EP1286055B1 - Nassläuferpumpe - Google Patents

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EP1286055B1
EP1286055B1 EP02017197A EP02017197A EP1286055B1 EP 1286055 B1 EP1286055 B1 EP 1286055B1 EP 02017197 A EP02017197 A EP 02017197A EP 02017197 A EP02017197 A EP 02017197A EP 1286055 B1 EP1286055 B1 EP 1286055B1
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EP
European Patent Office
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wet
shaft
rotor pump
type rotor
impeller
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EP02017197A
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English (en)
French (fr)
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EP1286055A1 (de
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Andreas Knoll
Michael Weinert
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606—Canned motor pumps
    • F04D13/0633—Details of the bearings

Definitions

  • the invention relates to a wet runner pump, i. a pump-motor unit, which consists for example of a centrifugal pump and a DC electric motor.
  • a pump-motor unit which consists for example of a centrifugal pump and a DC electric motor.
  • Such Naded mecanicrpumpen are particularly suitable for coolant delivery in motor vehicle engines.
  • a wet rotor pump with a pump wheel which sucks a fluid through an intake and promotes in the direction of a discharge channel.
  • the impeller is mounted on a shaft.
  • a motor rotor of a motor is attached.
  • the fluid is used, which flows around the motor rotor.
  • the motor rotor is surrounded by a containment shell.
  • the stator core of the motor with the windings is arranged outside the containment shell, which is preferably made of plastic.
  • wet-runner pumps which are used to convey electrically non-conductive liquids, such as gasoline, have no containment shell, since a sealing against the stator core and the windings is not required.
  • the common shaft carrying the motor rotor and the impeller is by two radial bearings in the region of the impeller or at the opposite end the shaft mounted in the containment shell or a housing. Due to occurring in the fluid pressure differences occur axial forces. In addition, axial forces are transmitted to the shaft by the motor due to the magnetic forces.
  • a thrust bearing on the rotor which is supported on a bearing seat inserted in the containment shell. Both plain and thrust bearings can only be used with slide pumps, because the service life of ball and roller bearings within fluids is too low.
  • the provision of an axial bearing between the containment shell and rotor increases the assembly costs of the wet-running pump.
  • the object of the invention is to simplify the axial bearing of the shaft of a NIONALumblerpumpe and reduce assembly costs.
  • the wet-running pump has a support element provided inside the intake duct.
  • the support element which is upstream of the impeller in the flow direction, serves to absorb axial forces.
  • the support element has a contact surface, against which an inflow surface of the pump wheel starts.
  • the thrust bearing according to the invention thus has only a contact surface, since it was found that the axial forces occurring in Navysonrpumpen due to the pressure difference between the intake and the behind the impeller, ie in the region of the motor rotor, arranged space only counter to the flow direction of the fluid act. A contact surface for receiving axial forces is thus sufficient.
  • the axial forces produced by the electric motor due to magnetic forces also point in the same direction during assembly of the motor.
  • the support element carries a radial bearing of the shaft.
  • the support element preferably has a cylindrical opening in which a radial bearing is provided.
  • the radial bearing is preferably a bearing sleeve inserted into the opening of the support element.
  • the axial bearing of the shaft takes place at the same time, since the inflow surface of the impeller is applied to the contact surface of the support element during insertion of the shaft.
  • the wet-running pump has an impeller 10, is sucked by the rotation of medium in the direction of arrow 12 through an intake passage 14 and conveyed in the direction of an arrow 16 through a discharge channel 18.
  • intake passage 14 and the discharge channel 18 are part of a pump cover 20 in which the impeller 10 is arranged.
  • the impeller 10 is fixedly connected to a shaft 22.
  • a motor rotor 24 of a motor 26 is fixedly connected to the shaft 22.
  • the motor rotor 24 is surrounded by a windings 28 having stator core 30.
  • the stator core 30 is offset axially relative to the rotor 24 in FIG. 1 to the left, so that the magnetic Axialzug acts in the same direction as the hydraulic Axialzug.
  • the pumped by the pump 10 medium is used.
  • the medium passes in the conveying direction 12 behind the impeller 10 in a rotor chamber 32.
