DE8716971U1

DE8716971U1 - Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe

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Publication number: DE8716971U1
Application number: DE8716971U
Authority: DE
Original assignee: LUDIN LUDWIG ANGLIKON AARGAU CH
Current assignee: LUDIN LUDWIG ANGLIKON AARGAU CH
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1989-04-20

Description

^L

DK 2221/14a
Lagerkugel für eine elektrisch betriebene

Sphärische Antriebe werden in zunehmender Zahl im Pumpen- und Ventilatorbau eingesetzt. Der Läufer solcher Maschinen wird durch Magnetkräfte in seiner Lage gehalten und lediglich durch eine einzige Lagerschale» die auf einer feststehenden Lagerkugel gleitet» zentriert und gegen die axial gerichteten KrIfte des Hagnetschubes abgestQfctir. Bei einer anderen AusfGhrunesform erfolgt die Abstötzunq ,- durch eine im Saugkanal der Pumpe befestigte Kugel, die den Liufer - entgegen der magnetischen Nirkrichtung gegen den hydraulischen Schub abstützt. In beiden FSHen besteht das Bedürfnis» daß der Liufer jeweils auch in d&r entgegengesetzten Richtung in seiner Lage gehalten wird. Bei Pumpen, die mit Elektromotoren eine Einheit bilden, ist dies ?.S. erforderlich, weil der magnetische Schub sofort entfallt, wenn /ler Strun abschaltet wird, wihrend der hydraulische Schub aber erst mit abnehmende Drehzahl abklingt.

Der Nachteil der Lagerkugeln von bekannten sphärischen Lagerungen liegt darin begründet, da sich auf der OBerflache der Kugel *m Gegensatz zu zylindrischen Kellen kein tragender Schmierfilm ausbildet, so daß ständig Halbtrockenreibung herrscht. Damit entscheidet die ( Lösung der Forderung nach Gleitpartnem, die fast keinen Verschleiß verursachen und bei denen sich kein "Lagerfressen" einstellen kann (was bei metallischen Gleitpartnem immer eine Gefahr bildet), über die technische Verwendbarkeit sphärischer Lagerungen. Es ist bekannt, daß Hartstoffe auf der Basis von Metalloxiden oder -karbiden wegen des außerordentlich hoch liegenden Schmelzpunktes ein Lagerfressen sicher ausschließen. Bei diesen Werkstoffen lassen sich auch kleinste Rauhtiefen und damit höchste Oberflächenqualitäten verwirklichen. Wegen des geringen Ausdehnungskoeffizienten haben sie ferner eine höhere Formtreue und außerdem eine bessere Benetzbarkeit als Metallkügeln. Vor allem aber sind diese keramischen Hartstoffe chemisch inaktiv, überziehen sich also nicht mit Metalloxiden oder anderen Me-

I tall verbindungen, wie dies bei Metallen und auch bei Hartmetall,

1 bestehend aus Karbiden in einer Hetallmatrix, die ebenso wie Metalle

% vor allem durch Salzgehalt im Wasser massivem Verschleiß unterliegen,

1 unvermeidlich ist. Schließlich sind die härtesten Hartstoffe wie Alu-

I miniumoxid, Zirkonoxid und Siliziumkarbid durch abrasive Flössig- I keitsbeimischungen, z.B. durch Sand nicht ritzbar, behalten deshalb I auch bei Forderung von Schmutzwasser die unbeschädigte Gleitfläche.

1 In Ober Jahre betriebenen Versuchsreihen fanden sich sogar Lagerpaa-

I rungen mit Null verschleiß.

I O Aus Hart-Keramik bestehende Lagerkugeln «eisen andererseits den gros-'< sen Nachteil auf» daß sie weder durch Löten noch durch Schweißen mit

dem tragenden Konstruktionselement verbunden werden können.

% Es sind Wege beschrieben* wie die so vorteilhaften Hart-Keramik-Ku-

I gel&eegr; dennoch eingesetzt werden können* indem die Keramikkugeln von I einer Metal!kapsel eingefaßt werden, deren Rand parallel zum Kugel- I Iquator verlluft, Ober diesen aber noch um einen kleinen Betrag öber- I greift. Diose Art der Befestigung der Keramikkugel hat aber den Nach- I teil, daß der größere Teil der Oberfläche durch die Metallkapse? gs- I Dildet wird, was zu einem starken Verschleiß des konkaven Lagerpart-

s^: ners im Äquatorbereich föhrt.

