EP1457681A1 - Pumpe - Google Patents

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Publication number
EP1457681A1
EP1457681A1 EP03005242A EP03005242A EP1457681A1 EP 1457681 A1 EP1457681 A1 EP 1457681A1 EP 03005242 A EP03005242 A EP 03005242A EP 03005242 A EP03005242 A EP 03005242A EP 1457681 A1 EP1457681 A1 EP 1457681A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump according
impeller
hollow shaft
rotor
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.)
Withdrawn
Application number
EP03005242A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Kühn
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to EP03005242A priority Critical patent/EP1457681A1/de
Publication of EP1457681A1 publication Critical patent/EP1457681A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F04D13/0646—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the hollow pump or motor shaft being the conduit for the working fluid

Definitions

  • the invention relates to a pump according to the features in the preamble of Claim 1.
  • Centrifugal pumps are in a variety of forms known. Centrifugal pumps have an impeller that is axial, radial or can be semi-axial. It differs depending on the application block, angle or inline pumps. Inline pumps are pumps that are in a straight pipe run can be installed without the The course of the pipeline must be angled to the pump to be able to connect.
  • centrifugal pumps are so-called tubular casing pumps, which are preferred for large semi-axial and axial pumps vertical installation.
  • the engine itself lie within the flow channel so that the fluid delivered to the motor washed around on the outside.
  • the invention is based on the object a compact and variable-speed pump arrangement with high efficiency show.
  • the pump according to the invention is characterized in that the impeller connected to one end of a rotor of an electric drive machine is, wherein the rotor is configured as a hollow shaft, and wherein the to be conveyed Fluid flows through the interior of the rotating hollow shaft.
  • the fluid can, depending on the configuration and direction of the impeller to flow through the interior of the rotating hollow shaft, i.e. sucked are (claim 2) or also flow away from the impeller, i.e. by the hollow shaft can be pressed.
  • the permanent magnets are provided which are constant within the air gap Generate magnetic flux. There is no need for excitation in synchronous motors necessary rotor windings and brushes.
  • the permanent magnets can consist of neodymium-iron-boron (NdFeB), whereby this material characterized by high flux density with very high magnetization.
  • Synchronous motor control by means of suitable frequency converters is advisable (Claim 5).
  • the speed of a synchronous motor can be within control a large speed range with high accuracy.
  • the advantage of one Speed control is that the flow rate is very precise via the speed adjustment is adjustable.
  • the control via a frequency converter also enables maintenance via an Ethernet interface of the Frequency converter, which enables an online connection to the pump is.
  • the rotor is on plain bearings stored. Plain bearings are very gentle on the material and enable high Mileage and long maintenance intervals. In addition, plain bearings only need very little installation space. Another advantage is that there is no direct power dissipation as is possible with ball bearings. The fundamentally lower one is also advantageous Weight of the rotor and the resulting lower load on the Camp.
  • the air gap of the synchronous motor can be flowed through by the fluid to be conveyed.
  • synchronous machines have significantly larger air gaps than asynchronous machines. This does not mean a significant deterioration in operational behavior, since the rotor does not have to be magnetized over the air gap.
  • the fluid conveyed through the air gap both for Cooling also serve as a lubricant when e.g. Slide bearing from that to promoting fluid are flowed (claim 8).
  • the fluid to be pumped must be for lubrication trade suitable fluid, such as oil.
  • Another plain bearing can be used as an emergency bearing between the impeller and one Stator can be provided (claim 9).
  • the housing carrying the stator windings can be made of cast steel be, in the context of claim 11, a tubular shape of the Housing is considered to be particularly advantageous. Above all, it will be a long one slim shape of the housing considered appropriate, so that the Radial housing not or not significantly over the scope of the coupling suction flanges and pressure flanges required on a piping system extends. An exception to this can be one arranged on the housing Terminal box that is used to connect the pump to an electrical Power supply is required.
  • Weight can also be saved if the housing is made of an aluminum alloy is made (claim 12).
  • the impeller the hollow shaft is integrally formed.
  • the impeller can also be used as a separate one Component be made and a non-positive, material or positive connection can be coupled to the hollow shaft or the rotor.
  • the impeller can be connected directly or with an intermediary an adapter ring to be shrunk onto the hollow shaft. It is essential that the impeller is directly fluid-conducting with the interior of the hollow shaft communicated.
  • the hollow shaft preferably has the same inner diameter like the connected wiring harness, so that the inside of the Pump does not result in flow losses due to cross-sectional constrictions.
  • Another significant advantage of the pump according to the invention is that for Realization of different sizes only the housing with the Stator windings and the rotor with the hollow shaft shortened or lengthened must be carried out while the impeller remains basically identical can.
