EP4229300A1 - Laterne mit thermischer trennwirkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit einer Laterne (1). Die Laterne (1) verbindet ein Pumpengehäuse (3) und ein Motorgehäuse (7) miteinander. Innerhalb der Laterne (1) ist mindestens eine Wärmeleitbarriere (12) angeordnet.

Description

Beschreibung

Laterne mit thermischer Trennwirkung

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit einer Laterne, die ein Pumpengehäuse und ein Motorgehäuse miteinander verbindet.

Eine solche Pumpenanordnung kann beispielsweise eine Kreiselpumpenanordnung sein. Kreiselpumpen beruhen auf dem Wirkprinzip der Energieübertragung an ein Fluid durch Dralländerung infolge eines Drehmoments, das von einem gleichförmig rotierenden Laufrad auf das durch dieses strömende Fluid ausgelöst wird.

Meistens werden Kreiselpumpen durch Elektromotoren angetrieben. Neben diesem elektrischen Antrieb werden in der Kreiselpumpentechnik auch Kolbenkraftmaschinen als Antrieb verwendet. Dabei erzeugen Elektromotoren ein gleichförmiges Drehmoment. Der Elektromotor ist ein elektromechanischer Energiewandler, der elektrische in mechanische Energie wandelt. Je nachdem, in welcher Form die elektrische Energie verfügbar ist, kommen Gleichstrommotoren, Wechselstrom- oder Drehstrommotoren zum Einsatz. In der Regel wird die elektrische Energie hierbei in eine Rotationsbewegung umgewandelt.

Der eine Kreiselpumpe antreibende Elektromotor wird meist über eine Laterne in einem bestimmten Abstand mit der Pumpe verbunden. Die Motorantriebswelle tritt dabei mittig durch Öffnungen in den beiden Flanschen bzw. Deckeln zur Befestigung am Motor und am Pumpengehäuse hindurch. Laternen werden üblicherweise durch Gießen hergestellt.

Eine solche Laterne und ein entsprechendes Herstellungsverfahren sind beispielsweise in der EP 1 038 611 A2 beschrieben. Die Art und die Anzahl der beschriebenen Verbindungsstege ermöglichen eine besonders stabile Ausführung einer Laterne.

Bei Pumpenanordnungen, die zur Förderung von Fluiden mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, kann es zu einem hohen Wärmeeintrag ausgehend vom Pumpengehäuse in Richtung Elektromotor kommen. Das kann zu mehreren Problemen am Elektromotor führen. Hohe Temperaturen reduzieren den Wirkungsgrad der Energieumwandlung. Die Bauteile des Motors, insbesondere die Wicklungen des Stators und des Rotors werden thermisch belastet, wodurch deren Lebensdauer verkürzt werden kann. Möglicherweise reduziert die Elektromotorregelung die Leistungsaufnahme sowie die Drehzahl, um eine Überhitzung des Elektromotors zu verhindern, wodurch die Pumpe nicht mehr im gewünschten Betriebsbereich arbeiten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laterne als Verbindungselement zwischen Pumpengehäuse und Antriebsmotor bereitzustellen. Dieses Verbindungselement soll die Wärme, die beim Fördern von heißen Fluiden vom Pumpengehäuse ausgeht, möglichst geringfügig in Richtung Motor leiten. Weiterhin soll sich das Verbindungselement durch eine kompakte Bauform auszeichnen. Der Austausch von Ersatzteilen sollte durch die Konstruktion des Verbindungselements begünstigt sein. Das Verbindungselement sollte einfach und kostengünstig realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpenanordnung mit einer Laterne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.

Gemäß der Erfindung ist innerhalb der Laterne mindestens eine Wärmeleitbarriere angeordnet. Eine solche Wärmeleitbarriere ist besonders vorteilhaft, um ein Pumpengehäuse, das von einem heißen Fluid durchströmt wird, vom Antriebsmotor thermisch zu entkoppeln. Dies schützt insbesondere den Motor sowie die darin verbauten Teile und realisiert den Betrieb der Pumpe im gewünschten Betriebsbereich.

