Flüssigkeitspumpe nait Elektromotorenantrieb Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe mit Elektromotorenantrieb, insbesondere für Zentralhei- zungs- und Warmwasserversorgungsanlagen, mit einer für die Rotoren des Motors und der Pumpe gemein samen, beidseitig gelagerten Nassläuferwelle sowie mit einem zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors angeordneten Spaltrohr.
In bekannten Pumpen der erwähnten Art ist die Läuferwelle entweder eine übliche massive Welle, die in Gleitlagern im Pumpengehäuse gelagert ist, oder eine Rohrwelle, die auf einer stationären Trägerwelle gelagert ist. Bei diesen beiden Lagerkonstruktionen ist es in Praxis schwierig, das Spiel in den zylindri schen Gleitlagern so klein wie an sich wünschenswert zu halten, weil dann Unreinheiten in der Pumpen flüssigkeit, wie Rost, Zunderreste und abgelagerter Kalle sich in den Lagern festsetzen können und da durch den Rotor blockieren, so dass die Lager flächen beschädigt werden.
Bei Zirkulationspumpen in Hausinstallationen sind solche Betriebsstörungen besonders nachteilig, weil bei solchen Installationen normalerweise kein sachkundiges Bedienungspersonal zur Beaufsichtigung der Anlage vorhanden ist.
Die Erfindung bezweckt, den aufgezeigten Schwie rigkeiten und Nachteilen bei den bekannten Pumpen abzuhelfen, und dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Lagerung der Läuferwelle an beiden Wellenenden aus einem Spitzenlager als einzigem wellenunterstützendem Organ besteht, und dass der stationäre Teil des einen Spitzenlagers in einer nach giebigen Membran montiert ist, während der stationäre Teil des anderen Spitzenlagers relativ zum Pumpen gehäuse axial fixiert ist.
Hierdurch wird in besonders einfacher und billiger Weise eine Lagerung geschaffen, bei der die Neigung der Welle sich auf Grund von Unreinheiten in der Pumpenflüssigkeit festzusetzen wesentlich herabgesetzt wird, wodurch die Betriebssicherheit der Pumpe er höht wird. Der relativ grosse spezifische Lagerdruck wirkt effektiv dem Eindringen von Fremkörpern, wie Rost oder Kalk, zwischen die Lagerflächen entgegen, und falls ein solcher Fremdkörper trotzdem in das Lager eindringen sollte, wird der Lagerdruck oft im stande sein, ihn zu Pulver zu zerdrücken, das weniger dazu geneigt ist, die Welle zu blockieren.
Gleich gültig, ob der Fremkörper zerdrückt wird oder nicht, werden die Lagerflächen sich vorübergehend von einander entfernen dank der Federwirkung der Mem bran, wonach der Fremdkörper bzw. das Pulver in folge der von der Lagerspitze wachsenden Umfangs geschwindigkeit der rotierenden Lagerkomponente aus dem Lager herausgeführt wird, ohne dass der Betrieb der Pumpe hierdurch gestört wird.
Die von der Vorspannung der Membran hervor gerufene axiale Vorbelastung auf die Läuferwelle sichert, dass die Auflage in den Lagern beibehalten wird, auch bei Längenänderungen der Welle. Die Verwendung einer elastischen Membran zur Herstel lung der Vorbelastung auf die Welle hat den weiteren Vorteil, dass die Membran leicht mit einer ent sprechenden, relativ niedrigen Federsteifigkeit bzw. Federkonstante ausgeführt werden kann, so dass die Federkraft bei Längenänderungen nur wenig variiert, ob diese Längenänderungen von Lagerverschleiss oder von einer vorübergehenden gegenseitigen Verschie bung der Lagerflächen wie oben erwähnt herrühren.
Im Vergleich mit einer Schraubenfeder hat die Membran den weiteren Vorteil, dass die Welle am Umfang der Membran zentriert wird, und dass der Lagerteil an der Membran befestigt sein kann, wäh rend man bei Verwendung einer Schraubenfeder zur Belastung des einen Lagerteils diesen Lagerteil ver- szliiebbar anordnen muss in einer zentrierenden Füh rung, und für diese Führung entstehen dann Probleme entsprechend den oben genannten Problemen bei Wellen, die in zylindrischen Gleitlagern geführt sind, und zwar dass der Lagerteil sich in der Führung festsetzen kann.