  • Another advantage of a pump with speed-controlled synchronous motor is that the synchronous motor runs slowly to the operating speed when in use and unlike an asynchronous motor, it does not operate immediately at full speed is taken.
  • the operating behavior of the pump according to the invention stabilizes faster in the embodiment as a synchronous machine than in an embodiment as an asynchronous machine, which is particularly the case with very viscous Liquids, especially with oils, is a big advantage.
  • With synchronous motors is about the use of modern frequency converters and their Interfaces can be used to query the bearing or motor temperatures. Limit values can be observed, with an observation of the Pump unit possible over the Internet via the aforementioned interface is.
  • the possibility of remote diagnosis allows critical operating conditions in advance recognizable, so that if you intervene in time, a failure the pump unit can be prevented. This possibility of early damage detection is extremely easy to service.
  • the pump according to the invention is in particular a transformer oil circulation pump, as used in rail vehicles. Further Possible uses are due to the material-saving funding in the chemical and pharmaceutical industries.
  • the invention Pump is not only suitable for pumping pure liquids, but also also for the promotion of mixtures of substances, in the context of the invention of The term fluids also includes multi-component mixtures.
  • the pump designated by 1 in FIG. 1 is an inline pump with a Suction nozzle 2 and a pressure nozzle 3, one not shown Fluid in the direction of arrow P from a rotating impeller 4 through the Suction port 2 is sucked into the pump 1 and through the pressure port 3 is supplied to a piping system, not shown.
  • the movable components of the pump 1 are accommodated in a housing 5, which is produced by casting in this embodiment.
  • the Housing 5 comprises a first housing part 6 and a second housing part 7, the two housing parts 6, 7 in the radial plane denoted by R. abut each other.
  • the two housing parts 6, 7 are detachable with one another connected, in particular screwed together.
  • an electric drive machine 8 is included, which as Synchronous motor is configured.
  • the electric drive machine 8 comprises a stator winding 9 on a laminated core 10, the stator winding 9 is fixed to the first housing part 6 with the laminated core 10.
  • the Stator winding 9 is via electrical leads 11 with terminals 12 connected.
  • the connection terminals 12 are in a terminal box 13 arranged, in particular compared to the other housing areas 6 the fluid-conducting area is encapsulated.
  • the terminal box 13 is formed in one piece with the housing 5.
  • the stator winding 9 with the laminated core 10 surrounds a rotor 14 which is rotatably supported relative to the housing 5.
  • a rotor 14 which is rotatably supported relative to the housing 5.
  • the rotor 14 arranged on the circumferential side permanent magnets that generate a magnetic flux in an air gap 16 between the rotor 14 and the stator winding 9 or assemble the laminated core 10.
  • the speed of the Rotor 14 is proportional to the frequency of the rotating field.
  • the frequency of the revolving rotating field is via a frequency converter, not shown controlled.
  • the rotor 14 is a hollow shaft 17 is configured.
  • the fluid is through the inside of the hollow shaft 17 through impeller 4 attached directly to the hollow shaft 17.
  • the impeller 4 is on a ring section 18 by shrinking on the hollow shaft 17th attached, the ring portion 18, the hollow shaft 17 radially on the outside embraces.
  • the hollow shaft 17 with the permanent magnets arranged thereon 15 and the impeller 4 form a preassembled unit which, when open Housing can be inserted into the first housing part 6.
  • the impeller 4 While the impeller 4 is attached to one end 19 of the hollow shaft 17, the other end 20 of the hollow shaft 17 carries a radial bearing 21.
  • the radial bearing 21 can be a plain bearing and serves to support the hollow shaft 17 and thus of the rotor 14 relative to the first housing part 6.
  • a second bearing 22 is arranged on the end of the impeller 4 facing away from the ring section 18, the bearing 22 on a protruding from the impeller 4 Bearing cup 23 is placed radially on the outside and in a bearing seat 24 of the second housing part 7 summarizes.
  • the impeller 4 conveys the fluid radially outwards by rotation, whereby it is supplied to the pressure port 3 through an overflow channel 25.
  • the impeller 4 a radial channel impeller closed on both sides with several leading from the radially inner to the radially outer Channels.
  • the embodiment of the pump 26 of Figure 2 differs from that of Figure 1 in that its housing 27 is tubular, at one end of the housing 27 a suction port 28 with a Flange 29 is provided and at the opposite end of the housing 27 an impeller 30 is placed.
  • a third carrying a pressure port Housing part is not shown for the sake of clarity.
  • the pressure port its configuration basically corresponds to that of the suction port, corresponding recesses for receiving the over the Housing 27 protruding impeller 30 are provided.
  • the rotor 31 is opposite via slide bearings 32, 33 the housing 27 mounted.
  • the first slide bearing 32 is on the suction port 28 facing end of the hollow shaft 34 with the interposition of a annular bearing bracket 35 attached to the rotor 31.
