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Elektromotorisch angetriebene Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine von einem Elektromotor angetriebene Kreiselpumpe zur,
Förderung von Flüssigkeiten, bei der der Läufer des Elektromotors von der geförderten
Flüssigkeit umspült und von einer fliegend am Pumpengehäuse befestigten Spaltrohrhaube
umschlossen ist, die den Läufer vom Ständer trennt.
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Bei solchen Kreiselpumpen ist es bekannt, die den Läufer des Antriebsmotors
mit dem Laufrad der Pumpe verbindende Welle als Hohlwelle auszubilden, die auf einer
in ihrem Inneren ortsfest angeordneten Achse drehbar gelagert ist. Es ist ferner
bekannt, die ortsfeste Achse für die Hohlwelle und den sie umfassenden Achsstengel
des Pumpenrades ineinanderzustecken. Eine solche Anordnung ist ungünstig, weil die
Verbindungsstelle der beiden Achsen sich sehr leicht verklemmen kann; außerdem besteht
die Schwierigkeit, daß beim Zusammenbau und Auseinandernehmen dieser Pumpe der Motorläufer
und das Pumpenrad getrennt voneinander gehandhabt werden müssen.
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Die Erfindung geht von diesem bekannten Stand der Technik aus; ihr
Grundgedanke ist im wesentlichen darin zusehen, daß das eine Ende der ortsfesten
Achse am Pumpengehäuse, das andere dagegen am Boden der Spaltrohrhaube befestigt
ist.
Die Kreiselpumpe nach der Erfindung eignet sich insbesondere
zur Verstärkung der Wasserzirkulation von Zentralheizungsanlagen.
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Zum Wechsel des Wassers für die Lagerschmierung sowie zum Kühlen des
Läufers dient eine Wasserzirkulation, die durch Anordnung verschiedener Lochungen
in der hohlen Antriebswelle ferner durch den zwischen Haube und Läufer belassenen
Spalt und schließlich auch durch eine verhältnismäßig enge Bohrung gewährleistet
ist, die sich zentral über die ganze Länge der Welle erstreckt und auf diese Weise
einen Kreislauf zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe herstellt.
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Die Vorteile der neuen Kreiselpumpe bestehen unter anderem darin,
daß die ortsfeste Achse, wie es bei anderen mit dem Motorläufer unmittelbar verbundenen
Pumpenlaufrädern bekannt ist, an ihren beiden Enden einwandfrei gelagert ist, so,
daß sie starrer als eine einseitig gelagerte Achse ist. Auf diese Weise werden alle
Schwingungen der Achse unterdrückt, selbst dann, wenn der Motorläufer kleine Fehler
in der Auswuchtung aufweist. Die Anordnung gestattet es außerdem, die beiden Lager
der hohlen Antriebswelle beliebig weit entfernt voneinander anzuordnen, so daß sich
eine einwandfreie Führung der Antriebswelle auf dieser Achse ergibt.
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Ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist ferner darin
zu sehen, daß man den gesamten umlaufenden Teil des aus Pumpe und Antriebsmotor
bestehenden Aggregates als Ganzes mit einem Griff von der ortsfesten Achse abziehen
kann.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine beispielsweise Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Aggregates, und zwar ist Fig. i ein Axialschnitt desselben,
Fig. 2 ebenfalls ein Axialschnitt einer Einzelheit, Fig.3 ein Diagramm der Druckverteilung
auf der dem Pumpenrad gegenüberliegenden Läuferfläche; Fig. 4 und 5 sind eine Seiten-
bzw. Stirnansicht in größerem Maßstab einer Kontrolleinrichtung des Umlaufsinnes
der Pumpe.
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Das dargestellte Aggregat besteht aus einem Asynchronmotor mit Läufer
i und Ständer 2. Ersterer sitzt fest auf einer rohrförmigen Welle 3, an deren einem
Ende das Pumpenrad 4 samt einer mit ihm verbundenen Ablenkfläche 16 mittels einer
Mutter 15 befestigt ist.
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Der Läufer i ist von einer Haube 5 umschlossen, die mittels Schrauben
6 und eines Ringes 7 am Pumpenkörper 8 montiert ist. Das Motorgehäuse 9 selbst ist
mittels Schrauben io am Pumpenkörper 8 befestigt.