  • the motor rotor 24 is surrounded by a split pot 34. Through the split pot 34, a narrow gap between the motor rotor 24 and an inside of the split pot 34 is formed.
  • the containment shell 34 is connected to a housing half 36 and sealed against this.
  • the containment shell 34 and the housing half 36 may also form a unit.
  • a second housing half 38 is connected to the first housing half 36 and encloses the motor 26th
  • the bearing of the shaft 22 takes place in a first radial bearing 40, which has a bearing sleeve 42 held in the gap pot 34.
  • the opposite shaft end, on which the impeller 10 is fixed, is mounted according to the invention in a support member 44.
  • the support element has an opening 46.
  • the opening 46 is cylindrical and coaxial with the shaft 22.
  • a bearing sleeve 48 is arranged through which a sliding bearing is formed in the support member 44.
  • the axial mounting of the shaft 22 is effected according to the invention by the provided on the support element, the shaft 22 substantially radially extending contact surface.
  • the contact surface is a circular ring surrounding the opening 46.
  • an inflow surface 52 of the impeller 10 starts, i. an in the direction of the intake passage 14 opposite to the flow direction 12 facing surface. Since the axial forces occurring due to the pressure difference between the intake port 14 and the rotor chamber 32 against the flow direction 12, it is sufficient to provide a thrust surface on the support element as thrust bearing. Axial forces in the other direction, i. in the figure to the right, do not occur. Also caused by the motor 26 axial forces are in the figure to the left or are smaller than the forces occurring due to the pressure difference.
  • the inflow surface 52 is preferably convex ( Figure 2) but may be formed by geometric features such as e.g. Grooves or similar (FIG. 3, 4), which serve to improve the wetting of the contact surface between the contact surface 50 and the incident surface 52, and supplement it, and touches a flat, radially extending contact surface 50.
  • the contact surface 50 is concave, so that in addition a radial alignment of the impeller 10 takes place.
  • the design of inflow surface 52 and contact surface 50 can also be reversed.
  • the support element 44 is connected via webs 54 with the intake pipe 14. Preferably, three webs 54 are provided on the circumference of the center axis of the shaft 22 rotationally symmetrical support element.
  • the outer contour of the support element 44 is preferably streamlined, so that the medium flowing in the direction of arrow 12 is directed by the support member to the impeller 10.
  • the inflicted side of the support member is formed in the form of a partial ellipse in cross-section.
  • the rotor 24 and the impeller 10 is first attached to the shaft 22.
  • the impeller 10 is plugged onto the shaft 22 until it abuts against a shoulder 58.
  • the shaft end 60 of the shaft 22 is inserted into the bearing sleeve 48 arranged in the support element 44.
  • the inflow surface 52 of the impeller 10 abuts against the abutment surface 50 of the support member 44. Due to the mounting of the shaft 22 in the region of the impeller 10, a very accurate positioning of the impeller 10 in the pump cover 20 is possible. This ensures a minimum leakage gap.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Naßläuferpumpe, d.h. eine Pumpen-Motor-Einheit, die beispielsweise aus einer Kreiselpumpe und einem elektrischen Gleichstrommotor besteht. Derartige Naßläuferpumpen sind insbesondere zur Kühlmittelförderung in Kraftfahrzeugmotoren geeignet.
  • Aus DE 195 45 561 ist eine Naßläuferpumpe mit einem Pumpenrad bekannt, das ein Fördermedium durch einen Ansaugkanal ansaugt und in Richtung eines Abgabekanals fördert. Das Pumpenrad ist auf einer Welle befestigt. Auf derselben Welle ist ein Motorläufer eines Motors befestigt. Zur Kühlung des Motors und ggf. vorgesehener elektronischer Bauteile wird das Fördermedium verwendet, das den Motorläufer umströmt. Zur Förderung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten ist der Motorläufer mit einem Spalttopf umgeben. Das Ständerpaket des Motors mit den Wicklungen ist außerhalb des Spalttopfs, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, angeordnet. Durch den Spalttopf, durch den zwischen dem Motorläufer und der Topfinnenseite eine Spalt ausgebildet ist, in dem in dem Fördermedium strömen kann, ist ein Abdichten des Motorläufers gegenüber der Umgebung gewährleistet. Naßläuferpumpen, die zur Förderung von elektrisch nicht leitfähigen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Benzin, eingesetzt werden, weisen keinen Spalttopf auf, da ein Abdichten gegenüber dem Ständerpaket und den Wicklungen nicht erforderlich ist.
