EP1468189B1

EP1468189B1 - Pumpe mit einen antriebsmotor durchsetzender pumpenwelle

Info

Publication number: EP1468189B1
Application number: EP03731690A
Authority: EP
Inventors: Manfred Britsch; Michael Matros; Markus Wucher
Original assignee: Allweiler AG
Current assignee: Allweiler GmbH
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: DE10302177A1; WO2003062642A1; DE20201183U1; DE50307609D1; ATE366368T1; EP1468189A1; ES2290467T3; DK1468189T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit den Rotor eines in einem Motorgehäuse angeordneten Antriebsmotors -- sowie außerhalb dessen Wellenlager -- durchsetzender Pumpenwelle, die endwärts mit einem Schaufeln aufweisenden Pumpenlaufrad versehen ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Pumpe ist der FR-A-2 222 885 zu entnehmen. Darin wird ein Pumpenlaufrad gezeigt aus einem sich konisch verjüngenden Laufradkörper und radial von dessen Außenfläche abstehenden Schaufeln. Die Basisfläche des Laufradkörpers steht einer radialen Stirnfläche des Motorgehäuses gegenüber.
Bei einer in der DE-A-15 28 640 B2 dargestellten Heizungsumwälzpumpe ist das Motorgehäuse seitlich an ein Pumpengehäuse angeschlossen und enthält -- beidseits des Antriebsmotors -- jeweils ein Wellenlager mit einen Wellenzapfen umgebender Hülse und das Lager umfangendem O-Ring. Zwischen dem den Antriebsmotor durchsetzenden Bereich der Pumpenwelle und dem Wellenlager ist jeweils eine Scheibe angebracht. Das eine Ende der Pumpenwelle trägt das im Pumpengehäuse drehbare Pumpenlaufrad, dessen Umfang sich im Bereich der Druckseite des Pumpengehäuses dreht und das sich zentrisch zur Saugseite hin öffnet. Die aufeinander gleitenden Lagerteile der Pumpenwelle und des Pumpengehäuses bestehen hier aus gesintertem Einstoff-Werkstoff (Alpha-Aluminium-Oxid) hoher Reinheit, der sich besonders für den Einsatz in stopfbuchsenlosen Heizungsumwälzpumpen eignet.
In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine neuartige Konzeption einer Pumpe zu schaffen, bei welcher der Antrieb in die Pumpennabe integriert ist und Einbaumotorteile aus der Serienproduktion eingesetzt zu werden vermögen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.
Erfindungsgemäß ist das Pumpenlaufrad mittels einer den Ringraum zur Längsachse der Pumpe hin begrenzenden schüsselartigen Nabe an die Pumpenwelle angeschlossen sowie mit einem innenseitig zentral vom Schüsselboden abragendem Stutzen zur Aufnahme eines Endes der Pumpenwelle versehen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll an den Boden der schüsselartig ausgestatteten Nabe des Pumpenlaufrades innenseitig ein zentraler Stutzen angeformt sein zur Aufnahme eines Endes der Pumpenwelle, um mit dieser eine gemeinsame drehende Einheit zu bilden.
Als günstig hat es sich erwiesen, dass sich das Pumpengehäuse beidseits eines Rohrabschnitts durch jeweils einen Halsabschnitt mit einem in Längsschnitt zur Längsachse hin geneigten Anschlussbereich verjüngt, wobei die Länge des Anschlussbereiches etwa der Hälfte der Länge des Halsabschnitts entsprechen kann; der Halsabschnitt endet mit einem zur Längsachse etwa parallelen Bereich, der zu jenem Rohrabschnitt achswärts versetzt ist.