  • the plain bearing 32 lies with its outer radial surface on a bearing seat 36 in the suction port 28.
  • the Suction port 28 also serves as a bearing plate.
  • the first slide bearing 32 takes only radial bearing forces, while the second plain bearing 33 in Cross-section is configured L-shaped and both radial and axial Absorbs bearing forces.
  • a corresponding bearing bracket 37 is L-shaped Configuration at the end of the Hollow shaft 34 arranged.
  • the bearing bracket 37 also serves for fixation of the impeller 30 with respect to the hollow shaft 34 and thus the rotor 31.
  • Das Impeller 30 is a semi-axial impeller in this embodiment, wherein inside the impeller 30 pointing in the opposite direction of flow P. conical guide body is provided which on its housing 27 opposite side has an axial sliding bearing 38 to oppose axial forces to be able to collect a stator not shown.
  • FIG. 3 shows the pump 26 of Figure 2 from a another perspective, wherein it can be seen that the tubular housing 27 Has evenly distributed longitudinal ribs on the one hand, which on the one hand Serve stiffening of the housing 27 and on the other hand for each end screw fastening of the suction connector 28 and on the other hand, a bearing plate 39 is used. From Figure 3 it can be seen how that Impeller 30 and the downstream stator 31 are arranged, the Stator 31 serves the fluid radially emerging from the impeller 30 in the Center of the flow channel of the pressure port, not shown to lead. The stator 31 can with the pressure port, not shown be glued.
  • Figure 4 shows the pump 26 in a side view in partial section, from This illustration shows that the L-shaped configured plain bearings 33 on the one hand on the bearing bracket 37 and on the other hand on the bearing plate 39 are supported.
  • the flanges formed separately in the illustrated embodiments of the suction port and the pressure port can also be directly on the Housing e.g. be designed in the form of end shields, where they then as Screw-in flanges are designed. It is also possible to be provided on the front Screw-in flanges to screw on separate flanges, especially to be able to connect the pump to different pipe systems.
  • Pressure port or suction port in the sense of the invention means that an on connection for pipe components adapted to the respective application is provided, the connections shown in the figures Can have design.
  • the entire pump can be used as part of the Invention also have the external shape of a cylinder.

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Abstract

Eine Pumpe, insbesondere eine Inline-Pumpe ist mit einem Saugstutzen (2) und einem Druckstutzen (3) versehen und besitzt ein motorisch angetriebenes Laufrad (4), das mit einem Ende eines Rotors (14) einer elektrischen Antriebsmaschine (8) unmittelbar verbunden ist, wobei der Rotor (14) als Hohlwelle (17) konfiguriert ist und das zu fördernde Fluid durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle (17) strömt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Pumpen, insbesondere Kreiselpumpen, sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Kreiselpumpen besitzen ein Laufrad, das axial, radial oder halbaxial ausgeführt sein kann. Je nach Anwendungsfall unterscheidet man Block-, Winkel- oder Inline-Pumpen. Inline-Pumpen sind Pumpen, die in einen geraden Rohrleitungsstrang eingebaut werden können, ohne dass der Verlauf des Rohrleitungsstrangs abgewinkelt werden muss, um die Pumpe anschließen zu können.
Eine kompakte Bauform der Kreiselpumpen sind sogenannte Rohrgehäusepumpen, die vorzugsweise bei großen halbaxialen und axialen Pumpen in vertikaler Aufstellung zum Einsatz kommen. Dabei kann der Motor selbst innerhalb des Strömungskanals liegen, so dass das geförderte Fluid den Motor außenseitig umspült.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und drehzahlvariable Pumpenanordnung mit hohem Wirkungsgrad aufzuzeigen.
Bei einer Pumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist diese Aufgabe gelöst.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad mit einem Ende eines Rotors einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist, wobei der Rotor als Hohlwelle konfiguriert ist, und wobei das zu fördernde Fluid durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle strömt. Bei diesem neuartigen Konzept einer Pumpe in Kombination mit einer elektrischen Antriebsmaschine ergibt sich eine sehr kompakte Bauart, da das zu fördernde Fluid, bei dem es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln kann, den Rotor bzw. die Hohlwelle des Rotors selbst durchströmt, so dass der Motor selbst Bestandteil des Leitungssystems ist. Dadurch ergibt sich einerseits eine wesentliche Platzersparnis und zum anderen auch eine Gewichtsersparnis, da zumindest ein Teil des angeschlossenen Rohrleitungsstrangs durch die erfindungsgemäße Pumpe ersetzt ist und zudem der Rotor der Antriebsmaschine gegenüber bekannten Bauformen deutlich leichter ausgeführt ist. Das Laufrad kann ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten unmittelbar an dem Rotor bzw. der Hohlwelle fixiert sein, so dass aufwendige Kupplungsmittel zwischen dem Laufrad und der elektrischen Antriebsmaschine entfallen. Auch hierdurch ergibt sich eine Gewichtsersparnis.