Idealerweise ist in allen mittigen Axialschnitten mindestens eine Wärmeleitbarriere angeordnet. Dadurch ist eine thermische Entkopplung des Pumpengehäuses vom Motorgehäuse erreicht, da die Wärme nicht über eine direkte axiale Verbindung zwischen den Gehäusen geleitet werden kann.

Vorteilhafterweise ist eine solche Wärmeleitbarriere als Materialaussparung ausgeführt. Den Raum einer Materialaussparung nimmt in aller Regel Luft ein, die als besonders guter Isolator bekannt ist und somit eine Barriere für die Wärmeleitung darstellt. In einer alternativen Variante der Erfindung könnte eine solche Wärmeleitbarriere auch in Form eines besonders schlecht wärmeleitfähigen Materials, wie beispielsweise einem Material auf keramischer Werkstoffbasis, ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß verbindet die Laterne das Pumpengehäuse und das Motorgehäuse unmittelbar. Prinzipiell ist kein weiteres Bauteil zur Herstellung dieser Verbindung notwendig. Eine Reduktion der Bauteilanzahl ist meist vorteilhaft für die Reduktion der Herstellungskosten.

Die Laterne ist vorzugsweise zylinderförmig und/oder trompetentrichterförmig ausgebildet. Diese räumliche Ausbildung ist besonders vorteilhaft, um eine zusätzliche Kühlung der Laterne durch den Kühlluftstrom, der vom Motorlüfter erzeugt wird, zu erzielen. In einer alternativen Variante der Erfindung kann die Laterne auch konusförmig und/oder quaderförmig ausgebildet sein.

In einer Variante der Erfindung ist die Laterne einstückig mit dem motorseitigen Druckdeckel des Pumpengehäuses und/oder einstückig mit dem pumpenseitigen Motordeckel ausgebildet. Vorteilhafterweise kann somit die Laterne besonders kompakt ausgeführt werden und ermöglicht eine Pumpenanordnung mit Abmaßen, die auch an Aufstellorten mit eingeschränkten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann. Gemäß der Erfindung beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Laternenmaterials weniger als 400 W/m K, vorzugsweise weniger als 300 W/m K, insbesondere weniger als 250 W/m K, und/oder mehr als 10 W/m K, vorzugsweise mehr als 20 W/m K, insbesondere mehr als 30 W/m K. Vorzugsweise wird die Laterne aus Grauguss oder Aluminium mittels Gussverfahren gefertigt.

Idealerweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitbarriere weniger als 20 W/m K, vorzugsweise weniger als 15 W/m K, insbesondere weniger als 10 W/m K, und/oder mehr als 0,002 W/m K, vorzugsweise mehr als 0,05 W/m K, insbesondere mehr als 0,1 W/m K.

Gemäß der Erfindung beträgt die Breite der Materialaussparung mehr als 0,5 mm, vorzugsweise mehr als 1 mm, insbesondere mehr als 1 ,5 mm, und/oder weniger als 30 mm, vorzugsweise weniger als 25 mm, insbesondere weniger als 20 mm. Vorteilhafterweise beträgt die Materialdicke der Laterne mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 2 mm, insbesondere mehr als 3 mm, und/oder weniger als 14 mm, vorzugsweise weniger als 12 mm, insbesondere weniger als 10 mm. Die erfindungsgemäße Laterne zeichnet sich durch eine schlanke Bauform mit überschaubarem Materialeinsatz bei gleichzeitig stabiler sowie schwingfester Ausführung aus.

Erfindungsgemäß ist die Laterne pumpenseitig und/oder motorseitig als Lagerträger ausgebildet. Dies führt zu einer besonders kompakten Bauweise der Laterne und gleichzeitig zur Reduktion des Montageaufwands durch Verringerung der Teileanzahl.

Die erfindungsgemäße Laterne zeichnet sich durch eine kompakte, axiale Bauweise aus, bei der die gesamte Strecke der Wärmeleitung durch das Einfügen von Materialaussparungen verlängert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.

