EP4089284A1 - Nassläuferpumpe - Google Patents

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Publication number
EP4089284A1
EP4089284A1 EP22165693.7A EP22165693A EP4089284A1 EP 4089284 A1 EP4089284 A1 EP 4089284A1 EP 22165693 A EP22165693 A EP 22165693A EP 4089284 A1 EP4089284 A1 EP 4089284A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elevations
stator
wet
cartridge
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22165693.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maksym Lyudmyrsky
Bernd Rosenthal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilo SE
Original Assignee
Wilo SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wilo SE filed Critical Wilo SE
Publication of EP4089284A1 publication Critical patent/EP4089284A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606Canned motor pumps
    • F04D13/0626Details of the can
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/38Retaining components in desired mutual position by a spring, i.e. spring loaded or biased towards a certain position

Definitions

  • the invention relates to a glandless pump with an electric motor that drives a pump impeller, comprising a stator with a stator core and a rotor, which are separated from one another by a can that is spaced from the stator to form an air gap, the rotor, the can and the pump impeller forming a cartridge form.
  • the stator essentially consists of a laminated stator core and several stator windings, which are mounted as lap windings in slots of the stator core or as concentrated windings on the stator teeth of the stator core.
  • the rotor comprises the motor shaft and a rotor stack which is connected to it in a torque-proof manner and which is usually equipped with permanent magnets.
  • the motor shaft is mounted radially in plain bearings.
  • the rotor is arranged inside the cartridge, which ensures hermetic separation from the stator and the environment.
  • the cartridge forms an assembly that is pushed axially into the stator.
  • this assembly On the pump side, this assembly has an end shield, which is integral with the can or firmly connected thereto, which is attached to the motor housing in the manner of a flange or clamped between the motor and pump housing.
  • the cartridge At the end facing away from the pump, the cartridge, more precisely the can, can be closed by a one-piece base, thus forming a can, or be closed by a separate element.
  • the floor or the separate element can form a bearing support and accommodate the rear plain bearing.
  • stator and rotor are manufactured as separate assemblies and then joined together axially.
  • glandless pumps of this type tend to produce increased noise emissions at certain speeds, which can be attributed to vibrations in the cartridge excited by the rotor, since the cartridge can oscillate relative to the stator.
  • resilient elevations are provided in the can, with which the cartridge is fixed in a centered manner on the inside of the stator core.
  • the elevations protrude from the outer surface of the rest of the can and bridge the gap to the stator.
  • the cartridge is fixed radially in the stator and also centered by the installation of the elevations, which have a spring effect, on the stator core. This effectively reduces cartridge vibrations relative to the stator and other components of the glandless pump.
  • the cartridge retains this safe and reliable fixation due to the spring-loaded elevations on the can in all possible operating states of the glandless pump throughout its service life, especially in the event of temperature and/or pressure fluctuations and vibrations.
  • the cartridge attached to the stator as an assembly also includes other components in a known manner, such as one or two plain bearings that support the motor shaft, which in turn supports the rotor, an axial bearing and/or an end shield, which is arranged in the manner of a flange at the impeller-side end of the can, possibly even being in one piece with the can.
  • the surface contour of at least some of the elevations or all elevations can be bumpy or spherical in one embodiment.
  • these elevations have such an outer contour that is circular or oval when viewed in section with a plane offset parallel to a plane tangential to the jacket of the can.
  • the contact of the stator with the elevations is approximately punctiform. This has several advantages. On the one hand, it causes the stresses to be evenly distributed within the individual elevations. This avoids local stress peaks which, depending on the geometry of the elevations, can lead to damage to the can.
  • this bulge-like or spherical surface contour of the elevations facilitates the axial joining of the cartridge in the stator, since the elevations rise flush from the outer surface of the can and do not protrude stepwise.
  • the axial joining is also facilitated by a lower expenditure of force, which is due to the comparatively small dimensions of the elevations in the axial direction and in the circumferential direction.
  • the elevations can be manufactured and designed differently. If the can is made of plastic, for example, e.g. injection molded, the elevations can be formed during production, e.g. by appropriate shaping in the injection molding tool.
  • the can is made of metal
  • at least some of the elevations or all of the elevations can be made by deforming the material. This can be done, for example, by a stamp pressing against the inside of the can, for example at a point, and thereby pushing the can casing outwards. In this way, the elevations are particularly easy to produce.
  • a can made of metal in particular made of stainless steel, is a preferred variant, since a plastic can with the same pressure stability requires a greater wall thickness than a can made of metal and also tends to relax in the long run, so that a formerly held firmly in the stator Loosen the cartridge over time as a result of the reduction of internal stresses, and on the other hand cannot develop a spring effect due to its high brittleness.
  • the wall thickness of the can in the area of the elevations is preferably essentially the same as the wall thickness of the can beyond the elevations.