Selbst bei völliger Blockierung oder Bremsen der Welle durch einen eindringenden Fremd körper behält die Membran ihre Federkraft und sichert dadurch die gegenseitige Auflage der Lager flächen unter Druck, während die Federkraft einer Schraubenfeder bei einer Lagerung wie eben ange deutet verschwinden oder wesentlich abnehmen wird, wenn die zentrierende Führung blockiert wird.
In dem vorliegenden Zusammenhang umfasst der Ausdruck "Spitzenlager" jedes Lager, dessen zusam menwirkende Lagerflächen ganz oder im wesentlichen kegelig sind. Somit kann eine der Lagerflächen eine schwach gekrümmte Erzeugende haben.
Die Membran kann vorteilhaft so hergestellt sein, dass sie in unbelastetem Zustand gewölbt ist und nach der Montage in entgegengesetzter Richtung etwas über ihre ebene Stellung hinaus deformiert ist. Durch geeignete Wahl der Deformationen der Mem bran lässt sich erreichen, dass die Stellung der Mem bran - die nach dem allmählichen Verschleiss der Lager variiert - in der ganzen Lebensdauer der Pumpe fast eben ist, welches zu einem Mindestmass von Durchmesseränderung für die Membran führt und deshalb engere Toleranzen zwischen der Mem bran und dem Pumpengehäuse ermöglicht. Somit wird ein gutes Zentrieren mit Beibehalten der axialen Beweglichkeit des Lagers erreicht.
Wenn die Membran ausserdem an dem Ende der Pumpe liegt, wo der Pumpenrotor angeordnet ist, wird die Wirkung des Spiels zwischen der Membran und dem Gehäuse auf das Zentrieren des Motorenrotors weiterhin herab gesetzt.
Der stationäre Teil des Spitzenlagers kann an dem jenigen Ende der Welle, an dem der Motorenrotor liegt, am Ende eines im Spaltrohr befestigten Zapfens montiert sein, der flüssigkeitsdicht durch das Stator- gehäuse geführt ist und der ausserdem an einer innen im Spaltrohr dicht am Motorenrotor befestigten, durchbohrten Stützwand befestigt ist, wobei der Zap fen eine axiale Bohrung hat, die durch mindestens eine Querbohrung mit der Kammer zwischen der End- wand des Spaltrohrs und der Stützwand in Verbin dung steht.
Hierdurch wird erstens eine besonders steife Unterstützung des Zapfens, worin die Welle gelagert ist, erreicht und zweitens wird das Schmieren des Lagers dadurch gesichert, dass die Flüssigkeit in der genannten Kammer Zutritt zum äusseren Ende des Lagers hat, was besonders beim Start des Motors von Bedeutung ist.
Eine Indikation der Pumpenrotation kann auf ein fache Weise dadurch erreicht werden, dass die axiale Bohrung im Zapfen an ihrem äusseren Ende durch ein axial verschiebbares Entlüftungsorgan geschlossen ist, wobei das Entlüftungsorgan aus einem nach innen öffnenden Ventilkörper besteht, welche eine Verlänge rung hat, die in geschlossener Stellung des Organs < ungefähr bis zum Wellenende reicht, und sowohl diese Verlängerung als auch das Wellenende schräg abge schnitten sind.
Bei einer kleinen Verschiebung des Entlüftungsorgans nach innen, die nur unwesentliches Ausdrängen von Flüssigkeit mit sich führt, kommt dessen Ende in Kontakt mit dem Wellenende, und wenn die Welle rotiert, wird dies durch die Bewegung restgestellt werden können, die hierdurch dem Ent lüftungsorgan zugeteilt wird.
Die Erfindung wird in folgendem beispielsweise unter Hinweis auf die schematische Zeichnung näher erklärt, auf welcher: Fig. 1 einen Seitenriss, teilweise im Schnitt, einer bevorzugten Ausführungsform der Pumpe gemäss der Erfindung zeigt; Fig. 2 eine entsprechende Ansicht einer geänderten Ausführungsform, und Fig. 3 einen Schnitt durch eine geänderte Aus führungsform des einen Wellenlagers der in Fig. 1 gezeigten Pumpe.
Die in Fig. 1 gezeigte Pumpe umfasst ein Gehäuse 1, das in üblicher Weise einen Eintritts- und einen Austrittsflansch hat, womit die Pumpe mit ent sprechenden Flanschen am Rohrsystem der Anlage angeschlossen wird. Die Eintrittsöffnung der Pumpe ist mit 2 bezeichnet und deren Austrittsöffnung mit 3. Die Pumpe hat ein rotierendes Schaufelrad 4, das an einer Welle 5 befestigt ist, die ebenfalls einen Rotor 6 für den Pumpenmotor trägt, der nur ganz schematisch gezeigt ist, da dessen elektrische Aus bildung die Erfindung nichts angeht.