Um den Ringraum entlang des gesamten Pumpengehäuses auszubilden, liegt dem geneigten -- vorzugsweise gekrümmt ausgebildeten -- Anschlussbereich des Pumpengehäuses ein entsprechend geformter Stirnabschnitt des Motorgehäuses gegenüber und begrenzt mit diesem den Ringraum, ohne dessen längsschnittliche Form wesentlich zu verändern.
Vorteilhafterweise soll zudem der Stirnabschnitt des Motorgehäuses an die Nabe des Pumpenlaufrades angefügt sein, d.h. der stehende Stirnabschnitt ist der drehenden Nabe benachbart, deren Schüsselwandung mit dem Stirnabschnitt bevorzugt fluchtet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Ringraum durch achsparallele Leitwände in Strömungskanäle unterteilt; diese Leitwände sind radiale Rippen eines Mittelrohres des Motorgehäuses und/oder des Rohrabschnittes des Pumpengehäuses.
Die Pumpenwelle durchsetzt erfindungsgemäß Wälzlager, die in axialen Stutzen des Motorgehäuses lagern. Diese axialen Stutzen sind jeweils Teil des Stirnabschnitts des Motorgehäuses und umfangen nach einem anderen Merkmal jeweils neben dem Wälzlager einen Dichtungseinsatz und/oder Wellendichtungen und/oder eine Wellenschutzhülse. Zudem soll dem Stutzen und/oder dem Dichtungseinsatz ein Dichtungsdeckel vorgesetzt sein. Hier wird auf engem Raum eine optimierte Verbindung von Pumpenwelle und Gehäuse erzielt.
Von erfindungsgemäßer Bedeutung ist, dass der Stirnabschnitt des Motorgehäuses mit dem Halsabschnitt des Pumpengehäuses durch stabähnliche -- bevorzugt hohle sowie radiale -- Streben fest verbunden wird; letztere sind mit ihrem Stirnabschnitt sowie dem Halsabschnitt bevorzugt einstückig zu einem einheitlichen Bauteil ausgeformt. Erfindungsgemäß enthält wenigstens eine der Streben einen Leckagekanal, der einends an der Pumpenwelle endet. Vorteilhafterweise ist zwischen dem zweiten und dritten Radialwellendichtring eine solche Leckageabfuhr vorgesehen, die mittels eines Leckagesensors überwacht werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen einstufigen Ausgestaltung wird das dem Pumpenlaufrad ferne Ende der Pumpenwelle von einer Deckkappe übergriffen, und diese ist an den ihr benachbarten Stirnabschnitt des Motorgehäuses angefügt; die freie Stirn der Pumpenwelle übergreift dann bevorzugt ein abschließender Endlagerdeckel.
Eine zusätzliche zweistufige Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe besitzt eine verlängerte Pumpenwelle, an deren beiden Enden jeweils ein Pumpenlaufrad angeschlossen ist, d.h. die zweistufige Ausführung enthält an ihrer verlängerten Welle gegenüber dem ersten Pumpenlaufrad ein zweites Pumpenlaufrad. Hier liegt in der axialen Mitte des Pumpengehäuses eine Symmetrieebene für die Pumpe. Bevorzugt haben im übrigen beide Ausführungen die gleichen Abmessungen.
Die besonderen Merkmale der Konstruktion sind:

Integration des Antriebs in die Pumpennabe;
Verwendung von Einbaumotorteilen aus der Serienproduktion;
Wälzlagerung;
Abdichtung mit Radialwellendichtringen;
Leitwände zur axialen Ausrichtung der Strömung - vor allem bei der zweistufigen Ausführung.

Die erfindungsgemäße Pumpe soll vor allem mit drei verschiedenen Schaufelwinkeln von 8°, 12° und 16° hergestellt werden sowie mit zwei 4-poligen Motorvarianten (34 KW und 54 KW). Der Einbaumotor besteht aus Standardteilen aus der Normmotorenproduktion.
Als deutliche Vorzüge des Erfindungsgegenstandes gegenüber dem Stande der Technik seien angeführt:

keine hydraulischen Verluste im Spalt zwischen Rotor und Stator;
keine Wirbelstromverluste im Spaltrohr, folglich höherer Motorwirkungsgrad;
Gesamtwirkungsgrad deutlich höher, dadurch Leistungsbedarf wesentlich geringer;
Installationskosten niedriger;
preiswerte, robuste Wälzlagerung;
weniger Sonderteile;
geringeres Pumpengewicht;
kleinerer Außendurchmesser der Pumpe;
gleiche Einbaumaße für die ein- und die zweistufige Ausführung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1:: einen Längsschnitt durch eine einstufige Inline-Propeller-Pumpe;
Fig. 2:: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1;
Fig. 3:: einen der Fig. 1 etwa entsprechenden Längsschnitt durch eine zweistufige Inline-Propeller-Pumpe gemäß Linie III-III in Fig. 4;
Fig. 4:: eine Stirnansicht zu Fig. 3;
Fig. 5:: den Querschnitt durch Fig. 3 nach deren Linie V-V;
Fig. 6:: eine Schrägsicht auf ein Laufrad.

