EP2179142A2

EP2179142A2 - Stirnzahnradumwälzpumpe

Info

Publication number: EP2179142A2
Application number: EP08784338A
Authority: EP
Inventors: Felix Arnold
Original assignee: Cor Pumps and Compressors AG
Current assignee: Cor Pumps and Compressors AG
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-04-28
Also published as: WO2009010047A2; WO2009010047A4; DE102007033659A1; WO2009010047A3

Abstract

Es wird eine Umwälzpumpe zur Förderung einer Wärmeträgerflüssigkeit und mit Antrieb durch einen Elektromotor, beispielsweise für Heizungsanlagen, vorgeschlagen, bei der ein angetriebenes sowie ein abgetriebenes Stirnzahnkugelsegment vorhanden ist, deren ineinandergreifende Zähne als Zykloiden ausgebildet sind.

Description

Stirnzahnradumwälzpumpe

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Umwälzpumpe zur Förderung einer Wärmeträgerflüssigkeit nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei der Förderung von Wärmeträgerflüssigkeit besonders zu und von Sonnenkollektoren, aber auch bei modernen vielseitig gesteuerten Heizungsanlagen besteht oft das Problem, dass die Förderleistung der Umwälzpumpe nicht ausreicht, um den angestrebten Wärmetransport zu erzielen. Die sich in Betrieb der Anlage ergebende Leistungsaufnahme der Umwälzpumpe vernichtet wieder einen Teil der insbesondere durch die Sonnenkraft gewonnene Wärmeenergie.

Bei einer bekannten mit Solarwärmekollektoren und Warmwasserspeicher arbeitenden Anlage (DE OS 196 08 405) „besitzt die Umwälzpumpe des Solarkreises eine große Leistungsbreite". Die Umwälzpumpe wird nicht nur laufend zu- und abgeschaltet, sondern sie muss auch erhebliche Druckunterschiede verkraften, nämlich zwischen dem verhältnismäßig hohen Förderdruck zum Sonnenkollektor hin, bzw. ist sie der Gefahr ausgesetzt trocken zu laufen, wenn der Sonnenkollektor bei Frost außer Betrieb und mit Luft gefüllt ist. Gemäß Stand der Technik ist es bekannt, den Wärmeträger mit Frostschutzmittelzusatz zu versehen oder der Wärmeträger ist Brauchwasser. Frostschutz erfolgt beispielsweise durch Entleerung oder der Wärmeträger ist Brauchwasser und der Frostschutz erfolgt durch Beheizung, jedenfalls alles Verfahren mit Vorteilen und Nachteilen, die besondere Anforderungen an die Umwälzpumpe selbst und deren Förderleistung, bzw. Förderkontinuität stellen. So ist es beispielsweise bekannt (DE OS 23 41 042.6, bzw. 25 50 531) bei Bedarf das mit Frostschutzmittel versehene, erwärmte Wasser mittels einer Umwälzpumpe in eine Abtauschlange des Sonnenkollektors zu pumpen. Zweifellos werden hierbei an die Umwälzpumpe Druck- und Leistungskontinuität betreffende Mindestanforderungen gestellt.

Als Umwälzpumpen sind vor allem stopfbüchsenlose Pumpen bekannt, deren Lager durch das von ihnen geförderte Wasser geschmiert werden. Das Pumpenlaufrad ist auf einer Antriebswelle des Elektromotors angeordnet und die Förderung arbeitet nach dem Fliehkraftprinzip einer Turbine (DE GM 66 07 928, DE OS 29 41 133 oder DE OS 21 56 610). Auch Umwälzpumpen, die für Sonderfunktionen und höheren Druck eingesetzt werden weisen diese Turbinenfunktion auf, beispielsweise in Form einer Kreiselpumpe (DE OS 28 45 246).

Angetrieben werden diese Umwälzpumpen elektrisch, meist durch Spaltrohrmotoren mit den gegebenen Abdichtvorteilen und sowohl bekannt unter Niederspannung als auch Netzspannung arbeitend. Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Umwälzpumpe der gattungsgemäßen Art weiter zu entwickeln, d. h. mit weitgehender Unabhängigkeit der Leistungsqualität vom Flüssigkeitssystem, d. h. bei der ein höherer und auch kontinuierlicher Arbeitsdruck als auch Saugdruck besteht.