  • the elevations are not formed by material thickening. This has the advantage that the elevations have a spring effect and can therefore function as axial damping elements. This cushions pressure surges from the hydraulics or mechanical shocks on the pump or motor housing.
  • the elevations preferably all elevations, to protrude a maximum of 0.2 mm from the outer casing of the can further than the width of the air gap, so that the axial force required for axial insertion of the cartridge into the stator and the stresses introduced radially into the can remain low , but at the same time the cartridge is radially well fixed. If the air gap is 0.2mm, for example, the elevations can protrude by up to 0.4mm.
  • the number of elevations and their distribution it has been shown that three elevations, or in other words at least three points at which the cartridge is supported on the stator, are sufficient to effectively reduce vibrations.
  • three elevations depending on the angular position of the cartridge relative to the stator during axial joining, there is a risk that they will all end up in the gaps or slots between the stator teeth and thus there will be no fixation, especially if the number of slots is a multiple of three. which is regularly the case with a 3-phase motor.
  • the deformation of the can between the elevations is comparatively large, with the result that the elevations no longer act as spring elements.
  • the three elevations can be embodied, for example, as circumferentially elongated elevations versus a spherical shape, or more than three elevations can be used, e.g. 5 or 7.
  • the elevations can be distributed equidistantly along the circumference of the can. With three elevations, these can consequently be offset from one another by 120° in each case, with five elevations by 72° in each case.
  • the elevations can lie together on one circumference or be axially offset from one another, i.e. lie on different circumferences.
  • the slots are open toward the can, with a stator tooth, which is formed by a peripheral section of the stator core, lying in a known manner between two slots that are adjacent in the circumferential direction.
  • the number of poles 2p of the motor determines how many stator teeth and slots the stator has.
  • the slots and stator teeth extend parallel to the axis. An odd number of elevations distributed equidistantly in the circumferential direction is preferably selected.
  • At least part of the projections is axially offset to another part of the projections.
  • a first part of the elevations can be arranged along a first circumferential circle and a second part of the elevations can be arranged along a second circumferential circle offset from the first.
  • the elevations lying within the same circumferential circle are then not offset axially but merely distributed circumferentially, preferably equidistantly.
  • the elevations are arranged equidistantly along two or more circumferential circles, it makes sense if these circles, i.e. all elevations on these circles, are offset from one another at a circumferential angle. Even if one of the ridges may be opposite a slot, the circumferential angular offset ensures that the axially adjacent ridge rests against a stator tooth.
  • FIG 1 shows an exploded view of a glandless pump 1 comprising a pump unit, of which only the impeller 4 is shown here, an electromotive drive unit 2 that drives it, and control electronics 3 for controlling the drive unit 2.
  • the drive unit 2 consists of the stator assembly 6 and a cartridge 5 designated further assembly, which includes the rotor and is pushed axially into the stator assembly 6 or is.
  • the control electronics 3 are mounted axially on the stator assembly 6 .
  • the stator assembly 6 includes the motor housing 9, in the interior of which the stator 10 is accommodated.
  • the stator 10 consists of a laminated stator package comprising radially inwardly directed stator teeth 11, which are connected to one another via a magnetic yoke ring, and windings 12 mounted on the stator teeth 11.
  • the electromotive drive unit 2 is here a brushless, electronically commutated synchronous motor, for example with three Phases and two windings per phase, so that six stator teeth 11 or 6 windings 12 exist, which are energized by the control electronics 3.
  • the cartridge 5 comprises a can 7 separating the rotor from the stator 10, at the impeller-side axial end of which an end shield 8 is arranged, e.g. fastened or is integral with it, with the interior of the can 7 being filled with the pumped liquid rotor chamber, in which the rotor is arranged is.
  • the rotor comprises the motor shaft and a rotor assembly 17 connected to it in a torque-proof manner (see 4 ) with permanent magnets, with the motor shaft being mounted radially in plain bearings, of which a first plain bearing is arranged approximately at the axial height of the end shield 8 or in front of it on the rotor chamber side, and a second plain bearing is arranged in a bearing carrier which supports the can 7 on the impeller 4 remote axial end closed.
  • the cartridge 5 thus also includes the motor shaft, at the end of which the impeller is fixed in a rotationally fixed manner, and the slide bearings.
  • the cartridge 5 In the assembled state of the glandless pump 1, the cartridge 5 extends with its can 7, forming a radial air gap 18 (see Fig 4 ) to the stator core or to the stator teeth 11 axially into the motor housing 9 or the stator 10. In other words, this cartridge 5 is not radially supported, which is why it can oscillate relative to the stator 10 when the glandless pump 1 is in operation.
  • Figures 2 and 3 show a can 7 according to the invention, which overcomes this disadvantage.