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Die die Pumpenantriebswelle bildende Hohlwelle 3 läuft um eine ortsfeste,
zu ihrer Abstützung dienende Achse i i um. Die Hohlwelle 3 ruht mittels zweier auf
ihr festsitzender Lager 12 auf der Achse i i auf, die mit dem einen ihrer Enden
im Pumpenkörper 8 und mit ihrem anderen Ende mittels einer Mutter 14 im Mittelpunkt
des Bodens 13 der Haube 5 festgelegt ist. Zwischen Läufer i und Haute 5 einerseits
und zwischen Pumpenkörper 8 und Rad 4 andererseits besteht ein gewisses, eine Axialverstellung
des Läufers i in bezug auf den Ständer 2 zulassendes Spiel.
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Die Arbeitsweise des dargestellten Aggregates ist folgende: Schließt
man den Motor an das Speisenetz, so beginnt der Anker oder Läufer i umzulaufen und
nimmt das Rad 4 mit. Dieses saugt durch die Leitung 17 des Pumpenkörpers 8 Flüssigkeit
an und preßt sie unter einem höheren Druck P gegen die Ablenkfläche 16, die sie
zum Abflußkanal i8 des Körpers 8 drängt.
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Die verschiedenen Axialschübe gleichen sich wie folgt aus: Das Rad
4 erfährt infolge des Druckunterschiedes vor und hinter dein Pumpenrad eine axiale
Kraft in der Richtung des Pfeiles F. Die Reaktion auf die Fläche 16 infolge der
Wasserablenkung liefert einen dynamischen Axialschub f entgegengesetzt zu F und
in davon abweichender Größe, während die statischen Drücke auf die beiden Seiten
des Ablenkers einander aufheben.
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Die Kammer 2o steht infolge des Zwischenraumes 21 unter dem AusflußdruckP.
Dieser Druck wirkt auf die Seite 22 des Ankers i.
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Die vom Raum zwischen Haubenboden 13 und Anker i gebildete Kammer
23 steht unter einem mittleren Druck, der kleiner als der Ausflußdruck P in der
Kammer 2o ist. Die in dieser Kammer 23 befindliche Flüssigkeit rotiert nämlich mehr
oder weniger rasch. Infolge der Zentrifugalkraft, die in einer rotierenden Flüssigkeitsmasse
wirksam ist, können die in jeder Kreiszone herrschenden Drücke durch ein Rotationsparaboloid
(Fig. 3) dargestellt werden, dessen schraffierter Teil 24 dem Druck in jedem Punkte
entspricht. Die Höhe A entspricht daher der Druckdifferenz zwischen Mitte und Umfang.
Da aber diese Kammer 23 mit der unter dem Druck P stehenden Kammer 2o vermittels
des zwischen Anker i und Haube 5 belassenen Spaltes 25 in Verbindung steht, entspricht
der Punkt C des Paraboloides dem Druck P; der Druck auf der übrigen Oberfläche des
Ankers nimmt gegen die Mitte zu ab. Daher ist der mittlere Druck vom Wert B auf
dieser Seite kleiner als der auf der anderen Seite vorhandene Druck P, und .daraus
ergibt sich ein auf den Anker wirkender Axialschub G in gleicher Richtung und zuzüglich
zu f.
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Diesen Wert G kann man derart einstellen, daß G -I-
f annähernd gleich wird der Kraft F, indem man die in der Kammer 23 eingeschlossene
Flüssigkeit mehr oder weniger rasch rotieren läßt; hierzu genügt es, mehr oder weniger
große Flügel 26 auf den Anker aufzusetzen, die die Rotationsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit erhöhen, sobald man den Druck in der Kammer 23 senken will, oder man
wird feststehende, mehr oder weniger große Flügel 27 (Fig. 2) am Haubenboden 13
anordnen -- diese Flügel verlangsamen die Rotation der Flüssigkeit - sobald man
in dieser Kammer 23 einen zu starken Druckabfall vermeiden will. Doch ist es unmöglich,
mit Hilfe dieser verschiedenen Kräfte für
alle Betriebsverhältnisse
der Pumpe ein vollkommenes Gleichgewicht zu erzielen, weil letzteres mit jedem Anwendungsfall
schwankt.
