EP1286055A1 - Nassläuferpumpe - Google Patents

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EP1286055A1
EP1286055A1 EP02017197A EP02017197A EP1286055A1 EP 1286055 A1 EP1286055 A1 EP 1286055A1 EP 02017197 A EP02017197 A EP 02017197A EP 02017197 A EP02017197 A EP 02017197A EP 1286055 A1 EP1286055 A1 EP 1286055A1
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EP
European Patent Office
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shaft
support element
pump
contact surface
rotor
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EP02017197A
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Andreas Knoll
Michael Weinert
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Pierburg GmbH
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Pierburg GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606—Canned motor pumps
    • F04D13/0633—Details of the bearings

Definitions

  • the invention relates to a wet rotor pump, i.e. a pump-motor unit that for example from a centrifugal pump and an electric DC motor consists.
  • a wet rotor pump i.e. a pump-motor unit that for example from a centrifugal pump and an electric DC motor consists.
  • Such wet rotor pumps are particularly suitable for conveying coolant suitable in motor vehicle engines.
  • a wet rotor pump with a pump wheel draws a medium through a suction channel and towards one Dispensing channel promotes.
  • the impeller is attached to a shaft.
  • On the same Shaft is attached to a motor rotor of a motor.
  • the Motor rotor flows around.
  • To convey electrically conductive liquids is the Motor rotor surrounded with a can.
  • the stand package of the engine with the Windings is outside the containment shell, which is preferably made of plastic exists, arranged. Through the can, through the between the motor rotor and a gap is formed in the inside of the pot, flow in the medium sealing of the motor rotor from the environment is guaranteed.
  • Wet rotor pumps used to pump electrically non-conductive Liquids such as petrol are not used Containment shell, as a seal against the stand package and Windings is not required.
  • the common shaft carrying the motor rotor and the impeller is through two radial bearings in the area of the pump wheel or at the opposite end the shaft is stored in the containment shell or in a housing. Because of in that Differential pressures occurring in the pumped medium cause axial forces. additionally are axial forces on the shaft due to the magnetic forces transfer. For axial storage, it is known to close an axial bearing on the rotor fasten, which is supported on a bearing seat inserted in the containment shell. Both as radial and as axial bearings can only be used with wet rotor pumps Plain bearings are used because the life of ball and roller bearings is too low within liquids. The provision of a thrust bearing between the containment shell and the rotor increases the assembly effort of the wet rotor pump.
  • the object of the invention is the axial mounting of the shaft Simplify wet rotor pump and reduce assembly effort.
  • the wet rotor pump has one provided in the intake duct Support element on.
  • the support element which in the flow direction Pump wheel connected upstream is used to absorb axial forces.
  • This points the support element has a contact surface against which an inflow surface of the Pump wheel starts up.
  • the axial bearing according to the invention thus has only one Contact surface on, since it was found that the axial forces occurring at Wet rotor pumps due to the pressure difference between the intake duct and the behind the impeller, i.e. in the area of the motor rotor only act against the flow direction of the medium.
  • a The contact surface for absorbing axial forces is therefore sufficient. Also on Axial forces caused by the electric motor due to magnetic forces point in the same direction when installing the motor.
  • the assembly is the wet rotor pump considerably simplified, because when assembling the pump the inflow surface of the impeller automatically on the contact surface of the Support element rests and thus ensures the axial bearing of the shaft is. A separate installation of an additional axial bearing is not necessary. An additional bearing seat is therefore not necessary.
  • the support element carries a radial bearing of the shaft.
  • the support element preferably has a cylindrical opening, in a radial bearing is provided.
  • the radial bearing is preferably around a bearing sleeve inserted into the opening of the support element.
  • the wet rotor pump has a pump wheel 10, through the rotation of which medium in the direction of an arrow 12 through an intake duct 14 and in Direction of an arrow 16 is conveyed through a delivery channel 18.
  • the Intake duct 14 and discharge duct 18 are part of a pump cover 20, in which the pump wheel 10 is arranged.
  • the impeller 10 has a shaft 22 firmly connected.
  • a motor rotor 24 Motor 26 firmly connected.
  • the motor rotor 24 is of a winding 28 having stand package 30 surrounded.
  • the stand package 30 is opposite the motor rotor or rotor 24 axially offset to the left in FIG. 1, so that the magnetic axial pull acts in the same direction as the hydraulic axial pull.