  • it has elevations 13 which protrude radially from its lateral surface or outer casing 15, for example by 0.3 mm.
  • the cartridge 5 rests with the elevations 13 formed on the can 7 on the stator 10 , more precisely on the stator teeth 11 .
  • the elevations 13 thus form mechanical support points that hold the cartridge radially firmly in the stator 10 via the can 7 .
  • the outer contour of the elevations 13 is bumpy or spherical, so that the contact surface with the stator 10 is essentially punctiform.
  • the transition from the elevations 13 to the outer jacket 15 is kink-free, so that the forces absorbed by the elevations 13 are diverted to the rest of the can 7 .
  • the can 7 is made of metal, in particular stainless steel, and has a uniform wall thickness, which is also essentially constant in the area of the elevations 13 . This leaves figure 3 recognize well.
  • the elevations 13 are thus bulges of the can 7.
  • the elevations 13 are produced by material deformation by a stamp, for example a round, in particular spherical stamp, the can 7 at the points of the elevations 13 to be produced from its inside radially outwards pushes.
  • the can 7 carries a total of fifteen elevations 13, with five of the elevations 13 being arranged equidistantly along three parallel circumferential circles 14. Since there are six slots between the stator teeth 11, This odd number of elevations 13 per circumferential circle 14 ensures that two or more elevations 13 of a respective circumferential circle 14 do not inadvertently lie between the stator teeth 11 due to a corresponding angular position of the can 7 relative to the stator 10 .
  • the circumferential circles 14 are axially offset from one another in such a way that a first, central circumferential circle 14 with elevations 13 is located approximately in the axial center of the can 7, and the two other circumferential circles are arranged approximately at the same distance axially in front of and behind the central circumferential circle 14.
  • figure 2 12 also illustrates an angular misalignment between the ridges 13 of adjacent perimeter circles.
  • the elevations 13 of the second circumferential circle 14 close to the impeller are offset by an angle ⁇ 1 in one circumferential direction and the elevations 13 of the third circumferential circle 14 remote from the impeller are offset by an angle ⁇ 2 in the opposite circumferential direction.
  • Reference numeral 16 indicates the longitudinal axis of the can.
  • the angular offset ⁇ 1, ⁇ 2 ensures that, even if an elevation 13 of a peripheral circle 14 should be directed into a stator slot, the adjacent elevation 13 of the adjacent peripheral circle 14 is again opposite a stator tooth 11 and is supported on it.
  • the elevations 13 according to the invention ensure that the can 7 is held in a secure position in the stator 10 . It is supported with its elevations 13 at certain points on the stator 10 and is therefore no longer able to perform any radial movement relative thereto. A vibration of the cartridge 5 is thus effectively prevented.
  • the figure 4 shows a detail of an axial cross section through the glandless pump 1 in the assembled state of the cartridge 5, the section running through an elevation 13 formed on the can 7, which rests against a stator tooth 11 of the stator core in order to fix the cartridge 5 in the center of the stator 10.
  • the height of the elevations 13 is chosen so that a minimum overlap between elevations 13 and the stator tooth 11 in all possible operating conditions such as temperature / pressure fluctuations and vibrations throughout Service life is guaranteed, which means that the cartridge is no longer the source of noise emissions.
  • the height of the elevations 13 is selected such that a minimum overlap between elevations 13 and the stator tooth 11 is guaranteed in all possible operating conditions such as temperature/pressure fluctuations and vibrations throughout the service life, as a result of which the cartridge 5 is no longer the source of noise emissions.
  • the invention also includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments which have the exchange, addition, alteration or omission of elements, components, method steps, values or information as their subject matter, as long as the basic idea according to the invention is retained, regardless of whether the change, alteration, or modifications improves or degrades an embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nassläuferpumpe (1) mit einem ein Pumpenlaufrad (4) antreibenden Elektromotor (2) umfassend einen Stator (10) mit einem Statorpaket und einen Rotor (17), die voneinander durch ein Spaltrohr (7) getrennt sind, das unter Bildung eines Luftspalts (18) vom Stator (10) beabstandet ist, wobei der Rotor, das Spaltrohr (7) und das Pumpenlaufrad (4) eine Kartusche (5) bilden. Das Spaltrohr (7) weist federnde Erhebungen (13) auf, mit denen die Kartusche (5) an der Innenseite des Statorpakets zentriert fixiert ist. Dies vermeidet Vibrationen der Kartusche (5) und folgemäßig eine vibrationsbedingte Geräuschemission.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nassläuferpumpe mit einem ein Pumpenlaufrad antreibenden Elektromotor umfassend einen Stator mit einem Statorpaket und einen Rotor, die voneinander durch ein Spaltrohr getrennt sind, das unter Bildung eines Luftspalts vom Stator beabstandet ist, wobei der Rotor, das Spaltrohr und das Pumpenlaufrad eine Kartusche bilden.