Die Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Umwälzpumpe der gattungsgemäßen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine elektrisch angetriebene Pumpe mit den im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 für sich beschriebenen Merkmalen ist zwar bekannt (DE IO 2006 012 481 Al), gehört allerdings in der bekannten Ausführung zu einer völlig anderen Gattung, die einem völlig anderem Zweck dient. Da derartige Pumpen hohe Drücke erzeugen können, werden sie vor allem in Werkzeugmaschinen eingesetzt oder hohe Drücke erfordernden hydraulischen Anlagen, wie beispielsweise bei der Produktionsautomatisierung oder bei Robotern.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines elektrisch angetriebenen Stirnzahnkugelsegments mit einem abgetriebenen

Stirnzahnkugelsegment und den beanspruchten Ausgestaltungen, bedeutet eine Überwindung der beim Fachmann für Umwälzpumpen vorhandenen Voreingenommenheit betreffend dessen Fachwissen, d. h. Fachwissen von Umwälzpumpen zur Förderung einer Wärmeträgerflüssigkeit. Der Fachmann von Umwälzpumpen zur Förderung von Wärmeträgerflüssigkeiten von Heizungsanlagen oder von Sonnenkollektoren geht stets von den eingangs beschriebenen Zentrifugalpumpen aus, obwohl ihm die Probleme, insbesondere bei dem Transport von Wärmeträgerflüssigkeit bei Sonnenkollektoren, bekannt sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Umwälzpumpe weist gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik vor allem den Vorteil auf, dass der für eine gute Regelung erforderliche Förderdruck der Wärmeträgerflüssigkeit weitgehend konstant gehalten werden kann, bzw. dadurch auch die Umwälzmenge besser gezielt gesteuert werden kann, was entweder durch Drehzahlsteuerung oder durch Bypasssteuerung erfolgen kann.

Ein wesentlicher Vorteil der erfinderischen Pumpe gegenüber dem Stand der Technik besteht auch darin, dass die die Förderung bewirkenden Stirnzahnkugelsegmente je für sich gelagert sind und somit die Lagerung der Elektromotorwelle nicht zusätzlich belasten.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen das Motorgehäuse und das Pumpengehäuse auf den einander zugewandten Seiten je einen Flansch auf, über den sie miteinander verbunden sind. Diese Art der Konstruktion hat vor allem den üblichen Vorteil, dass das Pumpengehäuse ortsfest montiert wird und bei Schäden durch leichtes Entfernen des Antriebsmotors ein entsprechender Zugang zu der Umwälzpumpe besteht. Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor als Spaltmotor ausgebildet, wobei zwischen den Flanschen ein den Motorinnenraum abschließender Teller eingespannt ist. Die Verwendung eines solchen Trenntellers ist an sich bekannt und vermeidet den offenen Zugang der zu fördernden Wärmeträgerflüssigkeit in den Bereich des Permanentmagneten des Elektromotors.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung weist das Antrieb steil und /oder Abtrieb steil auf der dem Pumpraum abgewandten Seite einen Laufzapfen auf, wobei das Bodenlager ringförmig ausgebildet eine zentrale Lagerbohrung aufweist zur Aufnahme des Laufzapfens. Das Pumpengehäuse kann nach zusätzlicher Ausgestaltung der Erfindung topfförmig ausgebildet sein mit einem schräg zu seiner Mittelachse verlaufenden Boden zur Aufnahme des Bodenlagers des Abtriebsteils. Hierbei handelt es sich vor allem um praktische vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, um so mehr als erfindungsgemäß das Gehäuse der Umwälzpumpe aus Kunststoff bestehen kann und somit in einfacher Weise als Spritzteil herstellbar.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung läuft das Antriebsteil der Pumpe in einer mit der Welle des Elektromotors achsgleich angeordneten Gleitlagerbuchse, welche über einen Haltering zu einem Pumpeninlay hin eingespannt ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise einerseits erzielt, dass bei Demontage des Elektromotors die Pumpenteile zusammengehalten bleiben und dass andererseits eine sehr genaue Einhaltung der Lage von Antriebsteil und Abtriebsteil in Bezug auf das Pumpeninlay erzielbar ist. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Umwälzpumpe im Längsschnitt;