  • Die gemeinsame den Motorläufer und das Pumpenrad tragende Welle ist durch zwei Radiallager im Bereich des Pumpenrades bzw. am gegenüberliegenden Ende der Welle im Spalttopf oder einem Gehäuse gelagert. Auf Grund von in dem Fördermedium auftretenden Druckdifferenzen treten Axialkräfte auf. Zusätzlich werden von dem Motor auf Grund der Magnetkräfte Axialkräfte auf die Welle übertragen. Zur axialen Lagerung ist es bekannt, ein Axiallager am Läufer zu befestigen, das sich an einem im Spalttopf eingesetzten Lagersitz abstützt. Sowohl als Radial- als auch als Axiallager können bei Naßläuferpumpen nur Gleitlager eingesetzt werden, da die Lebensdauer von Kugel- und Rollenlagern innerhalb von Flüssigkeiten zu gering ist. Das Vorsehen eines Axiallagers zwischen Spalttopf und Läufer erhöht den Montageaufwand der Naßläuferpumpe.
  • Aus US 3,433,164 A, DE 18 11 430 A und FR 1 157 493 A sind jeweils Naßläuferpumpen bekannt, deren jeweiliges Pumpenrad im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des angesaugten Fiuids über ein Lager gegen die Kanalwand des Ansaugkanals anläuft.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die axiale Lagerung der Welle einer Naßläuferpumpe zu vereinfachen und den Montageaufwand zu verringern.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß weist die Naßläuferpumpe ein innerhalb des Ansaugkanals vorgesehenes Abstützelement auf. Das Abstützelement, das in Strömungsrichtung dem Pumpenrad vorgeschaltet ist, dient zur Aufnahme von Axialkräften. Hierzu weist das Abstützelement eine Anlauffläche auf, gegen die eine Anströmfläche des Pumpenrades anläuft. Das erfindungsgemäße Axiallager weist somit lediglich eine Anlauffläche auf, da festgestellt wurde, dass die auftretenden Axialkräfte bei Naßläuferpumpen auf Grund der Druckdifferenz zwischen Ansaugkanal und dem hinter dem Pumpenrad, d.h. im Bereich des Motorläufers, angeordneten Raums nur entgegen der Strömungsrichtung des Fördermediums wirken. Eine Anlauffläche zur Aufnahme von Axialkräften ist somit ausreichend. Auch die auf Grund magnetischer Kräfte durch den Elektromotor hervorgerufenen Axialkräfte weisen bei der Montage des Motors in dieselbe Richtung.
  • Durch das Vorsehen eines Abstützelementes in dem Ansaugkanal ist die Montage der Naßläuferpumpe erheblich vereinfacht, da beim Zusammenbau der Pumpe die Anströmfläche des Pumpenrads automatisch an der Anlauffläche des Abstützelementes anliegt und somit die axiale Lagerung der Welle gewährleistet ist. Ein gesonderter Einbau eine zusätzlichen Axiallagers ist nicht erforderlich. Somit ist auch ein zusätzlicher Lagersitz nicht erforderlich.
  • Zur weiteren Verbesserung der Montierbarkeit der erfindungsgemäßen Naßläuferpumpe trägt das Abstützelement ein Radiallager der Welle. Vorzugsweise weist das Abstützelement hierzu eine zylindrische Öffnung auf, in der ein Radiallager vorgesehen ist. Da bei Naßläuferpumpen vorzugsweise Gleitlager eingesetzt werden, handelt es sich bei dem Radiallager vorzugsweise um eine in die Öffnung des Abstützelements eingesetzte Lagerhülse. Zur Montage wird somit die Welle, auf der das Pumpenrad vormontiert ist, in die Öffnung des Abstützelements eingesteckt. Hierbei erfolgt gleichzeitig die axiale Lagerung der Welle, da beim Einstecken der Welle die Anströmfläche des Pumpenrades an die Anlauffläche des Abstützelements angelegt wird. Somit ist innerhalb eines Montageschrittes gleichzeitig die radiale und die axiale Lagerung der Pumpenwelle erfolgt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine prinzipielle schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Naßläuferpumpe, und
    Fign.2-4
    bevorzugte Ausführungsformen einer Anströmfläche.
