiben, deren Aufbau eine leichtere Montage ermöglicht, als dies bei den derzeit erhältlichen Kreiselpumpen der Fall ist.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiselpumpe vorzusehen, die unter Verwendung von herkömmlichen Geräten und Einrichtungen hergestellt werden kann.
Das genannte Ziel und die obigen Aufgaben sowie weitere, der folgenden Beschreibung zu entnehmende Aufgaben werden durch einen permanent magnetischen elektrischen Motor mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht bzw. gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung zweier erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele, die zum besseren Verständnis in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Kreiselpumpe mit permanent magnetischem Motor und einer Keramikwelle, welche durch ein erfindungsgemäßes Lager gehaltert ist;
Fig. 2 eine Perspektivansicht einer zweiten Pumpe, deren Abdeckung angehoben ist;
Fig. 3 eine Ansicht der zweiten Pumpe im Bereich der Flügelradkammer ohne Abdeckung;
Fig. 4 eine Explosionsansicht der Bestandteile der zweiten Pumpe, die innerhalb der Rotorkammer montiert sind;
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der zweiten Pumpe;
Fig. 6 eine Seitenansicht des Rotors der zweiten Pumpe, der von dem entsprechenden Lager gehaltert wird.
Der in der oben genannten Fig. 1 dargestellte permanent magnetische elektrische Motor, der in einem von den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung nicht abgedeckten ersten Ausführungsbeispiel einer ersten Kreiselpumpe für Aquarien eingebaut ist, umfaßt einen Stator 10 aus einem Lamellenpaket mit einer spulenartigen Umwicklung, der in einer ersten, von einem gehäuseartigen Kunststoffkörper 14 begrenzten Kammer 15 angeordnet ist, sowie einen Rotor 11, der in einer zweiten, zylindrischen Kammer 12 (der Rotorkammer) angeordnet ist, die durch ein tassenförmiges Element 12a gebildet wird, welches direkt (d. h. einstückig) bzw. indirekt mit dem Körper 14 verbunden ist, wodurch der Rotor vom Stator 10 getrennt ist und um eine in der zweiten Kammer 12 in Achsrichtung fixierten Keramikwelle 13 umlaufen kann.
Der Stator 10 ist vorzugsweise in Zweistoff-Epoxidharz 15a eingebettet.
Der Rotor 11 ist mit einem Flügelrad 16 verbunden, das in einer entsprechenden dritten, im gehäuseartigen Körper 14 ausgebildeten Kammer 17 angeordnet ist.
Erfindungsgemäß steht ein röhrenförmiger Schaft 19 vom unteren Bereich 18 des Elements 12a des Rotors 11 in Achsrichtung vor. Ein Ende der Keramikwelle 13 ist durch einen Kraftsitz in diesem Schaft 19 befestigt, wodurch die Welle auslegerartig angebracht ist.
Erfindungsgemäß weist außerdem der untere Bereich 18 am Schaft 19 eine Durchgangsbohrung 20 auf, die die Schaftinnenseite mit der Innenseite eines weiteren Schafts 21 verbindet, welcher koaxial zum Schaft 19 ebenfalls vom unteren Bereich 18 vorsteht und an seinem freien Ende über die Harzmasse 15a hinausragt.
Auf diese Weise ist die Innenseite des Schaftes 19 mit der Außenseite 12b der zweiten Kammer verbunden.
Auf das obere Ende der Welle 13 kann durch den Schaft 21 und die Öffnung 20 durch Einsatz eines geeigneten Werkzeugs eine Druckkraft ausgeübt werden, um so die Welle aus der Kammer 12 zu Wartungszwecken zu entnehmen bzw. um im Fall eines Bruchs den Teil der Welle zu entfernen, der noch starr am Schaft 19 angekoppelt ist.
Wenn die Welle 13 in einen Kraftsitz im Schaft 19 gepreßt wird, dient die Öffnung 20 auch zum Abfließen im Schaft vorhandener Luft, die andernfalls bei Fehlen einer Schaftauslaßöffnung verdichtet würde, was wiederum ein Auftreten einer das Herausnehmen der Welle erleichternden Kraft zur Folge hätte.
Der Schaft 19 stellt auch einen elastischen Widerstand für das Wellenende dar und ermöglicht dabei ein Biegen der Welle gegenüber der Achse.
Wie sich den oben erwähnten Fig. 2 bis 6 entnehmen läßt, umfaßt in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Kreiselpumpe mit permanent magnetischem Motor einen aus Kunststoff gefertigten gehäuseartigen Körper 110, in dem zwei hermetisch voneinander getrennte Kammern ausgebildet sind, von denen eine erste Kammer 111 zur Aufnahme des Stators 112 und eine im wesentlichen zylindrische zweite Kammer 113 zur Aufnahme des Rotors 114 des Motors dient.