Dabei zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kreiselpumpeneinheit,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Laterne,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Laternenausführung,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer dritten Laternenausführung,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Laternenausführung.

Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung mit einer Laterne 1 , die ein Pumpengehäuse 3 und ein Motorgehäuse 7 miteinander verbindet. Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Kreiselpumpe wird zum Fördern von Fluiden eingesetzt, die unter Umständen hohe Temperaturen aufweisen können.

Durch einen Saugmund 2 tritt das Fluid in das Pumpengehäuse 3 der Kreiselpumpe ein. Innerhalb des Pumpengehäuses 3 ist das Laufrad 4 angeordnet. Das Laufrad 4 überträgt kinetische Energie auf das Fluid, das über den in dieser Abbildung nicht dargestellten Druckstutzen die Kreiselpumpe verlässt. Der mit Fluid und dem Laufrad 4 gefüllte Raum wird von einem Pumpengehäuse 3 und einem Gehäusedeckel 5 begrenzt. Das Laufrad 4 ist drehfest mit einer Welle 9 verbunden, die das Laufrad 4 mittels einer Motoranordnung 13 antreibt. Die Motoranordnung 13 umfasst einen Rotor 10, einen Stator 8, die Welle 9, einen pumpenseitigen Motordeckel 6 und ein Motorgehäuse 7. Im Motordeckel 6 ist ein Lagerträger angeordnet, der ein Lager 11 trägt.

Anhand der Darstellung der Laterne 1 in Fig. 1 ist deutlich ersichtlich, dass in allen mittigen Axialschnitten eine Wärmeleitbarriere 12 zwischen dem Pumpengehäuse 3 und dem Motorgehäuse 7 realisiert ist. Eine solche Wärmeleitbamere 12 ist in der Form ausgebildet, dass keine direkte axiale Verbindung zwischen den Gehäuseteilen besteht, was wiederum die Gehäuse 3 und 7 stärker thermisch entkoppelt. Auf diese vorteilhafte Weise ist die Strecke der Wärmeleitung radial enorm verlängert, ohne die axiale Baulänge der Laterne 1 zu vergrößern.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Laterne 1. Die Verbindungsplatte 15 zum Anschluss an den hier nicht dargestellten Motordeckel 6 ist mit Verbindungsstegen 14 mit der Verbindungsplatte 16 zum Anschluss an den ebenfalls nicht dargestellten Gehäusedeckel 5 des Pumpengehäuses 3 verbunden. Die Laterne 1 weist mehrere Wärmeleitbarrieren 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Matenalaussparungen ausgebildet sind. In einer alternativen Variante könnte die Wärmeleitbarriere auch als ein schlecht wärmeleitfähiges Material ausgeführt sein. Die Verbindungsstege 14 verhindern ein Eingreifen in die sich drehende Welle 9. Durch die konstruktive Gestaltung der Verbindungsstege 14 ist eine Laterne 1 realisiert, die auf möglichst kurzem axialem Bauraum einen äußerst langen umfänglichen Weg der Wärmeleitung bereitstellt. Der vom nicht dargestellten Motorlüfter erzeugte Kühlluftstrom, der über die Kühlrippen des Motorgehäuses 7 Richtung Laterne 1 strömt, kann zusätzlich zur Wärmeleitbarriere 12 die von den Verbindungsstegen 14 vom Pumpengehäuse 3 ausgehend geleitete Wärme abführen, so dass am Motordeckel 6 ein äußerst geringfügiger Wärmeeintrag ankommt. Durch die besonders vorteilhafte Konstruktion der Laterne 1 sind das Pumpengehäuse 3 und die Motoranordnung 13 thermisch stärker entkoppelt.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführung der Laterne 1. Die Verbindungsplatte 15 zum Anschluss an den hier nicht dargestellten Motordeckel 6 ist mit Verbindungsstegen 14 mit der Verbindungsplatte 16 zum Anschluss an den ebenfalls nicht dargestellten Gehäusedeckel 5 des Pumpengehäuses 3 verbunden. Die Laterne 1 weist mehrere Wärmeleitbarrieren 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Materialaussparungen ausgebildet sind. In dieser Ausführungsvariante der Erfindung sind die Verbindungsstege 14 als zylinderförmiges Bauteil ausgebildet, die über vier kleine Verbindungselemente jeweils mit den Verbindungsplatten 15 und 16 einstückig ausgebildet sind. Die Materialaussparungen sind jeweils zwischen den kleinen Verbindungselementen sowie zwischen dem zylinderförmigen Bauteil und der Verbindungsplatte 16 sowie dem zylinderförmigen Bauteil und der Verbindungsplatte 15 angeordnet. Vorteilhafterweise ist mittels dieser Variante der Laterne 1 die Motoranordnung 13 vom Pumpengehäuse 3 thermisch entkoppelt und gleichzeitig ist die Laterne 1 besonders stabil sowie schwingfest ausgeführt.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Laterne 1. Die Verbindungsplatte 15 zum Anschluss an den hier nicht dargestellten Motordeckel 6 ist mit Verbindungsstegen 14 mit der Verbindungsplatte 16 zum Anschluss an den ebenfalls nicht dargestellten Gehäusedeckel 5 des Pumpengehäuses 3 verbunden. Die Laterne 1 weist eine Vielzahl an Wärmeleitbarrieren 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Matenalaussparungen ausgebildet sind. Die Laterne 1 der Fig. 4 entspricht der Laterne 1 aus Fig. 3. Dabei ist zusätzlich das zylinderförmige Bauteil mit weiteren axial angeordneten Wärmeleitbarrieren 12 in Form von Matenalaussparungen versehen. Dadurch ist die radiale und/oder axiale Strecke der Wärmeleitung vom Pumpengehäuse 3 in Richtung Motoranordnung 13 verlängert, ohne die axiale Länge der Laterne 1 zu vergrößern.