Die Erfindung betrifft Lösungen, bei denen der Äquatorbereich der KugeloberflSehe zur Aufnahme der Radialkräfte verfügbar ist. Dies ist von besonderer Bedeutung for Brauchwasser-Zirkulations-Pumpen, da diese im praktischen Einsatz häufig gegen die Pumpenförderrichtung mit fast vollem Wasserleitungsdruck durchströmt werden, was immer dann geschieht, wenn nahe dem Ende der Verteilungsleitung einer Warmwasserinstallation bei voller öffnung eines Ventils gezapft vrird. Die dabei auftretenden, auf das Laufrad wirkenden RadialkrSfts kör.r.an die bei Pumpenbetrieb auftretenden um das hundertfache übertreffen.

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Ein weiterer Belastungsfall, der sich häufig gezeigt hat, ist der Stoß, der auf die Lagerkugel wirkt, wenn die Pumpe beim Versand oder bei der Installation fallengelassen wird. Diese Stoßkräfte können so groß sein, daß sich die Lagerkugel von der Lagersä'ule löst.

In einer besonderen AusfOhrungsform sieht die Erfindung deshalb eine federnde Befestigung der Lagerkugel auf der Lagersä'ule vor.

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden: C Fig. 1 zeigt eine Pumpe mit sphärischem Lager,

Fig. 2 zeigt eine Lagerkugel, die pilzförmig angeschliffen in ein
Zwischenstück gefaßt ist,

Fig. 3 zeigt eine weitere Äusführiingsfonn mit einer pilzförmig angeschliffenen Lagerkugel

Fig. 4 zeigt eine einseitig angebohrte Lagerkugel mit einer Schraube Fig. 5 zeigt eine lötbare Ausführungsform Fig. 6a zeigt eine Lagerkugel mit einer Rille,

Fig. 6b zeigt einen Querschnitt durch die Ausföhrungsfonn gemäß Fig.
6a,

Fig. 7 zeigt eine kraftschlüssige Befestigung,

Fig. 8 zeigt eine Lösung für eine stiftfönaige Lagersäule,
r Fig. 9 zeigt eine Alternative zur Konstruktion gemäß Fig. 8,

Fig.10 zeigt eine Lösung Bait einer Kutter in eimern Schlitz, Fig.II zeigt eine Alternative zu Fig. 10, Fig.l2 zeigt eine Alternative zu Fig. 7.

Figur 1 zeigt eine Pumpe im Querschnitt. Der Motor 1 treibt über die Helle 2 den antreibenden Magneten 3 an. Dieser überträgt das Drehmoment auf den Rotor 4, der durch die Trennwand 5 vom antreibenden Magneten 3 getrennt ist. Das Schaufelrad 6 mit den Schaufeln 7 und des Nabenkörper 8 ist sit des angetriebenen Roter 4 unlSsbar verkünden. Die Lagerschale 9 rotiert relativ zur Lagerkugel 10, die ihrerseits auf der Lagersäule 11 befestigt ist. Durch den konischen Ring

12 wird die Laufrad-Rotor-Einheit 6,7,4 daran gehindert, daß der ■Rotor 4 entgegen der Richtung des Pfeiles 13 auswandern kann, wenn der hydraulische Schub zu groß ist. An die Stelle des antreibenden Magneten 3 kann auch ein Elektromotorenstator treten, der ebenfalls ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt.

Figur 2 zeigt eine pilzförmig angeschliffene Lagerkugel 61a, deren Stiel 62a in die Bohrung eine Zwischenstückes 68 eingeschrumpft ist. Erst nach dem Zusammenfügen wird die sphärische Fläche 59a durch Zerspanung erzeugt. Das Zwischenstück wird mit der Lagersäule 58a unv lösbar verbunden.

Figur 3 zeigt eine ähnliche AusfÖhrungsform, bei welcher der Stiel 62 der Lagerkugel 61 in die hohle Lagersäule 58 eingepreßt wird. Innen 1st die lagersäule 58 als Hohlzylinder 63 ausgebildet, von seiner Inneren Oberfläche weist ein schneidenförmiger Ringbereich 64 nach innen. In den zur Lagerkugel gewandt konisch ausgebildeten Ringbereich wird der Stiel 82 eingepreßt, was zu hoher örtlicher Flächenpressung und damit zu sicheres Reibschluß führt. Danach wird der Bereich 67 auf die sphärische Form 67a gebracht. Der Abstand 65 vom Äquator 66 wird so groß gewählt, daß auch der in Figur 1 gezeigte konische Ring 12 noch auf der Kugel 61 gleitet. Die Axial kraft wird r _t über die plane Ring]Sehe 60 auf die Lagersäule 58 übertragen.