Das Fluid kann je nach Konfiguration und Laufrichtung des Laufrads diesem durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle zuströmen, d.h. angesaugt werden (Patentanspruch 2) oder auch von dem Laufrad wegströmen, d.h. durch die Hohlwelle gedrückt werden.
Während es grundsätzlich möglich ist, als elektrische Antriebsmaschine eine Asynchronmaschine zu verwenden, wird es im Rahmen der Erfindung als besonders vorteilhaft angesehen, wenn es sich bei der elektrischen Antriebsmaschine um einen Synchronmotor handelt (Patentanspruch 3). Synchronmotoren in Kombination mit der neuartigen Pumpenbauart erlauben Wirkungsgrade von Motor und Pumpe von bis zu 60 %. Der höhere elektrische Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Antriebs schlägt sich unmittelbar in einem niedrigeren Energieverbrauch nieder.
Bei einem Asynchronmotor ändert sich der Schlupf mit der Drehzahl und der Last. Bei einem Synchronmotor lässt sich die Drahzahl einfacher optimieren, während der Wegfall der Schlupfkompensation das dynamische Regelverhalten des Synchronmotors verbessert. Synchronmotoren können bereits in kleinen Baugrößen hohe Leistungen abgeben, so dass sich eine hohe bauraumbezogene Leistungsdichte ergibt.
Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sind an der Hohlwelle Permanentmagnete vorgesehen, die innerhalb des Luftspalts einen konstanten Magnetfluss erzeugen. Es entfallen die für die Erregung bei Synchronmotoren notwendigen Läuferwicklungen und Bürsten. Die Permanentmagnete können aus Neodymium-Eisen-Bor (NdFeB) bestehen, wobei sich dieser Werkstoff durch hohe Flussdichte bei sehr hoher Magnetisierung auszeichnet.
Für den Drehzahl gesteuerten Betrieb eines Synchronmotors ist eine Synchronmotor-Regelung durch geeignete Frequenzumrichter zweckmäßig (Patentanspruch 5). Die Drehzahl eines Synchronmotors lässt sich innerhalb eines großen Drehzahlbereichs mit hoher Genauigkeit regeln. Der Vorteil einer Drehzahlregelung ist, dass der Förderstrom sehr genau über die Drehzahlverstellung einstellbar ist. Die Ansteuerung über einen Frequenzumrichter ermöglicht zusätzlich eine Wartung über eine Ethernet-Schnittstelle des Frequenzumrichters, wodurch eine Online-Verbindung zu der Pumpe möglich ist.
Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 ist der Rotor auf Gleitlagern gelagert. Gleitlagerungen sind sehr materialschonend und ermöglichen hohe Laufleistungen sowie lange Wartungsintervalle. Zudem benötigen Gleitlager nur sehr wenig Bauraum. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine direkte Stromableitung wie bei Kugellagern möglich ist. Vorteilhaft ist auch das grundsätzlich geringere Gewicht des Rotors und die daraus resultierende geringere Belastung der Lager.
In der Ausführungsform des Patentanspruchs 7 ist der Luftspalt des Synchronmotors von dem zu fördernden Fluid durchströmbar. Synchronmaschinen besitzen gegenüber Asynchronmaschinen deutlich größere Luftspalte. Dies bedeutet allerdings keine wesentliche Verschlechterung des Betriebsverhaltens, da der Rotor nicht über den Luftspalt magnetisiert werden muss. Bei einer Synchronmaschine kann das durch den Luftspalt geförderte Fluid sowohl zur Kühlung dienen als auch als Schmiermittel, wenn z.B. Gleitlager von dem zu fördernden Fluid durchströmt werden (Patentanspruch 8). Selbstverständlich muss es sich bei dem zu fördernden Fluid hierbei um ein zur Schmierung geeignetes Fluid handeln, wie beispielsweise Öl. Bei der Verwendung von Gleitlagern in Kombination mit Öl als zu förderndem Fluid ergibt sich beispielsweise bei einem Einsatz als Trafoölpumpe eine automatische Motorkühlung und Lagerschmierung durch das umlaufende Öl.
Insbesondere bei Trafoölpumpen für Schienenfahrzeuge ist es möglich, bei koaxial ageordneten Saug- und Druckflansch erheblichen Bauraum einzusparen, wobei aufgrund des hohen Wirkungsgrades Öle mit sehr unterschiedlichen Viskositäten, z.B. bei Temperaturen von -25°C bis 115°C, gepumpt werden können. Die Förderung ist aufgrund der neuartigen Führung des Fluids sehr Produkt schonend.