Der gehäuseartige Körper 110 begrenzt auch hier eine dritte Kammer 115, die mit der zweiten Kammer 113 verbunden ist und ein Flügelrad 116 enthält, das in bekannter Weise mit dem Rotor 114 in Verbindung steht. Die dritte Kammer 115 wird von einer abnehmbaren Abdekkung 117 verschlossen, an der eine mit einem Gitter versehene Ansaugöffnung 118 axial zum Flügelrad 116 angeordnet ist.
Die Pumpen-Abflußleitung 119 ist wiederum auf dem gehäuseartigen Körper 110 ausgeformt.
Der Rotor 114 und das Flügelrad 116, die vorzugsweise axial perforiert sind, können um eine Keramikwelle 120 umlaufen, die erfindungsgemäß an einem Lager 121 befestigt ist, welches aus Kunststoff besteht und am unteren Bereich 113a der zweiten Kammer 113 abnehmbar angebracht ist.
Insbesondere umfaßt das Lager 121 einen Schaft 122, in den die Welle 120 eingepreßt wird. Dieser Schaft steht axial vom unteren Ende eines zylindrischen tassenförmigen Elements 123 so vor, daß er in einen geeigneten komplementär geformten Sitz 113b eingeschoben werden kann.
Die Keramikwelle 120 wird innerhalb des Schaftes 122 in einen Kraftsitz gebracht, wobei der Schaft an seinem unteren Ende eine Bohrung 124 zum Abfließen der Luft aufweist, die andernfalls innerhalb des Schaftes verdichtet würde, was ein Auftreten einer das Herausziehen der Welle erleichternden Kraft zur Folge hätte.
Ein Greifmittel 125 ist an einem seiner Enden an der Außenseite mit dem tassenförmigen Element 123 einstükkig verbunden, erstreckt sich parallel zur Welle 120 und ist in einem entsprechenden, in der Wand der zweiten Kammer 113 ausgebildeten Schlitz 126 angeordnet.
Das Greifmittel 125 erstreckt sich nach oben bis zu einem Bereich, der von der dritten Kammer 115 aus zugänglich ist.
Im einzelnen wird das Greifmittel durch einen hohlen Stab 127 gebildet, der zumindest an seinen Enden offen ist und einen C-förmigen Querschnitt aufweist. Zwei einander gegenüberliegenden Vorsprünge 128 stehen im rechten Winkel bogenartig am oberen Ende dieses Stabes vor.
Die Vorsprünge 128 sind in einem entsprechenden, zwischen der zweiten Kammer 113 und der dritten Kammer 115 ausgeformten Schlitz 129 angeordnet, wobei ein Zugriff auf sie möglich ist, um die aus dem Lager 121 und dem Rotor 114 samt Flügelrad 116 bestehende Anordnung zu entnehmen.
Die Hohlstruktur des Stabes 127 führt zu einer Wasserrezirkulation im Stab zwischen der Innenseite der zweiten Kammer 113 und der dritten Kammer 115.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß der Benutzer bei einem Anheben der Vorsprünge 128 des Lagers 121 die gesamte mit dem Lager der Welle 120 verbundene Anordnung entnehmen und in einfacher Weise auf das zugehörige Eingriffselement einwirken kann.
Sollte es zum Bruch der Welle 120 kommen, so kann durch Einführen eines geeigneten Werkzeugs durch die Bohrung 124 der Stumpf zum Wellenaustausch vom Schaft 122 entfernt werden.
Der Schaft 122 selbst ist ein elastisches Element, das es der Welle 120 ermöglicht, an ihrer Basis Biegebewegungen auszuführen.
Wie bereits erwähnt, dient die Bohrung 124 auch dazu, ein Abfließen der im Schaft 122 vorhandenen Luft zu ermöglichen, wenn die Welle in den Kraftsitz gebracht wird.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß das angestrebte Ziel und die Aufgaben der Erfindung bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen erreicht bzw. gelöst werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Modifikationen und Abwandlungen möglich.
Im übrigen können die einzelnen Bauteile jeweils durch andere, technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.
In der Praxis ist es möglich, die verwendeten Materialien und Abmessungen entsprechend den jeweiligen Erfordernissen frei zu wählen, solange die Materialien dem beabsichtigten Verwendungszweck angemessen ist.
Soweit in den Ansprüchen technische Merkmale mit Bezugsziffern versehen wurden, dienen diese Bezugsziffern allein der besseren Verständlichkeit der Ansprüche. Eine Einschränkung des Anwendungsbereichs der beispielhaft durch solche Bezugsziffern gekennzeichneten Elemente erfolgt hierdurch jedoch nicht.