  • Nassläuferpumpen sind allgemein bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass der Rotor innerhalb der Kartusche bzw. dessen Spaltrohres in einer Flüssigkeit dreht, die in der Regel die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit ist. Der Stator besteht im Wesentlichen aus einem geblechten Statorpaket und mehreren Statorwicklungen, die als Schleifenwicklungen in Nuten des Statorpakets oder als konzentrierte Wicklungen auf den Statorzähnen des Statorpakets montiert sind. Der Rotor umfasst die Motorwelle und ein damit drehfest verbundenes Rotorpaket, das in der Regel mit Permanentmagneten bestückt ist. Die Motorwelle ist in Gleitlagern radial gelagert. Der Rotor ist innerhalb der Kartusche angeordnet, die eine hermetische Trennung zu Stator und Umgebung gewährleistet.
  • Die Kartusche bildet eine Baugruppe, die axial in den Stator eingeschoben wird. Pumpenseitig besitzt diese Baugruppe, einstückig mit dem Spaltrohr oder damit fest verbunden, ein Lagerschild, das in der Art eines Flansches am Motorgehäuse befestigt oder zwischen Motor- und Pumpengehäuse geklemmt ist. Am pumpenabgewandten Ende kann die Kartusche, genauer gesagt das Spaltrohr durch einen einstückigen Boden geschlossen sein, mithin einen Spalttopf bilden, oder durch ein separates Element verschlossen sein. Der Boden oder das separate Element kann einen Lagerträger bilden und das hintere Gleitlager aufnehmen.
  • Stator und Rotor werden als getrennte Baugruppen gefertigt und anschließend axial zusammengefügt. Um das axiale Fügen zu erleichtern, besteht zwischen der Kartusche und dem Stator bzw. dessen Statorpaket im montierten Zustand ein radialer Luftspalt von wenigen Zehntelmillimetern. D.h. es besteht keine Presspassung, so dass die Kartusche quasi radial frei beweglich in den Stator hineinragt. Auch fehlt es am pumpenabgewandten Ende an einer radialen Befestigung oder Auflage.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass Nassläuferpumpen dieser Bauart bei bestimmten Drehzahlen zu einer erhöhten Geräuschemission neigen, die auf Vibrationen der durch den Rotor angeregten Kartusche zurückzuführen sind, da die Kartusche relativ zum Stator schwingen kann.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vibrationen der Kartusche zu minimieren und dadurch die Geräuschemission von Nassläuferpumpen zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Nassläuferpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
  • Erfindungsgemäß sind bei dem Spaltrohr federnde Erhebungen vorgesehen, mit denen die Kartusche an der Innenseite des Statorpakets zentriert fixiert ist. Die Erhebungen stehen von der Mantelfläche des übrigen Spaltrohres vor und überbrücken den Spalt zum Stator. Durch die Anlage der eine Federwirkung besitzenden Erhebungen am Statorpaket, ist die Kartusche radial im Stator fixiert und ferner zentriert. Somit werden Schwingungen der Kartusche relativ zum Stator und anderen Komponenten der Nassläuferpumpe wirkungsvoll reduziert.
  • Diese sichere und zuverlässige Fixierung behält die Kartusche durch die am Spaltrohr federnd ausgeführten Erhebungen bei allen möglichen Betriebszuständen der Nassläuferpumpe während der gesamten Lebensdauer bei, insbesondere bei Temperatur- und/ oder Druckschwankungen sowie bei Vibrationen.
  • Teil der als Baugruppe am Stator befestigten Kartusche sind neben dem Rotor dem Spaltrohr und dem Pumpenlaufrad in bekannter Weise noch weitere Bauteile wie zum Beispiel ein oder zwei Gleitlager, die die Motorwelle lagern, welche wiederum den Rotor trägt, ein Axiallager und/ oder ein Lagerschild, das in der Art eines Flansches am laufradseitigen Ende des Spaltrohres angeordnet, gegebenenfalls sogar einstückig mit dem Spaltrohr ist.
  • Die Oberflächenkontur von zumindest einem Teil der Erhebungen oder allen Erhebungen kann in einer Ausführungsvariante beulenartig oder sphärisch sein. Mit anderen Worten haben diese Erhebungen eine solche Außenkontur, die im Schnitt mit einer zu einer Tangentialebene an den Mantel des Spaltrohres parallel versetzten Ebene betrachtet, kreisrund oder oval ist. Anders ausgedrückt, ist die Berührung des Stators durch die Erhebungen annährend punktförmig. Dies hat mehrere Vorteile. Es bewirkt zum einen, dass sich die Spannungen innerhalb der einzelnen Erhebungen gleichmäßig verteilen. Somit werden lokale Spannungsspitzen vermieden, die je nach Geometrie der Erhebungen zu einer Beschädigung des Spaltrohres führen können Ferner erleichtert diese beulenartige oder sphärische Oberflächenkontur der Erhebungen das axiale Fügen der Kartusche in den Stator, da sich die Erhebungen bündig aus der Manteloberfläche des Spaltrohres heraus erheben und nicht etwa stufenartig vorspringen. Das axiale Fügen wird außerdem durch einen geringeren Kraftaufwand erleichtert, der durch die vergleichsweise geringen Abmessungen der Erhebungen in axialer Richtung und in Umfangsrichtung bedingt ist.