Ein weiteres Gleitlager kann als Notlager zwischen dem Laufrad und einem Leitrad vorgesehen sein (Patentanspruch 9).
Grundsätzlich ist es möglich, die innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ständerwicklungen der elektrischen Antriebsmaschine durch Vergussmassen gegen die zu fördernden Fluide hermetisch abzudichten. Eine mögliche Variante zur Hermetisierung der Ständerwicklung ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Danach ist innerhalb des Luftspalts ein sich in Längsrichtung des Luftspalts erstreckendes Spaltrohr angeordnet, das an seinen Enden abgedichtet fixiert ist, so dass die Ständerwicklungen fluiddicht gekapselt sind. Das Wirkprinzip der Asynchronmaschine erfordert dahingegen möglichst kleine Luftspalte, wobei die verwendeten Spaltrohre aus metallischen Werkstoffen bestehen. Diese sind zwar unmagnetisch, jedoch leitend, so dass der Maschinenwirkungsgrad durch die entstehenden Wirbelstromverluste stark reduziert wird. Ein weiteres Problem sind die im Falle einer Asynchronmaschine auftretenden Stromwärme- und Ummagnetisierungsverluste, die eine Zwangsspülung des Läuferraumes erforderlich machen. Wird Erregung hingegen über Permanentmagnete erzeugt, so ist die Realisierung größerer Luftspalte und damit auch eine Hermetisierung der Ständerwicklungen über nicht metallische Spaltrohre möglich, ohne dass dadurch der Maschinenwirkungsgrad gemindert wird. Weiterhin entfallen die im Läufer einer Asynchronmaschine auftretenden Verluste, weshalb grundsätzlich auf eine Zwangsspülung verzichtet werden kann.
Das die Ständerwicklungen tragende Gehäuse kann aus Stahlguss gefertigt sein, wobei im Rahmen des Patentanspruchs 11 eine rohrförmige Gestalt des Gehäuses als besonders vorteilhaft angesehen wird. Vor allem wird eine lange schlanke Gestalt des Gehäuses als zweckmäßig erachtet, so dass sich das Gehäuse radial nicht oder nicht wesentlich über den Umfang der zur Ankopplung an ein Rohrleitungssystem erforderlichen Saugflansche und Druckflansche erstreckt. Eine Ausnahme kann hierbei ein an dem Gehäuse angeordneter Klemmenkasten sein, der zum Anschluss der Pumpe an eine elektrische Stromversorgung erforderlich ist.
Eine Gewichtseinsparung ist auch dadurch möglich, dass das Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist (Patentanspruch 12).
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, den Rotor über verschleißfreie Magnetlager in dem Gehäuse zu lagern (Patentanspruch 13). Die konkrete Lagergestaltung richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall, wobei es nicht grundsätzlich erforderlich ist, den Rotor bzw. die Hohlwelle über zwei Gleitlager gegenüber dem Gehäuse zu lagern. Es ist auch denkbar, dass nur ein Ende der Hohlwelle gegenüber dem Gehäuse der Motoreinheit gelagert ist, während das andere Ende der Hohlwelle das Laufrad der Pumpeneinheit trägt, an welchem ein zweites Lager vorgesehen ist, das in einem Gehäuse der Pumpeneinheit gelagert ist. Zur Montage und Demontage kann das gesamte Gehäuse im Bereich des Laufrades in radialer Richtung geteilt ausgeführt sein.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass das Laufrad mit der Hohlwelle einstückig ausgebildet ist. Das Laufrad kann auch als separates Bauteil gefertigt sein und über eine kraftschlüssige, stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung mit der Hohlwelle bzw. dem Rotor gekoppelt sein. Insbesondere kann das Laufrad unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Adapterrings auf die Hohlwelle geschrumpft sein. Wesentlich ist, dass das Laufrad unmittelbar fluidleitend mit dem Innenraum der Hohlwelle kommuniziert. Vorzugsweise besitzt die Hohlwelle den gleichen Innendurchmesser wie der angeschlossene Leitungsstrang, so dass sich im Innenraum der Pumpe keine Strömungsverluste durch Querschnittsverengungen ergeben.
Grundsätzlich ist es möglich, die Pumpe im Bereich des Laufrades als Winkelpumpe zu konfigurieren, d.h. Saugflansch und Druckflansch der Pumpe liegen im Winkel insbesondere senkrecht zueinander. Hierzu braucht lediglich der laufradseitige Flansch ausgetauscht zu werden, wobei der Aufbau der Pumpe im übrigen unverändert bleibt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist, dass zur Verwirklichung unterschiedlicher Baugrößen lediglich das Gehäuse mit den Ständerwicklungen sowie der Rotor mit der Hohlwelle verkürzt bzw. verlängert ausgeführt werden muss, während das Laufrad grundsätzlich identisch bleiben kann.