Fig. 2 den Pumpenteil ohne Elektromotor in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Maßstab;

Fig. 3 eine Ansicht in die Umwälzpumpe entsprechend dem Pfeil I in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Ansicht der Umwälzpumpe von Außen gemäß dem Pfeil II in Fig. 2.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine trochoidenverzahnte Umwälzpumpe 1 über einen Elektrospaltmotor 2 angetrieben, wobei der Elektrospaltmotor 2, der in vielfältiger Weise bekannt ist, nur sehr stark vereinfacht dargestellt ist. Von einem von elektrischem Strom durchströmten Spulenteil 3, über Dichtungen 4 hydraulisch getrennt, läuft in einem Innenraum 5 - unter Spaltbildung - ein Motorläufer 6 mit einem Permanentmagnet. Der Motorläufer 6 weist eine in Lagern 7 laufende Welle 8 auf, wobei die Lager 7 in Trägerringen 9 angeordnet sind. Zwischen diesen Trägerringen 9 und dem den Innenraum 5 begrenzenden Spaltrohr 10 sind die Dichtungen 4 angeordnet. Die Trägerringe 9 werden in jedem Fall vom den Elektromotor und seine nicht dargestellte stromdurchströmte Spule umgebende Gehäuse 1 1 getragen, wobei zur Umwälzseite hin ein Stützteller 12 angeordnet ist, der auch die Verbindung von dem einen Trägerring zum Motorgehäuse 11 bildet und gleichzeitig als Wiederlager für die eine Dichtung 4 dient. Der andere Lagerring 9 ist direkt mit dem Motorgehäuse 11 verbunden und dient auch direkt als Wiederlage für die andere Dichtung 4.

Derartige Umwälzpumpen antreibende Elektromotoren, insbesondere als Spaltmotoren ausgebildet, sind in verschiedener Art, wie eingangs ausgeführt, bekannt. Überraschend ist die Verwendung eines solchen Elektromotors, der von der zu fördernden Flüssigkeit mitgetroffen ist, also einem Spaltmotor bei einer Wärmeträgerflüssigkeit fördernden Pumpe in Art einer Stirnzahnkugelpumpe. Wie in Fig. 1 dargestellt weist das Motorgehäuse 11 auf der der Umwälzpumpe 1 zugewandten Seite eine flanschartige Erweiterung 13 auf, welche mit einem entsprechenden Flansch 14 des Gehäuses 15 der Umwälzpumpe 1 verbunden ist. Das Gehäuse 15 besteht vorzugsweise aus Kunststoff um leichter die gewünschte vielfältige Form, beispielsweise im Spritzgu ssverfahren, herstellen zu können. Das Gehäuse 15 ist mit seinem Flansch 14 über nur teilweise dargestellte Schrauben 16 mit der flanschartigen Erweiterung 13 des Motorgehäuses 11 des Elektromotors 2 verbunden.

Wie bereits erwähnt bildet die Umwälzpumpe vorteilhafterweise eine Einheit für sich, die auch bei Abmontage des Elektromotors 2 erhalten bleibt. Hierbei handelt es sich um ein außenzylindrisch ausgebildetes Inlay 17, das im Gehäuse 15 passend angeordnet ist und in dem von Gleitlagerbuchsen 18 und 19 getragen ein Pumpenantriebsteil 20 und ein Pumpenabtriebsteil 21 rotierend angeordnet sind. Das Pumpenantriebsteil wird unter Zwischenschaltung einer Kupplung 22 von der Welle 8 des Elektromotors angetrieben. Während die Gleitlagerbuchse 19 zwischen Inlay 17 und Gehäuse 15 eingespannt ist, wird die Gleitlagerbuchse 18 über einen Haltering 23 und am Gehäuse 15 eingreifenden Schrauben 24 auf das Pumpenantriebsteil 20 gedrückt, so dass eine zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil vorhandene Kugelfläche 25 eine Auflagerfunktion übernimmt mit nur geringen Relativbewegungen zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil.