  • Je nach Material und Herstellungsart des Spaltrohrs können die Erhebungen unterschiedlich hergestellt und ausgebildet sein. Ist das Spaltrohr beispielsweise aus Kunststoff hergestellt, z.B. spritzgegossen, können die Erhebungen während der Herstellung sogleich mitausgebildet werden, z.B. durch eine entsprechende Formgebung im Spritzgusswerkzeug.
  • Ist das Spaltrohr aus Metall hergestellt, kann zumindest ein Teil der Erhebungen oder können alle Erhebungen durch Materialverformung hergestellt sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Stempel z.B. punktförmig, gegen die Innenseite des Spaltrohres drückt und dadurch den Spaltrohrmantel nach außen drückt. Auf diese Weise sind die Erhebungen besonders einfach herstellbar.
  • Die Verwendung eines Spaltrohres aus Metall, insbesondere aus Edelstahl ist eine bevorzugte Ausführungsvariante, da ein Kunststoffspaltrohr bei gleicher Druckstabilität eine größere Wandstärke erfordert, als ein Spaltrohr aus Metall und ferner zum Einen auf Dauer zum Relaxieren neigt, so dass sich eine ehemals im Stator fest gehaltene Kartusche infolge des Abbaus innerer Spannungen mit der Zeit lockern, und zum Anderen aufgrund seiner hohen Sprödigkeit keine Federwirkung entwickeln kann.
  • Vorzugsweise ist die Wandstärke des Spaltrohres im Bereich der Erhebungen im Wesentlichen gleich der Wandstärke des Spaltrohres jenseits der Erhebungen. Mit anderen Worten sind die Erhebungen nicht durch Materialverdickungen gebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Erhebungen eine Federwirkung besitzen und somit als axiale Dämpfungselemente fungieren können. Druckstöße seitens der Hydraulik oder mechanische Stöße auf das Pumpen- oder Motorgehäuse werden hierdurch abgefedert.
  • Sinnvollerweise steht zumindest ein Teil der Erhebungen vorzugsweise alle Erhebungen maximal 0,2mm vom Außenmantel des Spaltrohres weiter hervor, als der Luftspalt breit ist, damit die für das axiale Einfügen der Kartusche in den Stator benötigte Axialkraft und die in das Spaltrohr radial eingeleiteten Spannungen gering bleiben, die Kartusche aber gleichzeitig radial gut fixiert ist. Beträgt der Luftspalt beispielsweise 0,2mm, können die Erhebungen bis zu 0,4mm vorstehen.
  • Bezüglich der Anzahl der Erhebungen und ihrer Verteilung zeigt sich, dass bereits drei Erhöhungen, oder mit anderen Worten mindestens drei Stellen, an denen sich die Kartusche am Stator abstützt, ausreichend sind, um Vibrationen wirkungsvoll zu reduzieren. Allerdings besteht bei drei Erhebungen je nach Winkellage der Kartusche relativ zum Stator beim axialen Fügen die Gefahr, dass sie alle in den Lücken bzw. Nuten zwischen den Statorzähnen landen und somit keine Fixierung besteht, insbesondere wenn die Anzahl an Nuten ein Vielfaches von drei ist, was bei einem 3-phasigen Motor regelmäßig der Fall ist. Zum anderen ist bei nur drei Erhebungen die Verformung des Spaltrohres zwischen den Erhebungen vergleichsweise groß, was dazu führt, dass die Erhebungen nicht mehr als Federelemente wirken. Um diese Nachteile zu überwinden, können die drei Erhebungen beispielsweis gegenüber einer sphärischen Form in Umfangsrichtung als längliche Erhebungen ausgeführt sein, oder es können mehr als drei Erhebungen verwendet werden, z.B. 5 oder 7.
  • Um die Kartusche zentriert im Stator zu halten, können die Erhebungen entlang des Spaltrohrumfangs äquidistant verteilt sein. Bei drei Erhebungen können diese folglich jeweils um 120° bei fünf Erhebungen jeweils um 72° zueinander versetzt sein. Dabei können die Erhöhungen gemeinsam auf einem Umfangskreis liegen oder axial versetzt zu einander sein, d.h. auf unterschiedlichen Umfangskreisen liegen.