Ein weiterer Vorteil einer Pumpe mit drehzahlgeregeltem Synchronmotor ist, dass der Synchronmotor im Einsatzfall langsam auf Betriebsdrehzahl läuft und anders als ein Asynchronmotor nicht sofort mit voller Drehzahl in Betrieb genommen wird. Das Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Pumpe stabilisiert sich in der Ausführungsform als Synchronmaschine schneller als bei einer Ausführungsform als Asynchronmaschine, was gerade bei sehr viskosen Flüssigkeiten, insbesondere bei Ölen, ein großer Vorteil ist. Bei Synchronmotoren ist über die Verwendung moderner Frequenzumrichter und deren Schnittstellen eine Abfrage der Lager- bzw. Motortemperaturen möglich. Grenzwerte können eingehalten werden, wobei eine Beobachtung der Pumpeneinheit über die zuvor genannte Schnittstelle über das Internet möglich ist. Die Möglichkeit der Ferndiagnose erlaubt es im Vorfeld, kritische Betriebsbedingungen zu erkennen, so dass bei rechtzeitigem Einschreiten ein Ausfall der Pumpeneinheit verhindert werden kann. Diese Möglichkeit der Schadensfrüherkennung ist ausgesprochen servicefreundlich.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist insbesondere eine Trafoöl-Umlaufpumpe, wie sie bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommt. Weitere Einsatzmöglichkeiten werden aufgrund der stoffschonenden Förderung in der chemischen und pharmazeutischen Industrie gesehen. Die erfindungsgemäße Pumpe eignet sich nicht nur zur Förderung von reinen Flüssigkeiten, sondern auch zur Förderung von Stoffgemischen, wobei im Rahmen der Erfindung der Begriff Fluide auch Mehrstoffgemische erfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine erste Ausführungsform einer Pumpe;
Figur 2
eine zweite Ausführungsform einer Pumpe in perspektivischer Ansicht im Teilschnitt;
Figur 3
die Pumpe der Figur 2 aus einer anderen Perspektive in Blickrichtung auf das Laufrad und
Figur 4
die Pumpe der Figur 2 in der Seitenansicht im Teilschnitt.
Die in Figur 1 mit 1 bezeichnete Pumpe ist eine Inline-Pumpe mit einem Saugstutzen 2 und einem Druckstutzen 3, wobei ein nicht näher dargestelltes Fluid in Richtung des Pfeils P von einem rotierenden Laufrad 4 durch den Saugstutzen 2 in die Pumpe 1 hinein gesaugt wird und durch den Druckstutzen 3 einem nicht näher dargestellten Rohrleitungssystem zugeführt wird. Die beweglichen Komponenten der Pumpe 1 sind in einem Gehäuse 5 aufgenommen, das in diesem Ausführungsbeispiel gießtechnisch hergestellt ist. Das Gehäuse 5 umfasst ein erstes Gehäuseteil 6 und ein zweites Gehäuseteil 7, wobei die beiden Gehäuseteile 6, 7 in der mit R bezeichneten Radialebene aneinander anliegen. Die beiden Gehäuseteile 6, 7 sind lösbar miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt. In dem ersten Gehäuseteil 6 ist eine elektrische Antriebsmaschine 8 aufgenommen, die als Synchronmotor konfiguriert ist. Die elektrische Antriebsmaschine 8 umfasst eine Ständerwicklung 9 auf einem Blechpaket 10, wobei die Ständerwicklung 9 mit dem Blechpaket 10 an dem ersten Gehäuseteil 6 fixiert ist. Die Ständerwicklung 9 ist über elektrische Zuführungen 11 mit Anschlussklemmen 12 verbunden. Die Anschlussklemmen 12 sind in einem Klemmenkasten 13 angeordnet, der gegenüber den übrigen Gehäusebereichen 6 insbesondere dem Fluid leitenden Bereich gekapselt ausgeführt ist. Der Klemmenkasten 13 ist einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgebildet.
Die Ständerwicklung 9 mit dem Blechpaket 10 umgibt einen Rotor 14, der gegenüber dem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. An dem Rotor 14 sind umfangsseitig Permanentmagnete angeordnet, die einen magnetischen Fluss in einem Luftspalt 16 zwischen dem Rotor 14 und der Ständerwicklung 9 bzw. dem Blechpaket 10 aufbauen. Entsprechend der Funktionsweise eines Synchronmotors folgt der als Polrad ausgebildete Rotor 14 einem in den Ständerwicklungen 9 aufgebauten Ständerdrehfeld, wobei die Drehzahl des Rotors 14 proportional zur Frequenz des Drehfeldes ist. Die Frequenz des umlaufenden Drehfeldes wird über einen nicht näher dargestellten Frequenzumrichter gesteuert.