  • the pump 26 is used to cool the motor 26 Medium.
  • the medium passes behind the pump wheel in the conveying direction 12 10 in a rotor chamber 32.
  • electronic components come into contact with the medium.
  • the Motor rotor 24 surrounded with a containment shell 34. Through the can 34 is a narrow gap between the motor rotor 24 and an inside of the containment shell 34 trained.
  • the can 34 is connected to a housing half 36 and sealed against this.
  • the containment shell 34 and the housing half 36 can also form a unit.
  • a second housing half 38 is with the first Housing half 36 connected and encloses the motor 26.
  • the shaft 22 is supported in a first radial bearing 40, which is a the containment shell 34 has bearing sleeve 42 held.
  • the opposite Shaft end to which the pump wheel 10 is attached is according to the invention in a support element 44 is mounted.
  • the support element has a Opening 46 on.
  • the opening 46 is cylindrical and coaxial with the shaft 22.
  • a bearing sleeve 48 through which a plain bearing in the Support element 44 is formed.
  • the axial bearing of the shaft 22 is carried out according to the invention by the Support element provided, extending essentially radially to the shaft 22 Approach surface.
  • the contact surface is an opening 46 surrounding annulus.
  • Axial forces into the other Direction i.e. to the right in the figure, do not occur. Even those through the Axial forces caused by motor 26 point to the left or are in the figure less than the forces caused by the pressure difference.
  • the inflow surface 52 is preferably convex (FIG. 2), but can through geometric elements such as Grooves or similar (Fig. 3,4) that an improved Wetting the contact surface between the contact surface 50 and the inflow surface 52 serve, be supplemented and touches a flat, radially extending contact surface 50. Possibly. the contact surface 50 is concave, so that in addition a radial Alignment of the pump wheel 10 takes place.
  • the design of the inflow surface 52 and contact surface 54 can also be reversed.
  • the support element 44 is connected to the intake pipe 14 via webs 54. Preferably on the circumference of the shaft 22 to the central axis rotationally symmetrical support element three webs 54 are provided.
  • the outer contour of the support element 44 is preferably streamlined, so that the medium flowing in the direction of arrow 12 from the support element the impeller 10 is steered.
  • the inflow side of the Support element in cross-section partially elliptical.
  • the rotor 24 and the pump wheel 10 are first placed on the shaft 22 attached. Grooves or the like can be used for fixation. be provided. The impeller 10 is pushed onto the shaft 22 until it abuts a shoulder 58. The shaft end 60 of the shaft 22 is then inserted into the support element 44 arranged bearing sleeve 48 inserted. After inserting the shaft 22 in the sleeve 48 is the inflow surface 52 of the impeller 10 on the thrust surface 50 of the support element 44.
  • By mounting the shaft 22 in the area of Pump wheel 10 is a very precise positioning of the pump wheel 10 in the Pump cover 20 possible. This ensures a minimal leakage gap.

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Abstract

Eine Naßläuferpumpe, die insbesondere zur Kühlmittelförderung in Kraftfahrzeugmotoren geeignet ist, weist ein Pumpenrad (10) auf. Durch das Pumpenrad (10) wird ein Fördermittel durch einen Ansaugkanal (14) in einen Abgabekanal (18) gefördert. Über eine gemeinsame Welle (22) ist mit dem Pumpenrad (10) ein Motorläufer (24) eines Elektromotors (26) verbunden. Der Motorläufer (24) ist von einem Spalttopf (34) umgeben, wobei der Motorläufer (24) zur Kühlung von Fördermittel umspült wird. Die Lagerung der Welle erfolgt durch zwei Radiallager (40,48), wobei eine Radiallager in einem Abstützelement (44) angeordnet ist. Das Abstützelement (44), das innerhalb des Ansaugkanals (14) angeordnet ist, weist ferner eine Anlauffläche (50) auf, gegen die eine Anströmfläche (52) des Pumpenrades (10) zur Aufnahme von Axialkräften anläuft. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Naßläuferpumpe, d.h. eine Pumpen-Motor-Einheit, die beispielsweise aus einer Kreiselpumpe und einem elektrischen Gleichstrommotor besteht. Derartige Naßläuferpumpen sind insbesondere zur Kühlmittelförderung in Kraftfahrzeugmotoren geeignet.