  • Bei dem Stator sind die Nuten zum Spaltrohr hin offen, wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Nuten in bekannter Weise ein Statorzahn liegt, der von einem Umfangsabschnitt des Statorpakets gebildet ist. Die Polzahl 2p des Motors legt fest, wie viele Statorzähne und Nuten der Stator besitzt. Die Nuten und Statorzähne erstrecken sich achsparallel. Vorzugsweise wird eine ungerade Anzahl an in Umfangsrichtung äquidistant verteilten Erhebungen gewählt. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die Polzahl 2p des Stators (Anzahl der Statorzähne) gerade ist, und eine gerade Anzahl an Erhebungen, insbesondere eine der Polzahl des Stators entsprechende Anzahl an Erhebungen, je nach Winkelausrichtung des Spaltrohres relativ zum Stators dazu führen könnte, dass zwei sich axial gegenüberliegende Erhebungen, oder, im Falle einer der Polzahl des Stators entsprechenden Anzahl an Erhebungen, schlimmstenfalls alle Erhebungen, zwischen zwei Polen (zwischen zwei Statorzähnen) liegen und sich somit nicht am Stator abstützen. Eine ungerade Anzahl an in Umfangsrichtung äquidistant verteilten Erhebungen verhindert dies.
  • Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Erhebungen axial zu einem anderen Teil der Erhebungen versetzt. So kann beispielsweise ein erster Teil der Erhebungen entlang eines ersten Umfangskreises und ein zweiter Teil der Erhebungen entlang eines zweiten, zum ersten versetzten Umfangskreises angeordnet sein. Die innerhalb eines selben Umfangskreises liegenden Erhebungen sind dann nicht axial versetzt, sondern lediglich umfänglich verteilt, vorzugsweise äquidistant. Beispielsweise können auf zwei Umfangskreisen je drei, fünf oder sieben Erhebungen existieren, d.h. insgesamt also 6, 10 oder 14 Erhebungen. Es können alternativ auch drei Umfangskreise mit je drei, fünf oder sieben Erhebungen existieren, d.h. insgesamt 9, 15 oder 21 Erhebungen.
  • Würden axial zueinander versetzte Erhebungen entlang einer achsparallelen Mantellinie des Spaltrohres angeordnet sein, bestände die Gefahr, dass alle diese Erhebungen in dieselbe Nut gerichtet sind und sich folglich nicht am Stator abstützen können. Die Kartusche würde somit nicht exakt zentriert im Stator angeordnet sein. Um dies zu vermeiden, ist es sinnvoll, wenn zwei axial zueinander versetzte Erhebungen auch in einem Umfangswinkel zueinander versetzt sind. Somit ist gewährleistet, dass selbst wenn eine Erhebung einer Nut gegenüberliegen sollte, die axial nächste oder zumindest übernächste Erhebung wieder einem Statorzahn gegenüberliegt.
  • Sind die Erhebungen äquidistant entlang von zwei oder mehr Umfangskreisen angeordnet, ist es sinnvoll, wenn diese Kreise, d.h. alle Erhebungen auf diesen Kreisen, gegeneinander in einem Umfangswinkel versetzt sind. Selbst wenn es sein kann, dass eine der Erhebungen einer Nut gegenüberliegt, sorgt der Umfangswinkelversatz, dass die axial benachbarte Erhöhung an einem Statorzahn anliegt.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften, Wirkungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert. Die in den Figuren enthaltenen Bezugszeichen behalten von Figur zu Figur ihre Bedeutung. In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen stets dieselben oder äquivalente Komponenten, Bereiche, Richtungs- oder Ortsangaben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe "aufweisen", "umfassen" oder "beinhalten" keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus. Es zeigen:
  • Fig. 1:
    eine Explosionsdarstellung einer Nassläuferpumpe nach dem Stand der Technik
    Fig. 2:
    eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spaltrohres
    Fig. 3:
    einen Ausschnitt eines axialen Querschnitts durch das erfindungsgemäße Spaltrohr
    Fig. 4:
    einen Ausschnitt eines axialen Querschnitts durch die mittels einer dargestellten Erhebung im Stator zentrierte und fixierte Kartusche
  • Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Nassläuferpumpe 1 umfassend eine Pumpeneinheit, von der hier lediglich das Laufrad 4 dargestellt ist, eine dieses antreibende elektromotorische Antriebseinheit 2 und eine Steuerelektronik 3, zur Ansteuerung der Antriebeinheit 2. Die Antriebseinheit 2 besteht aus der Statorbaugruppe 6 und einer als Kartusche 5 bezeichneten weiteren Baugruppe, die den Rotor beinhaltet und axial in die Statorbaugruppe 6 eingeschoben wird bzw. ist. Die Steuerelektronik 3 ist axial an der Statorbaugruppe 6 montiert.