Das besondere bei der Pumpe ist, dass der Rotor 14 als Hohlwelle 17 konfiguriert ist. Das Fluid wird durch das Innere der Hohlwelle 17 hindurch dem unmittelbar an der Hohlwelle 17 befestigten Laufrad 4 zugeführt. Das Laufrad 4 ist über einen Ringabschnitt 18 durch Aufschrumpfen an der Hohlwelle 17 befestigt, wobei der Ringabschnitt 18 die Hohlwelle 17 radial außenseitig umgreift. Die Hohlwelle 17 mit den darauf angeordneten Permanentmagneten 15 und dem Laufrad 4 bilden eine vormontierte Einheit, die bei geöffnetem Gehäuse in das erste Gehäuseteil 6 einsetzbar ist.
Während an dem einen Ende 19 der Hohlwelle 17 das Laufrad 4 befestigt ist, trägt das andere Ende 20 der Hohlwelle 17 ein Radiallager 21. Das Radiallager 21 kann ein Gleitlager sein und dient zur Lagerung der Hohlwelle 17 und damit des Rotors 14 gegenüber dem ersten Gehäuseteil 6. Ein zweites Lager 22 ist auf dem dem Ringabschnitt 18 abgewandten Ende des Laufrads 4 angeordnet, wobei das Lager 22 auf einem gegenüber dem Laufrad 4 vorstehenden Lagertopf 23 radial außenseitig platziert ist und in einen Lagersitz 24 des zweiten Gehäuseteils 7 fasst.
Das Laufrad 4 fördert das Fluid durch Rotation radial nach außen, wobei es durch einen Überströmkanal 25 dem Druckstutzen 3 zugeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Laufrad 4 ein beidseitig geschlossenes Radialkanalrad mit mehreren vom radial Inneren zum radial Äußeren führenden Kanälen.
Die Ausführungsform der Pumpe 26 der Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen der Figur 1 dadurch, dass ihr Gehäuse 27 rohrförmig ausgebildet ist, wobei an dem einen Ende des Gehäuses 27 ein Saugstutzen 28 mit einem Flansch 29 vorgesehen ist und am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 27 ein Laufrad 30 platziert ist. Ein drittes einen Druckstutzen tragendes Gehäuseteil ist der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Der Druckstutzen entspricht in seiner Konfiguration grundsätzlich derjenigen des Saugstutzen, wobei entsprechende Aussparungen zur Aufnahme des über das Gehäuse 27 vorstehenden Laufrads 30 vorgesehen sind.
Bei dieser Ausführungsform ist der Rotor 31 über Gleitlager 32, 33 gegenüber dem Gehäuse 27 gelagert. Das erste Gleitlager 32 ist an dem dem Saugstutzen 28 zugewandten Ende des der Hohlwelle 34 unter Zwischenschaltung eines ringförmigen Lagerträgers 35 am Rotor 31 befestigt. Das Gleitlager 32 liegt mit seiner äußeren Radialfläche an einem Lagersitz 36 im Saugstutzen 28 an. Der Saugstutzen 28 dient gleichzeitig als Lagerschild. Das erste Gleitlager 32 nimmt lediglich radiale Lagerkräfte auf, während das zweite Gleitlager 33 im Querschnitt L-förmig konfiguriert ist und sowohl radiale als auch axiale Lagerkräfte aufnimmt. Hierzu ist ein entsprechender Lagerträger 37 in L-förmiger Konfiguration an dem dem Saugstutzen 28 abgewandten Ende der Hohlwelle 34 angeordnet. Der Lagerträger 37 dient gleichzeitig zur Fixierung des Laufrads 30 gegenüber der Hohlwelle 34 und damit des Rotors 31. Das Laufrad 30 ist in dieser Ausführungsform ein halbaxiales Laufrad, wobei innerhalb des Laufrads 30 ein entgegen der Strömungsrichtung P weisender kegelförmiger Leitkörper vorgesehen ist, der auf seiner dem Gehäuse 27 abgewandten Seite ein Axialgleitlager 38 aufweist, um Axialkräfte gegenüber einem nicht näher dargestellten Leitrad auffangen zu können.
Die Ausführungsform der Figur 3 zeigt die Pumpe 26 der Figur 2 aus einer anderen Perspektive, wobei erkennbar ist, dass rohrförmige Gehäuse 27 gleichmäßig am Außenumfang verteilte Längsrippen aufweist, die einerseits zur Aussteifung des Gehäuses 27 dienen und andererseits jeweils endseitig zur schraubtechnischen Befestigung einerseits des Saugstutzens 28 und andererseits eines Lagerschilds 39 dient. Aus Figur 3 ist erkennbar, wie das Laufrad 30 und das nachgeschaltete Leitrad 31 angeordnet sind, wobei das Leitrad 31 dazu dient, das aus dem Laufrad 30 radial austretende Fluid in die Mitte des Strömungskanals des nicht näher dargestellten Druckstutzens zu führen. Das Leitrad 31 kann mit dem nicht näher dargestellten Druckstutzen verklebt sein.