Eine einstufige Inline-Pumpe 10 einer beispielsweisen Länge n von hier 910 mm sowie eines äußeren Durchmessers d von 520 mm weist gemäß Fig. 1 ein dreiteiliges Pumpengehäuse 12 aus einem zentralen Rohrabschnitt 14 der Länge n₁ und zwei an diesen angesetzte -- endwärts radiale Flanschkragen 18 anbietende -- Halsabschnitte 16 der Länge n₂ auf, die sich jeweils auf eine axiale Länge q durch einen querschnittlich gekrümmten Anschlussabschnitt 16_a konzentrisch verjüngen; der Wandbereich ihrer Mündungsenden verläuft etwa in einer Hälfte jener Länge n₂ längsschnittlich parallel zur Längsachse A des Pumpengehäuses 12 zu dieser hin versetzt. Die Gehäuseabschnitte 14 und 16 sind im übrigen an Radialflanschrippen 15, 17 aneinandergefügt.
In Längsachse A des Pumpengehäuses 12 ist eine Pumpenwelle 20 vorgesehen sowie mittels Wälzlagern 22 in axialen Lager-oder Rohrstutzen 24 eines ebenfalls dreiteiligen Motorgehäuses 30 gelagert. Dieser axiale Lagerstutzen 24 ist an einen -- seinerseits etwa parallel zu jenem Anschlussabschnitt 16_a gekrümmten -- kragenartigen Stirnabschnitt 26 des Motorgehäuses 30 innenseitig angeformt sowie durch zumindest drei radiale Streben 25, 25_a mit dem benachbarten Halsabschnitt 16 verbunden. Der Stirnabschnitt 26 ist entsprechend jenem Anschlussabschnitt 16_a längsschnittlich geneigt sowie an den rohrartigen Zentralabschnitt 28 der Länge z des Motorgehäuses 30 lösbar angefügt.
Das in Fig. 1 linke Wälzlager 22 umgibt einen Wellenzapfen 21, der einends von einer Ringstufe 21_a begrenzt und dem gemäß Fig. 2 zum Wellenende hin ein Dichtungseinsatz 32 nachgeordnet ist sowie diesem ein Dichtungsdeckel 34; letzterer umfängt eine Wellenschutzhülse 36, an die außenseitig ein Abstandsring 37 anschließt, gefolgt von Wellendichtringen 38. Zwischen diesen endet ein Leckagekanal 39, der in einer Strebe 25_a verläuft, die in Fig. 2 -- unten -- erkennbar an den Halsabschnitt 16 des Pumpengehäuses 12 angeformt ist. Mit 40 ist in Fig. 2 eine Passfeder an der Pumpenwelle 20 bezeichnet.
Dem in Fig. 1 linken Stirnabschnitt 26 des Motorgehäuses 30 ist ein schüsselartiger Teil eines Pumpenlaufrades 46 als dessen Nabe 42 des Außendurchmessers e mit nach außen gerichtetem Schüsselboden 43 zugeordnet, dem innenseitig ein Stutzen 44 für die Pumpenwelle 20 angeformt ist; das Schaufeln 45 aufweisende Laufrad 46 ist mit dem Wellenzapfen 21 der Pumpenwelle 20 -- u.a. durch jene Passfeder 40-- verbunden.
Das andere Ende der Pumpenwelle 20 ist von einem Endlagerdeckel 47 überspannt, den eine Deckkappe 48 mit kalottenartiger Außenfläche 49 in Abstand übergreift.
Der Außendurchmesser b des in seiner Kontur nahezu der des Pumpengehäuses 12 entsprechenden Motorgehäuses 30 istdank der beschriebenen gekrümmten Anschlussabschnitte 16_a des Pumpengehäuses 12 -- länger als der Innendurchmesser am Ende des Halsabschnittes 16. Das Motorgehäuse 30 umgibtunter Begrenzung eines die Strömung zum Pumpenlaufrad 46 führenden Ringraumes 50 der radialen Weite a von etwa 49 mm -- einen Antriebs- oder Einbaumotor 52, der ein von der Pumpenwelle 20 durchsetztes Rotorpaket 54 und ein gehäuseseitiges Statorpaket 56 umfasst. Die Elektrokabel zum Einbaumotor 52 werden -- in der Zeichnung nicht erkennbardurch einen Axialkanal in einer der Streben 25 geführt.
Bei dieser Inline-Pumpe 10 ist der Antrieb in die Pumpennabe 42 integriert, und es können Teile des Einbaumotors 52 aus der üblichen Serienfertigung eingesetzt werden.
In den Fig. 3 bis 5 ist eine zweistufige Inline-Pumpe 11 wiedergegeben, die jene Länge n von 910 mm sowie ebenfalls den äußeren Durchmesser d von 520 mm anbietet. Deren Längsachse A quert eine radiale Symmetrieebene E, beidseits deren einander gleichende Pumpenabschnitte verlaufen. Da die Pumpenwelle 20_a hier beidends von gleicher Ausgestaltung ist, sind beidseits jener Symmetrieebene E -- vom zylindrischen Mittelrohr oder Zentralabschnitt 28 des Motorgehäuses 30 ausgehende -- kragenförmige Stirnabschnitte 26 vorhanden, in denen jene in Fig. 2 hervorgehobene Gruppe von Wälzlagern 22, Dichteinsätzen 32 und Dichtungsdeckeln 34 vorgesehen sind, ebenfalls je ein Leckagekanal 39 zwischen den Wellendichtringen 38. Jedem der Stirnabschnitte 26 ist eine Endschüssel als Nabe 42 mit Laufrad 46 zugeordnet.
Das den Antriebs- oder Einbaumotor 52 umgebende Motorgehäuse 30 ist im Bereich seines Zentralabschnittes 28 der Länge z mit -- hier zwölf -- radial angeformten Rippen 58 als Leitwände oder Leitbleche versehen. Diese begrenzen achsparallele Strömungskanäle 60 des Ringraumes 50. Auch vom zentralen Rohrabschnitt 14 des Pumpengehäuses 12 ragen an der Außenfläche -- hier: drei -- Radialrippen 62 ab.
Bei dieser zweistufigen Inline-Pumpe 11 ist der Antrieb ebenfalls in die Pumpennabe 42 integriert. Durch den Einbaumotor 52 werden zwei Laufräder 46 angetrieben. Im Pumpengehäuse 12 wird zwischen den beiden Laufrädern 46 die Strömung durch jene Leitbleche 58 so beruhigt, dass eine drallfreie Anströmung des jeweils nachgeordneten Laufrades 46 gewährleistet ist auch dann, wenn durch Umpolen des Einbaumotors 52 -- und Umkehr der Förderrichtung -- die Flüssigkeit in die zweite axiale Richtung gefördert wird.