Figur 4 zeigt eine Lagerkugel 41 mit einem Sackloch 47, in welches die Schraube 43 eingeklebt ist. Ein Q-Ring 45 verhindert den Zutritt von Furderflüssigkeit zum Kleber. Der Rand 44 der Lagersäule 42 ist hochgezogen und zentriert die Kugel 41.

Figur 5 zeigt eine weitere Lagerkugel 51 mit Sackloch, welches vorteilhaft im Durchmesser des Sacklochbodens 57 etwas größer ist als i?eis Sacklochrand. Ins Innere ist eine Metallfüllung 53 eingegossen. Diese wird mit der Lagersäule 52 mittels Lötung 59 verbunden.

Figur 6a zeigt eine Lagerkugel 31 mit einer Rille 37. In diese ragt der sechseckig geformte Enbereich 33 der Lagersäule 32 hinein* wobei Reibschluß zwischen dem Randbereich 33 und dem Stiel 38 besteht.

- 5 Figur 6b zeigt einen Querschnitt längs der Schnittlinie C-C.

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Lagerkugel 21 um einen geringen Betrag radial ausweichen kann, wenn vorgegbenen Kräfte Oberschritten werden. Die Lagerkugel 21 ist reibschlössig vom Spannstift 23 gehalten und wird durch das Federelement 27 gegen den Kugel sitz 26 gezogen. Da die Öffnung der Lagersäule 22 größer ist als der Spannstift, kann die Lagerkugel 21 bei Stoßkräften um einen geringen Betrag seitlich ausweichen und damit die Beschleunigungskräfte, die auf die Kugel wirken, erheblich heruntersetzen.

Figur &dgr; zeigt eine stiftförmige Lagersäule SI, deren der Lagerkugel 80 zugewandtes Ende eine konische Vertiefung mit einem Konuswinkel 82, der sich aus aar Tangente 83 an der Kugel am Rand 84 der konischen Öffnung ergibt, aufweist. Eine Schraube 86, deren Kopf in einer Vergrößerung der durch die Lagerkugel 80 hindurchfDhrenden Bohrung Platz findet, ist in ein Sacklochgewinde 85 eingeschraubt.

Figur 9 zeigt eine Alternative zur Konstruktion gemäß Figur 8. An die Stelle des Sacklochgewindes tritt eine in die Bohrung 100 eingepreßte Mutter 88a, in welche die Schraube 85b eingechraubt ist.

/-\ Figur 10 zeigt eine Lösung, bei welcher die Mutter 88 in einen Schlitz 87, der um die halbe Schlüsselweite ober die Längsachse hinausreicht, eingelegt ist. Die Bohrung 85a reicht bis in den Schlitzbereich und nimmt die Schraube 86a auf.

Figur 11 zeigt eine Alternative der Figur 10. Die Mutter 88b ist in einer seitlichen Bohrung, deren Durchmesser etwas größer ist als die Schlüsselweite der Mutter 88b, gehalten. Der Kopf der Schraube 111 liegt auf der Abflachung 113 auf.

Figur 12 zeigt eine Lösung, bei der an die Stelle des Rei'bschlusses gemäß Figur 7 Kraftschluß tritt. Die Kugel 120 ist durchbohrt und weist einen Sitz für den Kopf 121 der Schraube 122 auf. Ober die Mutter 123 wird die Schraube 122 durch Vorspannung des Federelementes 124 mit Armen 109, welches in der Erweiterung der Lagersäule 125 angeordnet ist, einer starken Zugspannung ausgesetzt. Die Lagerkugel 120 wird durch den konischen Sitz 126 zentriert. Bei Stoßbeanspruchung erfährt das Federelement 124 eine zusätzliche» über die statische Verformung hinausgehende Verformung, die der Lagerkugel 120 ein Auswichen in radialer Richtung erlaubt.