Figur 4 zeigt die Pumpe 26 in einer Seitenansicht im Teilschnitt, wobei aus dieser Darstellung erkennbar ist, dass die L-förmigen konfigurierten Gleitlager 33 einerseits an dem Lagerträger 37 und andererseits an dem Lagerschild 39 abgestützt sind.
Die bei den dargestellten Ausführungsformen separat ausgebildeten Flansche des Saugstutzens und des Druckstutzens können auch unmittelbar an dem Gehäuse z.B. in Form von Lagerschilden ausgebildet sein, wobei sie dann als Einschraubflansche gestaltet sind. Es ist auch möglich, an stirnseitig vorgesehenen Einschraubflanschen separate Flansche anzuschrauben, insbesondere um die Pumpe an verschiedene Rohrleitungssysteme anschließen zu können.
Druckstutzen bzw. Saugstutzen im Sinne der Erfindung bedeutet, dass ein an den jeweiligen Anwendungsfall angepasster Anschluss für Rohrleitungskomponenten vorgesehen ist, wobei die Anschlüsse die in den Figuren gezeigte Gestaltung aufweisen können. Die gesamte Pumpe kann im Rahmen der Erfindung auch die äußerliche Gestalt eines Zylinders haben.
Bezugszeichenaufstellung:
1 -
Pumpe
2 -
Saugstutzen
3 -
Druckstutzen
4 -
Laufrad
5 -
Gehäuse
6 -
erstes Gehäuseteil
7 -
zweites Gehäuseteil
8 -
elektrische Antriebsmaschine
9 -
Ständerwicklung
10 -
Blechpaket
11 -
elektrische Zuführungen
12 -
Anschlussklemmen
13 -
Klemmenkasten
14 -
Rotor
15 -
Permanentmagnet an 14
16 -
Luftspalt
17 -
Hohlwelle
18 -
Ringabschnitt
19 -
Ende von 17
20 -
Ende
21 -
Lager
22 -
Lager
23 -
Lagertopf
24 -
Lagersitz
25 -
Überströmkanal
26 -
Pumpe
27 -
Gehäuse
28 -
Saugstutzen
29 -
Flansch
30 -
Laufrad
31 -
Rotor
32 -
Gleitlager
33 -
Gleitlager
34 -
Hohlwelle
35 -
Lagerträger
36 -
Lagersitz
37 -
Lagerträger
38 -
Gleitlager
39 -
Lagerschild
P -
Pfeil
R -
Radialebene

Claims (13)

  1. Pumpe mit einem Sauganschluss (2, 28) und einem Druckanschluss (3) und einem motorisch angetrieben Laufrad (4, 30) zur Förderung von Fluiden, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (4, 30) mit einem Ende (17) eines Rotors (14, 31) einer elektrischen Antriebsmaschine (^8) verbunden ist, wobei der Rotor (14, 31 ) als Hohlwelle (17, 34) konfiguriert ist und das zu fördernde Fluid durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle (17, 34) strömt.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch die Hohlwelle (17) ansaugbar ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (8) ein Synchronmotor ist.
  4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftspalt (16) des Synchronmotors (8) ein von an der Hohlwelle (17, 34) angeordneten Permanentmagenten (15) erzeugter Magnetfluss vorhanden ist.
  5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der elektrischen Antriebsmaschine (8) ein Frequenzumrichter vorgesehen ist.
  6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14, 31) auf Gleitlagern (32, 33) gelagert ist.
  7. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufspalt (16) des Synchronmotors (8) von dem zu fördernden Fluid durchströmbar ist.
  8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlager (32, 33) von dem zu fördernden Fluid geschmiert sind.
  9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Laufrad (30) ein Leitrad (31) angeordnet ist, wobei zwischen Laufrad (30) und Leitrad (31) ein Gleitlager (38) angeordnet ist.
  10. Pumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Luftspalts (16) ein sich in Längsrichtung des Luftspalts (16) erstreckendes Spaltrohr angeordnet ist, durch welche Ständerwicklungen (9) gegenüber dem zu fördernden Fluid gekapselt sind.
  11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Ständerwicklungen (9) tragendes Gehäuse (27) rohrförmig ausgebildet ist.
  12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (27) aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
  13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4, 30) über Magnetlager in dem Gehäuse (5, 27) gelagert ist.
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