Claims

1. Permanent magnetischer elektrischer Motor, insbesondere zur Verwendung in einer Kreiselpumpe, wobei der elektrische Motor die folgenden Bestandteile enthält: eine erste Kammer bzw. Struktur (15, 111), die durch einen aus Kunststoff gefertigten Körper (14, 110) begrenzt wird; eine zweite Kammer (12, 113), die mit dem Körper (14, 110) in Verbindung steht und von der ersten Kammer getrennt ist; einen in der ersten Struktur bzw. Kammer (15, 111) angeordneten Stator (10, 112) aus einem Lamellenpaket mit einer spulenartigen Umwicklung; einen Rotor (11, 114), der in der zweiten Kammer (12, 113) angeordnet und hierdurch vom Stator (10, 112) getrennt ist; eine in der zweiten Kammer (12, 113) gelagerte Welle (13, 120), die sich axial zum Rotor (11, 114) erstreckt, wobei der Rotor um die Welle (13, 120) umlaufen kann; ein Lager (121) für die Rotorwelle (13, 120) des Motors, wobei das Lager (121) ein Profilelement (123) umfaßt, das an einem unteren Bereich (113a) der zweiten Kammer (113) angeordnet ist; einen röhrenförmigen Schaft (122), der sich von diesem Profilelement (123) am unteren Bereich (113) der zweiten Kammer (113) aus erstreckt, wobei ein Ende der Welle (120) durch einen Kraftsitz im Schaft (122) befestigt ist; und eine Durchgangsbohrung (124), welche sich im Profilelement (123) koaxial zum röhrenförmigen Schaft (122) erstreckt;

dadurch gekennzeichnet, daß das Profilelement (123) abnehmbar am unteren Bereich (113a) der zweiten Kammer (113) angebracht ist und Greifmittel (125) umfaßt, die axial zu einem Bereich des Motors verlau fen, der zum Herausnehmen des Profilelements zugänglich ist.

2. Elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (120) aus einem Keramikmaterial besteht.

3. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine vom Körper (110) begrenzte dritte Kammer (115) und ein Flügelrad (116) umfaßt, welches mit dem Rotor (114) verbunden ist, wobei das Greifmittel (125) mit einem äußeren Teil des Profilelements (123) verbunden ist und das Lager (121), der Rotor (114) und das Flügelrad (116) eine Anordnung bilden, und wobei das Greifmittel (125) zum Herausnehmen der Anordnung aus dem Motor dient.

4. Elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Schaftes (122) am tassenförmigen unteren Bereich (123) durch die Durchgangsbohrung (124) mit der Außenseite verbunden ist.

5. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (124) derartige Querschnittsabmessungen aufweist, daß ein Werkzeug in sie eingesteckt werden kann, welches ein Bewegen des oberen Endes der Welle (120) in einer solchen Weise ermöglicht, daß sich die Welle (120) aus dem Schaft (122) herausbewegt.

6. Elektrischer Motor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (120) des Rotors (114) im Profilelement (123) auslegerartig gehaltert ist.

7. Elektrischer Motor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (122) sich axial vom Profilelement (123) aus erstreckt, das vorzugsweise tassenförmig gestaltet und in einem komplementär geformten Sitz (113b) im unteren Bereich (113a) der zweiten Kammer (113) angeordnet ist.

8. Elektrischer Motor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Greifmittel (125) von einem hohlen Stab (127) gebildet wird, der sich in Achsrichtung erstreckt und einstückig mit dem äußeren Bereich des tassenförmigen Elements (123) ausgebildet ist.

9. Elektrischer Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Stab (127) in einem in einer Wand der zweiten Kammer (113) ausgebildeten, geeigneten Schlitz (126) angeordnet ist.

10. Elektrischer Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (127) wenigstens an seinen Enden offen ist und eine Wasserrezirkulation zwischen der zweiten Kammer (113) und der dritten Kammer (115) ermöglicht.

11. Elektrischer Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (124) ein Herausströmen von im Schaft (122) vorhandener Luft ermöglicht, wenn die Welle (120) in einen Kraftsitz mit dem Schaft (122) gebracht wird.

12. Elektrischer Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Schaft um ein elastisches Element handelt, welches eine Biegebewegung der Welle (120) an deren durch einen Kraftsitz im Schaft (122) befestigten Basis ermöglicht.