Aus DE 195 45 561 ist eine Naßläuferpumpe mit einem Pumpenrad bekannt, das ein Fördermedium durch einen Ansaugkanal ansaugt und in Richtung eines Abgabekanals fördert. Das Pumpenrad ist auf einer Welle befestigt. Auf derselben Welle ist ein Motorläufer eines Motors befestigt. Zur Kühlung des Motors und ggf. vorgesehener elektronischer Bauteile wird das Fördermedium verwendet, das den Motorläufer umströmt. Zur Förderung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten ist der Motorläufer mit einem Spalttopf umgeben. Das Ständerpaket des Motors mit den Wicklungen ist außerhalb des Spalttopfs, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, angeordnet. Durch den Spalttopf, durch den zwischen dem Motorläufer und der Topfinnenseite ein Spalt ausgebildet ist, in dem Fördermedium strömen kann, ist ein Abdichten des Motorläufers gegenüber der Umgebung gewährleistet. Naßläuferpumpen, die zur Förderung von elektrisch nicht leitfähigen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Benzin, eingesetzt werden, weisen keinen Spalttopf auf, da ein Abdichten gegenüber dem Ständerpaket und den Wicklungen nicht erforderlich ist.
Die gemeinsame den Motorläufer und das Pumpenrad tragende Welle ist durch zwei Radiallager im Bereich des Pumpenrades bzw. am gegenüberliegenden Ende der Welle im Spalttopf oder einem Gehäuse gelagert. Auf Grund von in dem Fördermedium auftretenden Druckdifferenzen treten Axialkräfte auf. Zusätzlich werden von dem Motor auf Grund der Magnetkräfte Axialkräfte auf die Welle übertragen. Zur axialen Lagerung ist es bekannt, ein Axiallager am Läufer zu befestigen, das sich an einem im Spalttopf eingesetzten Lagersitz abstützt. Sowohl als Radial- als auch als Axiallager können bei Naßläuferpumpen nur Gleitlager eingesetzt werden, da die Lebensdauer von Kugel- und Rollenlagern innerhalb von Flüssigkeiten zu gering ist. Das Vorsehen eines Axiallagers zwischen Spalttopf und Läufer erhöht den Montageaufwand der Naßläuferpumpe.
Aufgabe der Erfindung ist es, die axiale Lagerung der Welle einer Naßläuferpumpe zu vereinfachen und den Montageaufwand zu verringern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß weist die Naßläuferpumpe ein im Ansaugkanal vorgesehenes Abstützelement auf. Das Abstützelement, das in Strömungsrichtung dem Pumpenrad vorgeschaltet ist, dient zur Aufnahme von Axialkräften. Hierzu weist das Abstützelement eine Anlauffläche auf, gegen die eine Anströmfläche des Pumpenrades anläuft. Das erfindungsgemäße Axiallager weist somit lediglich eine Anlauffläche auf, da festgestellt wurde, dass die auftretenden Axialkräfte bei Naßläuferpumpen auf Grund der Druckdifferenz zwischen Ansaugkanal und dem hinter dem Pumpenrad, d.h. im Bereich des Motorläufers, angeordneten Raums nur entgegen der Strömungsrichtung des Fördermediums wirken. Eine Anlauffläche zur Aufnahme von Axialkräften ist somit ausreichend. Auch die auf Grund magnetischer Kräfte durch den Elektromotor hervorgerufenen Axialkräfte weisen bei der Montage des Motors in dieselbe Richtung.
Durch das Vorsehen eines Abstützelementes in dem Ansaugkanal ist die Montage der Naßläuferpumpe erheblich vereinfacht, da beim Zusammenbau der Pumpe die Anströmfläche des Pumpenrads automatisch an der Anlauffläche des Abstützelementes anliegt und somit die axiale Lagerung der Welle gewährleistet ist. Ein gesonderter Einbau eine zusätzlichen Axiallagers ist nicht erforderlich. Somit ist auch ein zusätzlicher Lagersitz nicht erforderlich.
