WO2009010047A2 - Stirnzahnradumwälzpumpe - Google Patents

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    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber

Definitions

  • the invention relates to a circulating pump for promoting a heat transfer fluid according to the preamble of the main claim.
  • a circulating pump for promoting a heat transfer fluid according to the preamble of the main claim.
  • the circulation pump of the solar circuit has a large power range.
  • the circulation pump is not only continuously switched on and off, but they also have to cope with significant pressure differences, namely between the relatively high discharge pressure towards the solar collector, or is it exposed to the danger of running dry when the solar collector is out of operation and filled with air in frost.
  • circulating pumps in particular stuffing-box-free pumps are known whose bearings are lubricated by the water they produce.
  • the pump impeller is arranged on a drive shaft of the electric motor and the promotion works on the centrifugal principle of a turbine (DE GM 66 07 928, DE OS 29 41 133 or DE OS 21 56 610).
  • circulating pumps that are used for special functions and higher pressure have this turbine function, for example in the form of a centrifugal pump (DE OS 28 45 246).
  • the invention has the object of further developing a circulating pump of the generic type, d. H. with largely independent performance quality from the fluid system, d. H. in which there is a higher and also continuous working pressure as well as suction pressure.
  • an electrically driven pump with the characteristics described in the characterizing part of claim 1 is known (DE 10 2006 012 481 A1), belongs in the known embodiment to a completely different genus, which serves a completely different purpose. Since such pumps can generate high pressures, they are used primarily in machine tools or high-pressure hydraulic systems, such as in production automation or robots.
  • Stirnierekugelsegment and the claimed embodiments means overcoming the present in the art for circulating pumps bias regarding its expertise, ie expertise of circulating pumps for promoting a heat transfer fluid.
  • the expert of circulating pumps for the promotion of heat transfer fluids of Heating systems or solar panels always starts from the centrifugal pumps described above, although he the problems, especially in the transport of heat transfer fluid in solar panels, known.
  • the circulating pump according to the invention has over the above-mentioned prior art, especially the advantage that the required for a good control delivery pressure of the heat transfer fluid can be kept substantially constant, or thereby the circulation can be controlled better targeted, either by speed control or can be done by bypass control.
  • a significant advantage of the inventive pump over the prior art is also that the promotion causing Stirnierekugelsegmente are each stored separately and thus not burden the storage of the electric motor shaft in addition.
  • the motor housing and the pump housing on the sides facing each have a flange, via which they are connected to each other.
  • This type of construction has above all the usual advantage that the pump housing is mounted stationary and in case of damage by easy removal of the drive motor is a corresponding access to the circulation pump.
  • the electric motor is designed as a gap motor, wherein between the flanges a motor interior final plate is clamped. The use of such a separating plate is known per se and avoids the open access of the heat transfer fluid to be conveyed into the region of the permanent magnet of the electric motor.
  • the drive steeply and / or driven down steeply on the side facing away from the pump chamber on a journal, wherein the bottom bearing ring-shaped has a central bearing bore for receiving the journal.
  • the pump housing may be cup-shaped according to an additional embodiment of the invention with a sloping to its central axis bottom for receiving the bottom bearing of the driven part.
  • the drive part of the pump runs in a coaxially arranged with the shaft of the electric motor plain bearing bush, which is clamped by a retaining ring to a pump inlay.
  • FIG. 1 shows a circulating pump according to the invention in longitudinal section.
  • Fig. 2 shows the pump part without electric motor in comparison with Figure 1 reduced scale.
  • Fig. 3 is a view in the circulating pump according to the arrow I in Fig. 2 and
  • FIG. 4 is a view of the circulating pump from the outside according to the arrow II in Fig. 2nd
  • a trochoidenverierete circulating pump 1 is driven by an electric gap motor 2, wherein the electric gap motor 2, which is known in many ways, is shown only very simplified.
  • electric current coil part 3 hydraulically separated by seals 4
  • the motor rotor 6 has a shaft 8 running in bearings 7, wherein the bearings 7 are arranged in carrier rings 9. Between these support rings 9 and the inner space 5 delimiting the can 10, the seals 4 are arranged.
  • the support rings 9 are supported in each case by the electric motor and its current-carrying coil, not shown surrounding housing 1 1, wherein to the circulation side, a support plate 12 is arranged, which also forms the connection of the one carrier ring to the motor housing 11 and at the same time serves as a repository for the one seal 4.
  • the other bearing ring 9 is connected directly to the motor housing 11 and also serves directly as a reversion for the other seal. 4
  • Such circulating pump-driving electric motors are known in various ways, as stated at the outset.
  • a splitting motor at a heat transfer fluid pump in the manner of a Stirnierekugelpumpe.
  • the housing 15 is preferably made of plastic to more easily the desired varied shape, for example in Spritzgu ssvon to produce.
  • the housing 15 is connected with its flange 14 via screws 16 only partially shown with the flange-like extension 13 of the motor housing 11 of the electric motor 2.
  • the circulating pump advantageously forms a unit per se, which is retained even when the electric motor 2 is removed.
  • This is an externally cylindrical formed inlay 17, which is arranged in the housing 15 fitting and in which are supported by plain bearing bushings 18 and 19, a pump driving part 20 and a Pumpenabtriebsteil 21 are arranged to rotate.
  • the pump drive member is interposed with a coupling 22 of the shaft 8 of the Electric motor driven.
  • Front tooth ball pump d. H. Number of intermeshing spur teeth of one part is larger by one tooth than the other part, thereby to achieve the medium promoting Relatiwerwolf the two parts.
  • FIGs. 2 to 4 the simple construction of this pump according to the invention is shown - but without the drive motor.
  • the housing 15 has the flange 14 with openings 26 for the mentioned to Fig. 1 screws 16.
  • the retaining ring 23 and the screws 24 clamp the plain bearing bushing 18 on the housing 15 while clamping the inlay 17.
  • the coupling referred to Fig. 1 22 engages in a driving opening 27 of the drive part 20th
  • Fig. 4 it is especially recognizable that serve for the connection for the heat transfer fluid two threads clip 27 and that for stationary attachment of the circulation pump, a mounting block 28 is arranged with an internal thread, not shown on the housing 15. All in the description, the following claims and the drawings illustrated features may be essential to each other, both individually and in any combination with each other.

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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.
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