  • Die Naßläuferpumpe weist ein Pumpenrad 10 auf, durch dessen Drehung Medium in Richtung eines Pfeils 12 durch einen Ansaugkanal 14 angesaugt und in Richtung eines Pfeils 16 durch einen Abgabekanal 18 gefördert wird. Der Ansaugkanal 14 und der Abgabekanal 18 sind Teil eines Pumpendeckels 20, in dem das Pumpenrad 10 angeordnet ist. Das Pumpenrad 10 ist mit einer Welle 22 fest verbunden.
  • Zum Antrieb des Pumpenrades ist mit der Welle 22 ein Motorläufer 24 eines Motors 26 fest verbunden. Der Motorläufer 24 ist von einem Wicklungen 28 aufweisenden Ständerpaket 30 umgeben. Das Ständerpaket 30 ist gegenüber dem Motorläufer bzw. Rotor 24 axial in Fig. 1 nach links versetzt, so dass der magnetische Axialzug in dieselbe Richtung wie der hydraulische Axialzug wirkt.
  • Zur Kühlung des Motors 26 dient das von dem Pumpenrad 10 geförderte Medium. Hierzu gelangt das Medium in Förderrichtung 12 hinter das Pumpenrad 10 in eine Läuferkammer 32. Bei der Förderung von elektrisch leitfähiger Flüssigkeit muss verhindert werden, dass die Wicklungen 28 oder andere elektronische Bauteile mit dem Fördermedium in Kontakt kommen. Hierzu ist der Motorläufer 24 mit einem Spalttopf 34 umgeben. Durch den Spalttopf 34 ist ein schmaler Spalt zwischen dem Motorläufer 24 und einer Innenseite des Spalttopfs 34 ausgebildet. Der Spalttopf 34 ist mit einer Gehäusehälfte 36 verbunden und gegenüber dieser abgedichtet. Der Spalttopf 34 und die Gehäusehälfte 36 können auch eine Einheit bilden. Eine zweite Gehäusehälfte 38 ist mit der ersten Gehäusehälfte 36 verbunden und umschließt den Motor 26.
  • Die Lagerung der Welle 22 erfolgt in einem ersten Radiallager 40, das eine in dem Spalttopf 34 gehaltene Lagerhülse 42 aufweist. Das gegenüberliegende Wellenende, an dem das Pumpenrad 10 befestigt ist, ist erfindungsgemäß in einem Abstützelement 44 gelagert. Hierzu weist das Abstützelement eine Öffnung 46 auf. Die Öffnung 46 ist zylindrisch und koaxial zu der Welle 22. In der Öffnung 46 ist eine Lagerhülse 48 angeordnet, durch die ein Gleitlager in dem Abstützelement 44 ausgebildet ist.
  • Die axiale Lagerung der Welle 22 erfolgt erfindungsgemäß durch die an dem Abstützelement vorgesehene, zur Welle 22 im wesentlichen radial verlaufende Anlauffläche. Bei der Anlauffläche handelt es sich um einen die Öffnung 46 umgebenden Kreisring. Gegen die Anlauffläche läuft eine Anströmfläche 52 des Pumpenrades 10 an, d.h. eine in Richtung des Ansaugkanals 14 entgegen der Strömungsrichtung 12 weisende Fläche. Da die auftretenden Axialkräfte auf Grund der Druckdifferenz zwischen Ansaugkanal 14 und Läuferkammer 32 entgegen der Strömungsrichtung 12 weisen, ist es ausreichend, als Axiallager eine Anlauffläche an dem Abstützelement vorzusehen. Axialkräfte in die andere Richtung, d.h. in der Figur nach rechts, treten nicht auf. Auch die durch den Motor 26 hervorgerufenen Axialkräfte weisen in der Figur nach links oder sind kleiner als die durch die Druckdifferenz auftretenden Kräfte.