Zur weiteren Verbesserung der Montierbarkeit der erfindungsgemäßen Naßläuferpumpe trägt das Abstützelement ein Radiallager der Welle. Vorzugsweise weist das Abstützelement hierzu eine zylindrische Öffnung auf, in der ein Radiallager vorgesehen ist. Da bei Naßläuferpumpen vorzugsweise Gleitlager eingesetzt werden, handelt es sich bei dem Radiallager vorzugsweise um eine in die Öffnung des Abstützelements eingesetzte Lagerhülse. Zur Montage wird somit die Welle, auf der das Pumpenrad vormontiert ist, in die Öffnung des Abstützelements eingesteckt. Hierbei erfolgt gleichzeitig die axiale Lagerung der Welle, da beim Einstecken der Welle die Anströmfläche des Pumpenrades an die Anlauffläche des Abstützelements angelegt wird. Somit ist innerhalb eines Montageschrittes gleichzeitig die radiale und die axiale Lagerung der Pumpenwelle erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
eine prinzipielle schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Naßläuferpumpe, und
Fign.2-4
bevorzugte Ausführungsformen einer Anströmfläche.
Die Naßläuferpumpe weist ein Pumpenrad 10 auf, durch dessen Drehung Medium in Richtung eines Pfeils 12 durch einen Ansaugkanal 14 angesaugt und in Richtung eines Pfeils 16 durch einen Abgabekanal 18 gefördert wird. Der Ansaugkanal 14 und der Abgabekanal 18 sind Teil eines Pumpendeckels 20, in dem das Pumpenrad 10 angeordnet ist. Das Pumpenrad 10 ist mit einer Welle 22 fest verbunden.
Zum Antrieb des Pumpenrades ist mit der Welle 22 ein Motorläufer 24 eines Motors 26 fest verbunden. Der Motorläufer 24 ist von einem Wicklungen 28 aufweisenden Ständerpaket 30 umgeben. Das Ständerpaket 30 ist gegenüber dem Motorläufer bzw. Rotor 24 axial in Fig. 1 nach links versetzt, so dass der magnetische Axialzug in dieselbe Richtung wie der hydraulische Axialzug wirkt.
Zur Kühlung des Motors 26 dient das von dem Pumpenrad 10 geförderte Medium. Hierzu gelangt das Medium in Förderrichtung 12 hinter das Pumpenrad 10 in eine Läuferkammer 32. Bei der Förderung von elektrisch leitfähiger Flüssigkeit muss verhindert werden, dass die Wicklungen 28 oder andere elektronische Bauteile mit dem Fördermedium in Kontakt kommen. Hierzu ist der Motorläufer 24 mit einem Spalttopf 34 umgeben. Durch den Spalttopf 34 ist ein schmaler Spalt zwischen dem Motorläufer 24 und einer Innenseite des Spalttopfs 34 ausgebildet. Der Spalttopf 34 ist mit einer Gehäusehälfte 36 verbunden und gegenüber dieser abgedichtet. Der Spalttopf 34 und die Gehäusehälfte 36 können auch eine Einheit bilden. Eine zweite Gehäusehälfte 38 ist mit der ersten Gehäusehälfte 36 verbunden und umschließt den Motor 26.
Die Lagerung der Welle 22 erfolgt in einem ersten Radiallager 40, das eine in dem Spalttopf 34 gehaltene Lagerhülse 42 aufweist. Das gegenüberliegende Wellenende, an dem das Pumpenrad 10 befestigt ist, ist erfindungsgemäß in einem Abstützelement 44 gelagert. Hierzu weist das Abstützelement eine Öffnung 46 auf. Die Öffnung 46 ist zylindrisch und koaxial zu der Welle 22. In der Öffnung 46 ist eine Lagerhülse 48 angeordnet, durch die ein Gleitlager in dem Abstützelement 44 ausgebildet ist.
Die axiale Lagerung der Welle 22 erfolgt erfindungsgemäß durch die an dem Abstützelement vorgesehene, zur Welle 22 im wesentlichen radial verlaufende Anlauffläche. Bei der Anlauffläche handelt es sich um einen die Öffnung 46 umgebenden Kreisring. Gegen die Anlauffläche läuft eine Anströmfläche 52 des Pumpenrades 10 an, d.h. eine in Richtung des Ansaugkanals 14 entgegen der Strömungsrichtung 12 weisende Fläche. Da die auftretenden Axialkräfte auf Grund der Druckdifferenz zwischen Ansaugkanal 14 und Läuferkammer 32 entgegen der Strömungsrichtung 12 weisen, ist es ausreichend, als Axiallager eine Anlauffläche an dem Abstützelement vorzusehen. Axialkräfte in die andere Richtung, d.h. in der Figur nach rechts, treten nicht auf. Auch die durch den Motor 26 hervorgerufenen Axialkräfte weisen in der Figur nach links oder sind kleiner als die durch die Druckdifferenz auftretenden Kräfte.