Claims

Pumpe mit den Rotor (54) eines in einem Motorgehäuse (30) angeordneten Antriebsmotors (52) sowie außerhalb dessen Wellenlager (22) durchsetzender Pumpenwelle (20), die endwärts mit einem Schaufeln (45) aufweisenden Pumpenlaufrad (46) versehen ist, wobei das Motorgehäuse (30) unter Begrenzung eines Ringraumes (50) in radialem Abstand (a) von einem Pumpengehäuse (12) umgeben ist, das mit einem Halsabschnitt (16) das Pumpenlaufrad (46) umfängt, dessen Schaufeln (45) in den Ringraum (50) ragen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Pumpenlaufrad (46) mittels einer den Ringraum (50) zur Längsachse (A) der Pumpe (10, 11) begrenzenden schüsselartigen Nabe (42) an die Pumpenwelle (20) angeschlossen ist sowie mit innenseitig zentral vom Schüsselboden (43) abragendem Stutzen (44) zur Aufnahme eines Endes (21) der Pumpenwelle (20) versehen ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (50) durch achsparallele Leitwände (58) in Strömungskanäle unterteilt ist, wobei die Leitwände (58) gegebenenfalls radiale Rippen eines Mittelrohres (28) des Motorgehäuses (30) und/oder eines Rohrabschnittes (14) des Pumpengehäuses (12) sind.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem geneigten, vorzugsweise gekrümmt ausgebildeten Anschlussbereich (16_a) des Pumpengehäuses (12) ein entsprechend geformter Stirnabschnitt (26) des Motorgehäuses (30) gegenüberliegt und mit diesem den Ringraum (50) begrenzt.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnabschnitt (26) des Motorgehäuses (30) der Nabe (42) des Pumpenlaufrades (46) benachbart ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenwelle (20) Wälzlager (22) durchsetzt, die in axialen Stutzen (24) des Motorgehäuses (30) gelagert sind, welche neben dem Wälzlager (22) jeweils einen Dichtungseinsatz (32) und/oder Wellendichtungen (38) und/oder eine Wellenschutzhülse (36) umfangen.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Stutzen (24) Teil des Stirnabschnitts (26) des Motorgehäuses (30) ist.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stutzen (24) und/oder dem Dichtungseinsatz (32) ein Dichtungsdeckel (34) vorgesetzt ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnabschnitt (26) des Motorgehäuses (30) mit dem Halsabschnitt (16) des Pumpengehäuses (12) durch stabähnliche Streben (25, 25_a) fest verbunden, bevorzugt einstückig angeformt, ist.
Pumpe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch hohle radiale Streben (25, 25_a).
Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strebe (25_a) einen Leckagekanal (39) enthält, der einends an der Pumpenwelle (20) endet.
Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Pumpenlaufrad (46) ferne Ende der Pumpenwelle (20) von einer Deckkappe (48) übergriffen und diese an den Stirnabschnitt (26) des Motorgehäuses (30) angefügt ist.
Pumpe nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen die freie Stirn der Pumpenwelle (20) übergreifenden Endlagerdeckel (47).
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die endwärts das Pumpenlaufrad (48) tragende Pumpenwelle (20) andernends ein weiteres Pumpenlaufrad (48) angeschlossen ist.
Pumpe nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine die axiale Mitte des Pumpengehäuses (12) durchgreifende Symmetrieebene (E) für die Pumpe (11).
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Pumpengehäuse (12) beidseits eines Rohrabschnitts (14) durch jeweils einen Halsabschnitt (16) mit einem in Längsschnitt zur Längsachse (A) hin geneigten Anschlussbereich (16_a) verjüngt, wobei die Länge (q) des Anschlussbereiches (16_a) bevorzugt etwa der Hälfte der Länge (n₂) des Halsabschnitts (16) entspricht, der mit einem zur Längsachse (A) etwa parallelen Abschnitt endet.