DK 222I/14d

ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerkugel als Lagerpartner für die Rotoren von Elektromotoren oder Magnetkupplungen, bei denen der Luftspalt zwischen dem antreibenden Teil und dem Rotor auf der Oberfläche einer Kugel verläuft.

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Claims

-»USBANSPRÜCHE

Anspruch 1

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe, bei welcher der Läufer durch magnetische Kräfte von einem ein Drehfeld erzeugenden Element angetrieben wird und wobei der Hagnetspalt zwischen dem antreibenden Element und de« angetriebenen Llufer auf einem Kugelnantei verläuft» bei dem ferner betriebsmlöig axial gerichtete Krlfte auf den Llufer wirken* die durch eine unlauf ende Lagerschale auf eine V ' Kugel, welche mit feststehenden Bauelenenten Ober eine LagersSule fest verbunden ist» übertragen werden, dadurch gekennzeichnet* daß die Lagerkugel aus keramischen Kartstoff besteht und eine Bohrung aufweist, über welche eine Befestigung an der Lagerslule (42,61,125) durch Form- oder Reibschiuß erfolgt.

Anspruch 2

Lagerkugel for eine elektrisch betriebene Pumpe, bei welcher der Läufer durch magnetische Kräfte von einem ein Drehfeld erzeugenden Element angetrieben wird und wobei aer Magnetspalt zwischen) dem antreibenden Element und dem angetriebenen Läufer auf einem Kugelmantel verläuft, bei dem ferner betriebsmäßig axial gerichtete Kräfte auf den Läufer wirken, die durch eine umlaufende Lagerschale auf eine Lagerkugel, welche mit feststehenden Bauelementen Ober eine Lagersäule fest verbunden ist, übertragen werden,"dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkugel aus keramischem Hartstoff besteht und einen Stiel (62,62a) aufweist, der reibschlQssig mit der Lagersäule (58,58a) verbunden ist.

Anspruch 3

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement eine Schraube (66,
86,86ä,S6b,nz,iZZJ ist, tffe tfurch die LagerfcügeT (&dgr;&udigr;,&idigr;&iacgr;&zgr;,&iacgr;&zgr;&sgr;) hfndürchführt.

Anspruch 4

Lagerkugel fUr eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (122) einen Kopf (121) aufweist, der in einer Aufweitung der Bohrung durch die Lagerkugel (120) Platz findet.

Anspruch 5

Lagerkugel for eine elektrisch betriebene Pumpe nach pr i» dadurch gekennzeichnet» daß die Kugel (21*120) durch einen konischen Sitz (26,126) zentriert wird und durch eine in a^r LagersSule (22*125) befindliche Feder (27,124) und ein Verbindungselement (23,
122) kraftschlQssig gegen den konischen Sitz gepreßt wird.

Anspruch 6

Lagerkugel fQr eii.a elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (124) als Ring mit mehreren Armen (109) ausgebildet ist.

Anspruch 7

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraube (47), deren Kopf (43) auf dem Rand der LagersSule (42) aufliegt, in einem Sackloch in der Kugel (41) reibschlüssig gehalten wird.

Anspruch 8

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraube (47) in einem Sackloch verklebt ist und ein D.ichting (45) den Zutritt von Förderflüssigkeit zur Verklebung verhindert.

Anspruch 9

Ldgerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sacklcch (57) mit Metall (53) ausgegossen ist, welches mit der LagersSule (52) verlötet ist.

Anspruch 10

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, cSac nie Bohrung In der Kugel (31) ali P.ingspölt (37) ausgebildet ist und daß der verbleibende Stiel (38) vom Endbe- J reich (33) der LagersSule (32) durch Reibschluß gehalten wird.

Anspruch 11

Lagerkugel for eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement ein Spannstift (23) ist.

Anspruch 12

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagersäule (58) an dem der Lage?kuge1 (61) zugewandten Ende einen Innendurchmesser (63) aufweist, der grosser ist, als der Durchmesser des Stieles (62) der Lagerkugel und einen nach innen gerichteten schmalen Ringbereich (64) aufweist, dessen Durchmesser vom Stiel aufgeweitet ist.

Anspruch 13

Lagerkugel für eine elektrisch betriebene Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Kugel weisende Rand der LagersSule (58) zu einem Ring mit einer Planfläche aufgeweitet ist, auf welcher der plane Ringbereich (60) der Lagerkugel (61) aufliegt.