Das Statorpaket 7 des Elektromotors ist innen im Statorgehäuse 8 montiert, das schematisch mit einem Klemmenkasten 9 gezeigt ist, und das abnehmbar am Pumpengehäuse 1 befestigt ist, indem es mit einem zylindrischen Ansatz über einen Kragen am Gehäuse 1 passt. Die Befestigung ist weiterhin mittels Gewinde stiften 10 gesichert. Der innen zylindrisch abgedrehte Stator 7 passt dicht über einen Mantel 11, der den Stator 7 vom Rotor 6 trennt. Der Mantel 11 ist dicht in einem Zwischenring 12 befestigt, der im Pumpen gehäuse 1 festgeschraubt ist.
Im Bereich zwischen dem Stator 7 und dem Rotor 6 ist der Mantel von ganz geringer Materialstärke aus Rücksicht auf mög lichst geringe elektrische und magnetische Verluste im Zwischenraum.
Jedes Ende der Welle 5 ist im stationären Teil der Pumpe mittels einer feingeschliffenen Spitze 13 bzw. 14 gelagert, die vorzugsweise von Einsätzen von Hartmetall, die im Wellenende eingelassen sind, ge bildet ist. Die Spitze 13 wirkt mit einer Lagerbuchse 15 verzugsweise ebenfalls aus Hartmetall, zusammen, die einen innen konischen Lagersitz hat und in der Mitte einer gewölbten, kreuzförmigen, nachgiebigen, im Boden des Pumpengehäuses 1 angeordneten Mein- bran 16 befestigt ist. Die Spitze 14 wirk ebenfalls mit einem innen konischen Lagersitz in einem Einsatz 17 zusammen, der am Ende eines zylindrischen, durch bohrten Zapfens 18 befestigt ist, der flüssigkeitsdicht, z. B. durch Lötung, mit dem Stirnteil 11a des Mantels 11 verbunden ist.
Zur weiteren Sicherung des Zen trierens des Zapfens 18 gegenüber dem Mantel 11 ist er an einem Zwischenboden 19 befestigt, der in den Mantel 11 dicht passt und unmittelbar oberhalb des Rotors 6 liegt. Der Zapfen 18 wird ausserdem von einer zylindrischen Bohrung 20 in der Endwand 3a des Statorgehäuses 8 geführt.
Die Länge der Welle 5 ist so bemessen, dass die Membran 16 einen passenden Axialdruck auf die Welle ausübt. Für Zirkulationspumpen der in Zen tralheizung- und Warmwasserinstallationen allgemein angewendeten Grössenordnung hat sich ein Axial druck von ca. 2-10 kg beim Montieren der Pumpen welle als zufriedenstellend gezeigt. Die Membran 16 ist so hergestellt, dass sie in spannungsfreiem Zu stand in entgegengesetzter Richtung wie die in Fig. 1 gezeigte gewölbt ist, und bei der Montage wird die Membran somit an ihrer ebenen Stellung zur gezeigten Montagestellung vorbeigedrückt, wo deren Wölbung im übrigen der Anschaulichkeit halber übertrieben gezeigt ist.
In Praxis wird die Wölbung nur ca. 1 mm betragen. Da der normale Verschleiss der Lager wäh rend der Lebensdauer der Pumpe selten ca. 2 mm übersteigt, wird die Membran 16 selbst nach langer Zeit stets noch ungefähr eben sein, so dass deren Aussendruchmesser nur unwesentlich geändert wird. Das bedeutet, dass die Membran mit verhältnismässig kleinem Durchmesserspiel im Gehäuse 1 montiert werden kann, und da die Membran ausserdem ent gegengesetzt dem Ende der Welle 5 liegt, wo der Motorenrotor 6 angeordnet ist, wird ihre Zentrierung im Verhältnis zum Stator 7 nur unwesentlich von Bewegung und Spiel der Membran beeinflusst.
Der Zapfen 18 hat eine zentrale Durchbohrung 21, die oben mit einer an sich bekannten Entlüftungs schraube 22 geschlossen ist. Querbohrungen 23 im Zapfen 18 stellen Verbindung zwischen dessen Boh rung 21 und dem Zwischenraum zwischen dem Stirn teil lla des Mantels 11 und dem Zwischenboden 19 her, und dieser Raum steht ausserdem durch nicht gezeigte Durchlöcherungen im Boden 19 in Verbin dung mit dem flüssigkeitsgefüllten Raum innen im Mantel 11, wo der Rotor 6 liegt. Auf diese Weise ist die Zufuhr von Schmierflüssigkeit zum äussersten Ende der Spitze 14 stets gesichert.