Dabei beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Laternenmaterials weniger als 400 W/m K, vorzugsweise weniger als 300 W/m K, insbesondere weniger als 250 W/m K, und/oder mehr als 10 W/m K, vorzugsweise mehr als 20 W/m K, insbesondere mehr als 30W/m K. Die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitbarriere 12 beträgt hierbei weniger als 20 W/m K, vorzugsweise weniger als 15 W/m K, insbesondere weniger als 10 W/m K, und/oder mehr als 0,002 W/m K, vorzugsweise mehr als 0,05 W/m K, insbesondere mehr als 0,1 W/m K.

Die Breite der Wärmeleitbarriere 12, die in diesem Ausführungsbeispiel als Matenalaussparung ausgeführt ist, beträgt mehr als 0,5 mm, vorzugsweise mehr als 1 mm, insbesondere mehr als 1 ,5 mm, und/oder weniger als 30 mm, vorzugsweise weniger als 25 mm, insbesondere weniger als 20 mm. Die Materialdicke der Laterne 1 beträgt mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 2 mm, insbesondere mehr als 3 mm, und/oder weniger als 14 mm, vorzugsweise weniger als 12 mm, insbesondere weniger als 10 mm.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Laterne 1. Die Verbindungsplatte 15 zum Anschluss an den hier nicht dargestellten Motordeckel 6 ist mit Verbindungsstegen 14 über eine hohlzylinderförmige Hülse 17 und weiteren Verbindungsstegen 14 mit der Verbindungsplatte 16 zum Anschluss an den ebenfalls nicht dargestellten Gehäusedeckel 5 des Pumpengehäuses 3 verbunden.

Die Laterne 1 weist mehrere Wärmeleitbarrieren 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Matenalaussparungen ausgebildet sind. In einer alternativen Variante könnte die Wärmeleitbarriere auch aus einem schlecht wärmeleitfähigen Material ausgeführt sein. Die Verbindungsstege 14 und die hohlzylinderförmige Hülse 17 verhindern ein Eingreifen in die sich drehende Welle 9 und leiten die Kräfte vom Motorgehäuse 7 in den Standfuß der Pumpe, die durch die Masse der Motoranordnung 13 wirken. Dazu ist die hohlzylinderförmige Hülse 17 in der gezeigten Ausführung zusätzlich um zwei Ausformungen 18 verstärkt.