Wie der Zeichnung nicht näher entnehmbar ist handelt es sich bei dieser hier eingesetzten Pumpe um eine

Stirnzahnkugelsegmentpumpe, d. h. Anzahl der ineinander kämmenden Stirnzähne des einen Teils ist um einen Zahn größer als des anderen Teils, um dadurch die das Medium fördernde Relatiwerstellung der beiden Teile zu erzielen.

In den Fig. 2 bis 4 ist der einfache Aufbau dieser erfindungsgemäßen Pumpe gezeigt - jedoch ohne den Antriebsmotor. Das Gehäuse 15 weist den Flansch 14 auf mit Öffnungen 26 für die zu Fig. 1 erwähnten Schrauben 16. Der Haltering 23 und die Schrauben 24 spannen die Gleitlagerbuchse 18 am Gehäuse 15 fest bei gleichzeitigem Einspannen des Inlays 17. Die zu Fig. 1 genannte Kupplung 22 greift in eine Mitnahmeöffnung 27 des Antriebsteils 20.

In Fig. 4 ist vor allem erkennbar, dass für den Anschluss für die Wärmeträgerflüssigkeit zwei Gewinde stutzen 27 dienen und dass zur ortsfesten Befestigung der Umwälzpumpe ein Montageblock 28 mit einem nicht dargestellten Innengewinde am Gehäuse 15 angeordnet ist. Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungs wesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1 Umwälzpumpe

2 Elektrospaltmotor

3 Spulenteil

4 Dichtungen

5 Innenraum

6 Motorläufer

7 Lagern

8 Welle

9 Trägerring

10 Spaltrohr

1 1 Motorgehäuse

12 Stützteller

13 flanschartige Erweiterung

14 Flansch

15 Pumpengehäuse

16 Schrauben

17 Inlay

18 Gleitlagerbuchse

19 Gleitlagerbuchse

20 Pumpenantriebsteil

21 Pumpenabtrieb steil 2 Kupplung 3 Haltering 4 Schrauben 5 Kugelfläche 6 Öffnungen 7 Gewindestutzen 8 Montageblock

Claims

Ansprüche

1. Umwälzpumpe (1) zur Förderung einer Wärmeträgerflüssigkeit mit Antrieb durch einen Elektromotor (2), wobei die Umwälzpumpe (1) in einem Pumpengehäuse (15) und der Elektromotor (2) in einem mit dem Pumpengehäuse (15) verbundenen Motorgehäuse (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzpumpe (1) als Drehkolbenpumpe ausgebildet ist mit einem durch den Elektromotor (2) angetriebenen Stirnzahnkugelsegment (20) und einem, von diesem angetriebenen Segment abgetriebenen und mit dem angetriebenen Segment kämmenden, Stirnzahnkugelsegment (21) gleichen radialen Dichtungsdurchmessers, jedoch einem Stirnzahnunterschied, wobei die Zähne der

Stirnzahnkugelsegmente (20, 21) als Zykloiden ausgebildet eine linienförmige zykloidische Abwicklung der Lauffläche aufweisen.

2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Motorgehäuse (11) und das Pumpengehäuse (15) auf den einander zugewandten Seiten je einen Flansch (13, 14) aufweisen, über den sie miteinander verbunden sind.

3. Umwälzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) als Spaltmotor ausgebildet ist und zwischen den Flanschen (13, 14) ein den Motorinnenraum abschließender Teller (12) eingespannt ist.

4. Umwälzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (20) und/oder das Abtriebsteil (21) auf der dem Pumpraum abgewandten Seite einen Laufzapfen aufweist und dass das Lager ringförmig ausgebildet eine zentrale Lagerbohrung aufweist zur Aufnahme des Laufzapfens.

5. Umwälzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (15) topfförmig ausgebildet ist mit einem schräg zu seiner Mittelachse verlaufenden Boden zur Auflage des Bodenlagers des Abtriebsteils (21).

6. Umwälzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) der Pumpe aus Kunststoff besteht.

7. Umwälzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (20) der Pumpe in einem mit der Welle (8) des Elektromotors (2) achsgleich angeordneten Gleitlagerbuchse (18) läuft, welche über einen am Pumpengehäuse (15) befestigten Haltering (23) am Gehäuse (15) befestigt, wobei dabei auch ein Inlay (17) der Pumpe eingespannt wird.