Um zu verhindern, dass Flüssigkeit beim Entlüften der Pumpe mittels der Schraube 22 ins Statorgehäuse 8 dringt, ist zwi schen dem Zapfen 18 und der Bohrung 20 ein Dich tungsring 24 angeordnet.
Im Zwischenstück 12 ist ein Füllkörper 25 einge- presst, der z. B. aus Niederdruckpolyethylen bestehen kann, und der den grössten Teil des Raumes zwischen dem Motorenrotor 6 und der eigentlichen Pumpen kammer ausfüllt. Durch Ausbildung von Labyrinth kammern 26 im Füllkörper wird eine Labyrinthdich- tung zwischen dem Füllkörper und der Welle 5 zu standegebracht. Der Füllkörper dient zur Herabset zung der Flüssigkeitsmenge um den Rotor 6 und der Zirkulation dieser Flüssigkeit, wodurch die Gefahr für Eindringen von Fremkörpern von der Pumpen flüssigkeit zum Wellenlager 14, 17 und zur Spalte zwischen Rotor 6 und Mantel 11 herabgesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, dass eine Pumpe mit einer Spitzen lagerung wie die hier beschriebene als Zirkulations- pumpe besonders betriebssicher ist, selbst in Anlagen zur Lieferung von warmem Gebrauchswasser, wo auf Grund der ständigen Zufuhr von frischem Leitungs wasser bedeutende Ausscheidungen von Kalk vor kommen können. Im Gegensatz zu Pumpen mit gewöhnlichen zylindrischen Gleitlagern ist die Gefahr des Blockierens des Rotors infolge von Ablagerungen in den Lagern wesentlich herabgesetzt. Ein Blockieren des Rotors könnte jedoch auch dadurch entstehen, dass sich Kalk oder andere Fremdkörper in der engen Spalte zwischen dem Rotor 6 und dem Mantel<B>11</B> festsetzen. Es ist deshalb zweckmässig, z.
B. die Mem bran 16 mit einer Öffnung zu versehen, durch welche ein Werkzeug zum Drehen der Rotorwelle 5 einge führt werden kann. Ein solches Werkzeug kann z. B. als eine Welle ausgebildet sein, die flüssigkeitsdicht durch eine Stopfbuchse im Boden des Pumpen gehäuses 1 geht, und die an ihrem inneren Ende ein Zahnrad trägt, das mit einer Verzahnung an der Rotorwelle oder am Pumpenrad 4 in Eingriff gebracht wird. Die Welle kann in solcher Weise federbelastet sein, dass normalerweise kein Eingriff zwischen den Verzahnungen besteht, dass die Welle aber gegen den Federdruck axial verschoben werden kann und dadurch der Zahneingriff hergestellt wird.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das Pumpengehäuse mit 31 bezeichnet, und dessen Eintritts- und Austrittsöffnung mit 32 bzw. 33. Das Schaufelrad 34 der Pumpe ist an der Welle 35 be festigt, die den Rotor 36 des Pumpenmotors trägt.
Das Statorpaket 37 des Motors ist im Stator- gehäuse 38 montiert, welches mittels Schrauben 39 an einem ringförmigen Flansch 40 befestigt ist, der mit nicht gezeigten Bolzen am Pumpengehäuse 31 ab nehmbar befestigt ist. Der Mantel 41, der den Stator 37 vom Rotor 36 trennt, ist bei dieser Ausführungs form ein zylindrisches Rohr, das an seinem Ende nächst dem Pumpengehäuse im Endflansch 40 fest gewalzt ist, wobei zu weiterer Sicherung gegen Leckage von der Flüssigkeit vom Innern der Pumpe zum Statorgehäuse ein O-Ring 42 als Dichtung zwi schen der Bohrung im Flansch 40 und im Mantel 41 angeordnet ist.
Der Mantel 41 ist an seinem äusseren Ende flüssigkeitsdicht, z. B. durch Lötung, mit einem End stück 43 verbunden, das eine inwendige Schulter 44 hat. Eine kreisrunde Membran 45 stützt mit ihrer äusseren Kante gegen die Schulter 44, und die Mem bran hat eine zentrale Bohrung, worin eine am Ende geschlossene Randbuchse 46, mit ihrem Rand gegen die Unterseite der Membran 45 stützend, montiert ist. Eine feingeschliffene Spitze 47 aus Hartmetall ist in der Bohrung der Buchse 46 befestigt.