Die Wärmeleitbameren 12, die neben den Verbindungsstegen 14 angeordnet sind, begrenzen die Wärmeleitung auf ein Minimum und verlängern den Weg der Wärmeleitung von der Verbindungsplatte 16 in Richtung der Verbindungsplatte 15 insbesondere durch die radial nach innen ausgerichtete Erstreckung der Verbindungsstege 14.

Die quaderförmige Verbindungsplatte 16 ist mit abgerundeten Ecken ausgebildet, wobei die Verbindungsstege 14 jeweils mittig ansetzen und sich strebenartig, radial nach innen erstrecken. Die hohlzylinderförmige Hülse 17 weist zusätzliche Wärmeleitbarrieren 12 in Form von Matenalaussparungen auf, die zu einem verlängerten Weg der Wärmeleitung führen und dadurch das Pumpengehäuse 3 und das Motorgehäuse 7 thermisch nahezu entkoppeln.

Der vom nicht dargestellten Motorlüfter erzeugte Kühlluftstrom, der über die Kühlrippen des Motorgehäuses 7 Richtung Laterne 1 strömt, kann zusätzlich zu den Wärmeleitbarrieren 12 die von den Verbindungsstegen 14 vom Pumpengehäuse 3 ausgehend geleitete Wärme abführen, so dass am Motordeckel 6 ein äußerst geringfügiger Wärmeeintrag ankommt.

Claims

9

Patentansprüche

Laterne mit thermischer Trennwirkung Pumpenanordnung mit einer Laterne (1 ), die ein Pumpengehäuse (3) und ein Motorgehäuse (7) miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Laterne (1 ) mindestens eine Wärmeleitbarriere (12) angeordnet ist. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in allen mittigen Axialschnitten mindestens eine Wärmeleitbarriere (12) angeordnet ist. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitbarriere (12) als Materialaussparung ausgeführt ist. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laterne (1 ) das Pumpengehäuse (3) und das Motorgehäuse (7) unmittelbar verbindet. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laterne (1 ) zylinderförmig und/oder trompetentrichterförmig und/oder ko- nusförmig und/oder als Körper mit vieleckiger Grundfläche ausgebildet ist. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laterne (1 ) einstückig mit dem motorseitigen Druckdeckel (5) des Pumpengehäuses (3) ausgebildet ist. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laterne (1 ) einstückig mit dem pumpenseitigen Motordeckel (6) ausgebildet ist. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Laternenmaterials weniger als 400 W/m K, vorzugsweise weniger als 300 W/m K, insbesondere weniger als 250 W/m K, und/oder mehr als 10 W/m K, vorzugsweise mehr als 20 W/m K, insbesondere mehr als 30 W/m K beträgt. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitbarriere (12) weniger als 20 W/m K, vorzugsweise weniger als 15 W/m K, insbesondere weniger als 10 W/m K, und/oder mehr als 0,002 W/m K, vorzugsweise mehr als 0,05 W/m K, insbesondere mehr als 0,1 W/m K beträgt. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Materialaussparung mehr als 0,5 mm, vorzugsweise mehr als

1 mm, insbesondere mehr als 1 ,5 mm, und/oder weniger als 30 mm, vorzugsweise weniger als 25 mm, insbesondere weniger als 20 mm beträgt. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke der Laterne (1 ) mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als

2 mm, insbesondere mehr als 3 mm, und/oder weniger als 14 mm, vorzugsweise weniger als 12 mm, insbesondere weniger als 10 mm beträgt. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laterne (1 ) pumpenseitig als Druckdeckel und/oder motorseitig als Lagerträger ausgebildet ist. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegstrecke für die Wärmeleitung über die radiale Umlenkung hinaus 11 durch mindestens einen Abschnitt mit entgegengesetzter axialer Wegstrecke verlängert wird.