Die Anströmfläche 52 ist vorzugsweise konvex (Fig. 2) ausgebildet, kann jedoch durch Geometrieelemente wie z.B. Nuten o.ä. (Fig. 3,4), die einer verbesserten Benetzung der Kontaktfläche zwischen Anlauffläche 50 und Anströmfläche 52 dienen, ergänzt sein und berührt eine ebene, radial verlaufende Anlauffläche 50. Ggf. ist die Anlauffläche 50 konkav ausgebildet, so dass zusätzlich eine radiale Ausrichtung des Pumpenrades 10 erfolgt. Die Gestaltung von Anströmfläche 52 und Anlauffläche 54 können auch umgekehrt sein.
Das Abstützelement 44 ist über Stege 54 mit dem Ansaugrohr 14 verbunden. Vorzugsweise sind am Umfang des zur Mittelachse der Welle 22 rotationssymmetrischen Abstützelements drei Stege 54 vorgesehen. Die Außenkontur des Abstützelements 44 ist vorzugsweise stromlinienförmig, so dass das in Richtung des Pfeils 12 strömende Medium von dem Abstützelement auf das Pumpenrad 10 gelenkt wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die angeströmte Seite des Abstützelements im Querschnitt teilellipsenförmig ausgebildet.
Zur Montage wird zuerst der Läufer 24 und das Pumpenrad 10 auf die Welle 22 aufgesteckt. Zur Fixierung können Nuten o.dgl. vorgesehen sein. Das Pumpenrad 10 wird so weit auf die Welle 22 aufgesteckt, bis es an einer Schulter 58 anstößt. Anschließend wird das Wellenende 60 der Welle 22 in die in dem Abstützelement 44 angeordnete Lagerhülse 48 eingesteckt. Nach dem Einstecken der Welle 22 in die Hülse 48 liegt die Anströmfläche 52 des Pumpenrades 10 an der Anlauffläche 50 des Abstützelements 44 an. Durch die Lagerung der Welle 22 im Bereich des Pumpenrades 10 ist eine sehr genaue Positionierung des Pumpenrades 10 in dem Pumpendeckel 20 möglich. Hierdurch ist ein minimaler Leckspalt gewährleistet. Da das Abstützelement 44 erfindungsgemäß über Stege 54 mit dem Ansaugkanal 14 verbunden ist, ist die Lage der Öffnung 46 bzgl. des Pumpendeckels 20 definiert. Somit ist Lage des Pumpenrades 10 gegenüber dem Pumpendeckel 20 eindeutig definiert. Durch diese Positionierung des Lagersitzes an dem Wellenende 60 kann insbesondere auch eine größere Unwucht des Pumpenrades 10 toleriert werden.

Claims (6)

  1. Naßläuferpumpe, insbesondere zur Kühlmittelförderung in Kraftfahrzeug-Motoren, mit
    einem in Förderrichtung (12) einem Ansaugkanal (14) nachgeschalteten Pumpenrad (10),
    einem über eine gemeinsame Welle (22) mit dem Pumpenrad (10) verbundenen Motorläufer (24),
    einem den Motorläufer (24) umgebenden Spalttopf (34), wobei der Motorläufer (24) zur Kühlung von Fördermedium umspült wird, und
    mindestens einem Radiallager (40,48),
    gekennzeichnet durch
    ein im Ansaugkanal (14) vorgesehenes Abstützelement (44) mit einer Anlauffläche (50), gegen die eine Anströmfläche (52) des Pumpenrades (10) zur Aufnahme von Axialkräften anläuft.
  2. Naßläuferpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (50) und/oder die Anströmfläche (52) radial zur Welle (22) verlaufen.
  3. Naßläuferpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (50) oder die Anströmfläche (52) konvex ist.
  4. Naßläuferpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (54) oder vorzugsweise die Anströmfläche (52) durch Geometrieelemente, die einer Verbesserung der Schmierung der Kontaktfläche dienen, ergänzt sind.
  5. Naßläuferpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (44) ein Radiallager (48) der Welle (22) trägt.
  6. Naßläuferpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (44) über Stege (54) mit dem Ansaugkanal (14) verbunden ist.
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