Ein Spitzenhalter 48 ist flüssigkeitsdicht im Boden des Pumpengehäuses 31 befestigt, und eine feinge schliffene Spitze 49 ist in einer Bohrung des Spitzen halters 48 axial gegenüber der Spitze 47 montiert. Die Spitzen 47 und 49 dienen zur Lagerung der Rotor welle 35, die in jedem Ende eine zylindrische Aus drehung hat, worin ein Einsatz 50 aus Hartmetall versenkt ist. Jeder der beiden Einsätze 50 hat einen innen konisch geschliffenen Lagersitz, der den koni schen Lagersitzen der Spitzen 47 und 49 entspricht.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unter scheidet sich somit von der in Fig. I gezeigten da durch, dass sich die innen konischen Lagersitze in der Welle befinden, während die Spitzen im Pumpen gehäuse bzw. in der am Ende des Mantels angeord neten Membran befestigt sind. Das Pumpenrad 34 ist ebenso wie das Pumpenrad 4 mit seiner Saug seite dem festen Lager zugekehrt, so dass der vom Pumpenrad erzeugte Druckunterschied in den beiden Kammern des Pumpengehäuses dieses Rad und damit die Welle in Richtung gegen das feste Lager be- einflusst. Diese Ausführungsform kann ebenso wie die oben beschriebene mit Organen zum Drehen der Pumpenwelle von aussen versehen werden, z.
B. eine verzahnte Welle wie zuvor beschrieben, und diese Welle kann dann flüssigkeitsdicht durch das Endstück 43 und durch eine Öffnung in der Membran 45 ge führt sein.
Fig. 3 zeigt eine Abänderung der in Fig. 1 gezeig ten Lagerung der Welle am oberen Ende der Pumpe. In die Pumpenwelle 55, die im Schnitt gezeigt ist, ist eine Spitze 56 versenkt, die am Vorderende eine Schrägfläche 57 hat. Der innen konische Lagersitz 58 ist in einem zylindrischen Zapfen 59 entsprechend dem Zapfen 18 in Fig. 1 montiert.
Der Zapfen 59 ist im Stirnteil 60 des Mantels entsprechend dem Stirn teil lla in Fig. 1 und in der Zwischenwand 61 befe stigt, die der Zwischenwand 19 in Fig. 1 entspricht, und der Zapfen ist ausserdem in einer Bohrung 62 in der Endwand 63 im Statorgehäuse geführt.
Anstelle der Entflüftungsschraube 22 in Fig. 1 ist in Fig. 3 ein Ventilkörper 64 mi einem zylindrischen Teil vorhanden, der mit einem Spielraum in der zy lindrischen Bohrung des Zapfens 59 liegt, und der eine konische Ventilfläche 65 hat, die mit einem Ventilsitz am Übergang zwischen der genannten zy lindrischen Bohrung im Zapfen 59 und einer Ver längerung dieser Bohrung von kleinerem Durch messer zusammenwirkt. Der auf die Ventilfläche 65 folgende Teil des Ventils 64 ist mit Gewinde versehen und wirkt mit einer Mutter 66 zusammen, die ver senkt in die Bohrung 62<B>gezeigt</B> ist. Das entgegenge setzte Ende des Ventils 64 ist bei 67 schräg abge schnitten gezeigt.
Normalerweise ist die Mutter 66 gespannt, so dass die Ventilfläche 65 gegen ihren Sitz gehalten wird. Das Entlüften der Pumpe geschieht dadurch, dass die Mutter 66 gelöst wird, wodurch das Ventil eventuelle Luft freigibt. Wenn die Mutter 66 weiter gelöst wird, sinkt das Ventil 64 herunter, und zum Schluss kommt dessen schräg abgeschnittene Endfläche 67 in Kon takt mit der schrägen Endfläche 57 der Spitze. Hier durch ist es möglich ohne Auseinandernehmen der Pumpe zu konstatieren, ob deren Welle rotiert, da das Ventil 64 in solchem Fall auf und ab bewegt wird, weil dessen Drehung von einem eingepressten Zapfen 68, der in eine Führungsrille 69 im Zapfen 59 ein greift, gehindert wird.
Leckage von Flüssigkeit zum Inneren des Statorgehäuses wird während dieses Vor gangs und während des Entlüftens mittels eines Dichtungsrings 70 zwischen dem Zapfen 59 und der Bohrung 62 im Statorgehäuse verhindert.