  • Die Statorbaugruppe 6 umfasst das Motorgehäuse 9, in dessen Innenraum der Stator 10 untergebracht ist. Der Stator 10 besteht aus einem geblechten Statorpaket umfassend radial nach innen gerichtete Statorzähne 11, die über einen magnetischen Rückschlussring miteinander verbunden sind, und auf den Statorzähnen 11 montierte Wicklungen 12. Die elektromotorische Antriebseinheit 2 ist hier ein bürstenloser, elektronisch kommutierter Synchronmotor, beispielhaft mit drei Phasen und zwei Wicklungen pro Phase, so dass sechs Statorzähne 11, respektive 6 Wicklungen 12 existieren, die von der Steuerelektronik 3 bestromt werden.
  • Die Kartusche 5 umfasst ein den Rotor vom Stator 10 trennendes Spaltrohr 7, an dessen laufradseitigen Axialende ein Lagerschild 8 angeordnet, beispielswiese befestigt oder mit diesem einstückig ist, wobei im Inneren des Spaltrohres 7 ein mit der Förderflüssigkeit gefüllter Rotorraum vorliegt, in dem der Rotor angeordnet ist. Der Rotor umfasst die Motorwelle und ein damit drehfest verbundenes Rotorpaket 17 (siehe Fig. 4) mit Permanentmagneten, wobei die Motorwelle in Gleitlagern radial gelagert ist, von welchen ein erstes Gleitlager etwa auf axialer Höhe des Lagerschilds 8 oder rotorraumseitig davor angeordnet ist, und ein zweites Gleitlager in einem Lagerträger angeordnet ist, der das Spaltrohr 7 auf dem dem Laufrad 4 abgewandten Axialende verschließt. Die Kartusche 5 umfasst somit auch die Motorwelle, an dessen Ende das Laufrad drehfest befestigt ist, sowie die Gleitlager. Im montierten Zustand der Nassläuferpumpe 1 erstreckt sich die Kartusche 5 mit ihrem Spaltrohr 7 unter Bildung eines radialen Luftspalts 18 (siehe Fig. 4) zum Statorpaket respektive zu den Statorzähnen 11 axial in das Motorgehäuse 9 bzw. den Stator 10 hinein. Mit anderen Worten ist diese Kartusche 5 radial nicht abgestützt, weshalb es im Betrieb der Nassläuferpumpe 1 relativ zum Stator 10 schwingen kann.
  • Figuren 2 und 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Spaltrohr 7, das diesen Nachteil überwindet. Es besitzt hierzu Erhebungen 13, die radial von seiner Mantelfläche bzw. Außenmantel 15 vorstehen, beispielsweise um 0,3 mm. Die Kartusche 5 liegt mit den am Spaltrohr 7 ausgebildeten Erhebungen 13 am Stator 10, genauer gesagt an den Statorzähnen 11 an. Die Erhebungen 13 bilden somit mechanische Stützstellen, die die Kartusche über das Spaltrohr 7 radial fest im Stator 10 halten.
  • Die Außenkontur der Erhebungen 13 ist beulenartig oder sphärisch, so dass die Kontaktfläche zum Stator 10 im Wesentlichen punktförmig ist.
  • Der Übergang der Erhebungen 13 in den Außenmantel 15 ist knickfrei, so dass die über die Erhebungen 13 aufgenommenen Kräfte in das übrige Spaltrohr 7 abgeleitet werden.
  • Das Spaltrohr 7 ist aus Metall, insbesondere Edelstahl, und besitzt eine einheitliche Wandstärke, die auch im Bereich der Erhebungen 13 im Wesentlichen konstant ist. Dies lässt Figur 3 gut erkennen. Die Erhebungen 13 stellen sich somit als Ausbeulungen des Spaltrohres 7 dar. Die Erhebungen 13 sind durch Materialverformung hergestellt, indem ein Stempel, z.B. ein runder, insbesondere kugelförmiger Stempel, das Spaltrohr 7 an den Stellen der zu erzeugenden Erhebungen 13 von seiner Innenseite radial nach außen drückt.
  • Insgesamt trägt das Spaltrohr 7 fünfzehn Erhöhungen 13, wobei jeweils fünf der Erhöhungen 13 äquidistant entlang von drei parallelen Umfangskreisen 14 angeordnet sind. Da sechs Nuten zwischen den Statorzähnen 11 existieren, gewährleistet diese ungerade Anzahl an Erhöhungen 13 pro Umfangskreis 14, dass nicht zwei oder mehr Erhöhungen 13 eines jeweiligen Umfangskreises 14 aufgrund einer entsprechenden Winkellage des Spaltrohres 7 relativ zum Stator 10 versehentlich zwischen den Statorzähnen 11 liegen.