  • Die Anströmfläche 52 ist vorzugsweise konvex (Fig. 2) ausgebildet, kann jedoch durch Geometrieelemente wie z.B. Nuten o.ä. (Fig. 3,4), die einer verbesserten Benetzung der Kontaktfläche zwischen Anlauffläche 50 und Anströmfläche 52 dienen, ergänzt sein und berührt eine ebene, radial verlaufende Anlauffläche 50. Ggf. ist die Anlauffläche 50 konkav ausgebildet, so dass zusätzlich eine radiale Ausrichtung des Pumpenrades 10 erfolgt. Die Gestaltung von Anströmfläche 52 und Anlauffläche 50 können auch umgekehrt sein.
  • Das Abstützelement 44 ist über Stege 54 mit dem Ansaugrohr 14 verbunden. Vorzugsweise sind am Umfang des zur Mittelachse der Welle 22 rotationssymmetrischen Abstützelements drei Stege 54 vorgesehen. Die Außenkontur des Abstützelements 44 ist vorzugsweise stromlinienförmig, so dass das in Richtung des Pfeils 12 strömende Medium von dem Abstützelement auf das Pumpenrad 10 gelenkt wird.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die angeströmte Seite des Abstützelements im Querschnitt teilellipsenförmig ausgebildet.
  • Zur Montage wird zuerst der Läufer 24 und das Pumpenrad 10 auf die Welle 22 aufgesteckt. Zur Fixierung können Nuten o.dgl. vorgesehen sein. Das Pumpenrad 10 wird so weit auf die Welle 22 aufgesteckt, bis es an einer Schulter 58 anstößt. Anschließend wird das Wellenende 60 der Welle 22 in die in dem Abstützelement 44 angeordnete Lagerhülse 48 eingesteckt. Nach dem Einstecken der Welle 22 in die Hülse 48 liegt die Anströmfläche 52 des Pumpenrades 10 an der Anlauffläche 50 des Abstützelements 44 an. Durch die Lagerung der Welle 22 im Bereich des Pumpenrades 10 ist eine sehr genaue Positionierung des Pumpenrades 10 in dem Pumpendeckel 20 möglich. Hierdurch ist ein minimaler Leckspalt gewährleistet. Da das Abstützelement 44 erfindungsgemäß über Stege 54 mit dem Ansaugkanal 14 verbunden ist, ist die Lage der Öffnung 46 bzgl. des Pumpendeckels 20 definiert. Somit ist Lage des Pumpenrades 10 gegenüber dem Pumpendeckel 20 eindeutig definiert. Durch diese Positionierung des Lagersitzes an dem Wellenende 60 kann insbesondere auch eine größere Unwucht des Pumpenrades 10 toleriert werden.

Claims (6)

  1. Naßläuferpumpe, insbesondere zur Kühlmittelförderung in KraftfahrzeugMotoren, mit
    einem in Förderrichtung (12) einem Ansaugkanal (14) nachgeschalteten Pumpenrad (10),
    einem über eine gemeinsame Welle (22) mit dem Pumpenrad (10) verbundenen Motorläufer (24),
    einem den Motorläufer (24) umgebenden Spalttopf (34), wobei der Motorläufer (24) zur Kühlung von Fördermedium umspült wird, und
    mindestens einem Radiallager (40,48),
    gekennzeichnet durch
    ein innerhalb des Ansaugkanals (14) vorgesehenes Abstützelement (44) mit einer Anlauffläche (50), gegen die eine Anströmfläche (52) des Pumpenrades (10) zur Aufnahme von Axialkräften anläuft.
  2. Naßläuferpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (50) und/oder die Anströmfläche (52) radial zur Welle (22) verlaufen.
  3. Naßläuferpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (50) oder die Anströmfläche (52) konvex ist.
  4. Naßläuferpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (50) oder vorzugsweise die Anströmfläche (52) durch Geometrieelemente zur Schmierungsverbesserung ergänzt sind.
  5. Naßläuferpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (44) ein Radiallager (48) der Welle (22) trägt.
  6. Naßläuferpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (44) über Stege (54) mit dem Ansaugkanal (14) verbunden ist.
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