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Die Differenz des in einem Sinne wirksamen Druckes F und der Summe
f -I- G der Drücke im anderen Sinne ruft eine Axialverstellung des ganzen Läufers
hervor. Der Anker i wird also gegen den Ständer 2 verschoben, wodurch eine magnetische
Axialzugkraft entsteht, die bestrebt ist, den Anker wieder zum Ständer zurückzuführen,
und die mit der Verstellung 28 (Fig. 2) zunimmt. Da diese Axialverstellung nach
der einen oder nach der anderen Seite der Idealstellung des Ankers vor sich gehen
kann, wirkt auch die magnetische Zugkraft in dem einen oder anderen Sinne. Erfolgt
die Verstellung, wie in Fig. 2 angegeben, ist die magnetische Zugkraft im gleichen
Sinne wie f + G wirksam und verstärkt diese entsprechend. Erfolgt die Verstellung
im entgegengesetzten Sinne, so wirkt auch die magnetische Zugkraft entgegengesetzt
und erhöht die Kraft F. Der Läufer nimmt selbsttätig eine dem Gleichgewicht der
sich aus dein Betriebsverhältnis ergebenden Axialkräfte entsprechende Lage ein.
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Um die Schmierung der auf der Hohlwelle 3 sitzenden Lager 12 zu sichern,
sind in diese Welle eine oder mehrere Lochungen 29 eingearbeitet, welche die zwischen
Innenwand der Welle 3 und der Achse i i befindliche Kammer 30 mit der Kammer
2o und dadurch mit dem Ausflußdruck P in Verbindung setzen. Da die beiden Außenräume
17 und 23 unter Drücken stehen, die kleiner sind als P, findet in dem zwischen den
Lagern 12 und der Achse i i belassenen Zwischenraum ein Strömen statt. Um in die
Kammer 30 zu gelangen, muß die Flüssigkeit durch die Lochungen 29 hindurchgehen
und kommt darin unter Fliehkraftwirkung. In der Flüssigkeit schwebende, aber spezifisch
schwerere Fremdkörper werden zurückgeschleudert, da die zentripetale Wassergeschwindigkeit
in diesen Lochungen sehr gering ist. Es vollzieht sich auf diese Weise eine gewisse
Reinigung des Schmierwassers. Die zum haubenseitigen Lager gelangende Flüssigkeit
besorgt die Ankerkühlung.
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Bei der Montierung einer Pumpe ist es notwendig, sich zu vergewissern,
daß ihr Drehungssinn richtig ist, und zwar auch dann, wenn die Anlage bereits mit
Wasser gefüllt ist. Dies wird mittels eines Zeigers 31 ausgeführt, der die Pumpenkörperwand
durchsetzt. Dieser Zeiger 31 (Fig. 4 und 5) hat ein abgeschrägtes Ende und bildet
auf diese Weise einen exzentrischen Schnabel 32, während das andere Ende einen Kopf
mit darauf angebrachten Pfeilen 33 oder sonstigen üblichen Zeichen trägt, die die
Stellung des Schnabels 32 von außen erkennen lassen. Ein Stift 34 ermöglicht, auf
den Zeiger zentral zu drücken. Um den Drehsinn festzustellen, löst man die Abdichtungskappe
35 des Pumpenkörpers 8, verdreht den Zeiger in irgendeine andere Stellung als jene,
welche er einnehmen soll, und drückt ihn gegen das umlaufende Rad 4; sobald der
Schnabel 32 auf das Rad 4 auftrifft, dreht sich der Zeiger unter der Wirkung der
Reibung um einen gewissen Winkel, und die Pfeile 33 zeigen die Drehrichtung an.
Die normale Drehrichtung dagegen ist durch Pfeile angezeigt, die am Pumpenkörper
oder am Motor bei deren Herstellung angegossen sind; man kann somit den richtigen
oder unrichtigen Lauf der Pumpe erkennen.
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Statt einer Befestigung der ortsfesten Achse i i an der Haube 5 mittels
der Mutter 14. könnte sie auch an irgendeiner anderen, in Ruhe verbleibenden Stelle
des Aggregates gelagert werden. Das Pumpenrad 4 kann entweder ein Rad einer Zentrifugalpumpe
oder ein Schraubenrad sein.