  • Die Umfangskreise 14 sind derart axial zueinander versetzt, dass ein erster, mittlerer Umfangskreis 14 mit Erhöhungen 13 etwa in der axialen Mitte des Spaltrohres 7 liegt, und die beiden anderen Umfangskreise etwa im gleichen Abstand axial vor und hinter dem mittleren Umfangskreis 14 angeordnet sind. Figur 2 veranschaulicht außerdem einen winkligen Versatz zwischen den Erhöhungen 13 benachbarter Umfangskreise. So sind, bezogen auf den mittleren Umfangskreis 14, die Erhöhungen 13 des laufradnahen zweiten Umfangskreises 14 um einen Winkel α1 in die eine Umfangsrichtung und die Erhöhungen 13 des laufradfernen dritten Umfangskreises 14 um einen Winkel α2 in die entgegengesetzte Umfangsrichtung versetzt. Bezugsziffer 16 gibt die Längsachse des Spaltrohres an. Durch den Winkelversatz α1, α2 wird gewährleistet, dass, selbst wenn eine Erhöhung 13 eines Umfangskreises 14 in eine Statornut gerichtet sein sollte, die benachbarte Erhöhung 13 des benachbarten Umfangskreises 14 wieder einem Statorzahn 11 gegenüberliegt und sich an diesem abstützt.
  • Durch die erfindungsgemäßen Erhöhungen 13 ist eine lagesichere Halterung des Spaltrohres 7 im Stator 10 gewährleistet. Es stützt sich mit seinen Erhebungen 13 punktuell am Stator 10 ab und vermag somit keine radiale Relativbewegung mehr zu diesem auszuführen. Eine Vibration der Kartusche 5 wird somit wirksam unterbunden.
  • Die Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines axialen Querschnitts durch die Nassläuferpumpe 1 im montierten Zustand der Kartusche 5, wobei der Schnitt durch eine am Spaltrohr 7 ausgebildete Erhebung 13 verläuft, die an einem Statorzahn 11 des Statorpakets anliegt, um die Kartusche 5 im Stator 10 zentriert zu fixieren. Die Höhe der Erhebungen 13 ist so gewählt, dass eine Mindestüberdeckung zwischen Erhebungen 13 und dem Statorzahn 11 bei allen möglichen Betriebszuständen wie Temperatur- / Druckschwankungen sowie Vibrationen während der gesamten Lebensdauer gewährleistet ist, wodurch die Kartusche nicht mehr die Quelle von Geräuschemissionen ist.
  • Die Höhe der Erhebungen 13 ist so gewählt, dass eine Mindestüberdeckung zwischen Erhebungen 13 und dem Statorzahn 11 bei allen möglichen Betriebszuständen wie Temperatur- / Druckschwankungen sowie Vibrationen während der gesamten Lebensdauer gewährleistet ist, wodurch die Kartusche 5 nicht mehr die Quelle von Geräuschemissionen ist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als "kann", "beispielhaft", "bevorzugt", "optional", "ideal", "vorteilhaft", "gegebenenfalls", "geeignet" oder dergleichen angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
  • Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.

Claims (10)

  1. Nassläuferpumpe (1) mit einem ein Pumpenlaufrad (4) antreibenden Elektromotor (2) umfassend einen Stator (10) mit einem Statorpaket und einen Rotor (17), die voneinander durch ein Spaltrohr (7) getrennt sind, das unter Bildung eines Luftspalts (18) vom Stator (10) beabstandet ist, wobei der Rotor, das Spaltrohr (7) und das Pumpenlaufrad (4) eine Kartusche (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (7) federnde Erhebungen (13) aufweist, mit denen die Kartusche (5) an der Innenseite des Statorpakets zentriert fixiert ist.
  2. Nassläuferpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur von zumindest einem Teil der Erhebungen (13) beulenartig oder sphärisch ist.
  3. Nassläuferpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (13) durch Materialverformung hergestellt sind.
  4. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (7) aus Metall, insbesondere Edelstahl besteht.
  5. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Spaltrohres (7) im Bereich der Erhebungen (13) im Wesentlichen gleich der Wandstärke des Spaltrohres (7) jenseits der Erhebungen (13) ist.
  6. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (13) maximal 0,2mm vom Außenmantel (15) des Spaltrohres (7) weiter hervorsteht, als der Luftspalt (18) breit ist.
  7. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) entlang des Spaltrohrumfangs äquidistant verteilt sind.
  8. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (13) axial zu einem anderen Teil der Erhebungen (13) versetzt ist.
  9. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei axial zueinander versetzte Erhebungen (13) auch in einem Umfangswinkel zueinander versetzt sind.
  10. Nassläuferpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) äquidistant entlang von wenigstens zwei Umfangskreisen (14) angeordnet sind, welche gegeneinander in einem Umfangswinkel versetzt sind.
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