EP2199616B1 - Kreiselpumpe mit einer feststehenden Achse - Google Patents

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EP2199616B1
EP2199616B1 EP09012896.8A EP09012896A EP2199616B1 EP 2199616 B1 EP2199616 B1 EP 2199616B1 EP 09012896 A EP09012896 A EP 09012896A EP 2199616 B1 EP2199616 B1 EP 2199616B1
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Definitions

  • the characterizing part of claim 1 achieves that an exact association between the axis and an inner wall region of the pump head is achieved, whereby the annular leakage gap is reduced and the pump efficiency is significantly improved. This particularly affects centrifugal pumps with high delivery pressure but low delivery volume.
  • the axial bearing ring serves for the axial bearing of the pump impeller on the axle.
  • the axis projects with a substantial part of its length freely into a cavity which is delimited by the heat-conducting body. This cavity is flowed through by the pumped medium to cool the pump.
  • Fig. 1 shows a sectional view through a driven by an axial motor 56 centrifugal pump 1, comprising a pump housing 4, consisting of the first pump housing part 2, a second pump housing part 24, with a split plate 18 and a drying chamber 54 delimiting a motor housing 14, a pump impeller 5, on an axis 3 is rotatably supported via a fixed bearing 12, which fixed bearing 12 axially on the one hand to a second Axiallagerring 8 and the other to a first Axiallagerring 9 is supported, consisting of aluminum, a part of the stator 55 forming heat conducting body 10, stator 15, stator windings 16, a Printed circuit board 17, which is fastened with stator mounting screws 21 on the heat conducting body 10 to the second pump housing part 24.
  • Fig. 4 shows spatial views of the first pump housing part 2, with the mandrel 22, the spokes 23, the passage 25 and a receiving space 44 for the first thrust bearing ring.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch betriebene Kreiselpumpe (1) mit einer feststehenden Achse (3), auf der ein permanentmagnetisches Pumpenlaufrad (5) drehbar gelagert ist, das mit einem elektronisch kommutierten Stator zusammenwirkt, mit einem mehrteiligen Pumpengehäuse (4), das einen Saugstutzen (6) und einen Druckstutzen (7) umfasst, wobei die Achse (3) mit einem als Pumpenkopf bezeichneten ersten Pumpengehäuseteil (2), das den Saugstutzen (6) umfasst oder an diesen angeschlossen ist, fest verbunden ist, und die Achse (3) eine Symmetrieachse zu einem Innenwandungsbereich des Pumpenkopfs (2) bildet.
  • Eine gattungsgemäße Kreiselpumpe ist aus der JP 2002257074 bekannt, bei dieser ist eine Achse fest mit einem Pumpenkopf verbunden. Auf dieser Achse ist ein Kreiselpumpenlaufrad, das ein einziges Festlager aufweist, drehbar gelagert. Axial ist das Kreiselpumpenlaufrad durch ein mit der Achse verbundenes Haltemittel gesichert.
  • Aus der DE 196 46 617 A1 ist eine weitere Kreiselpumpe bekannt, bei der eine Achse in der Pumpe aufgenommen ist, wobei diese jedoch eingesteckt ist, wodurch geringe Ungenauigkeiten der Zuordnung zwischen Achse und Pumpengehäuse in Kauf genommen werden müssen. Ein Kreiselpumpenlaufrad ist zwischen einem an einem Pumpenkopf und einem an einer Spaltplatte abgestützten Axiallager gelagert.
  • Die DE 10 2006 034 385 A1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem einseitig auf einer in einem Spalttopfboden befestigten Achse gelagerten Kreiselpumpenlaufrad.
  • Bei aus der US 4,013,384 , bzw aus der JP 51-14803 bekannten mit Hilfe von Magnetkupplungen angetriebenen Kreiselpumpen, sind zwei Radiallager und zwei Axiallager erforderlich. Ein Lager ist in einem Spalttopfboden aufgenommen.
  • Die EP 1 329 638 A1 zeigt eine ebenfalls eine über eine Magnetkupplung angetriebene Kreiselpumpe, bei der ein Kreiselpumpenlaufrad ausschließlich im Pumpenkopf gelagert ist. Die Lagerung erfolgt über zwei voneinander beabstandete Kugellager.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung bei einer Kreiselpumpe der eingangs genannten Gattung für einen hervorragenden Wirkungsgrad bei einer kompakten Bauweise zu sorgen. Weiter soll die Kreiselpumpe eine hohe Lebensdauer und eine verbesserte Wärmeabfuhr gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Hierdurch wird erreicht, dass eine exakte Zuordnung zwischen der Achse und einem Innenwandungsbereich des Pumpenkopfs erreicht wird, wodurch der ringförmige Leckagezwischenraum verringert wird und der Pumpenwirkungsgrad deutlich verbessert wird. Dies wirkt sich insbesondere bei Kreiselpumpen mit hohem Förderdruck aber geringem Fördervolumen aus. Der Axiallagerring dient zur axialen Lagerung des Pumpenlaufrades auf der Achse. Die Achse ragt mit einem wesentlichen Teil seiner Länge frei in einen Hohlraum hinein, der vom Wärmeleitkörper begrenzt wird. Dieser Hohlraum wird vom Fördermedium durchströmt, um die Pumpe zu kühlen.
  • Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Eine sichere Befestigung der Achse ergibt sich dadurch, dass sie vom Gehäusematerial des Pumpenkopfs formschlüssig umgeben ist.
  • Bei einer teilweise hohl gestalteten Achse lässt sich ein Kühlmittelstrom durch diese leiten und zu einer besseren Entwärmung der Pumpe beitragen.
  • Um einen geringen Verschleiß der Achse zu erreichen ist es zweckmäßig diese aus Keramikmaterial auszuführen.
  • Zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Axiallagerring ist ein Lageraufnahmering vorgesehen.
  • Der Wärmeleitkörper, in dem der erste Axiallagerring aufgenommen ist, ragt in den Pumpenraum hinein.
  • Vorzugsweise beträgt der Anteil der frei in den Hohlraum hineinragenden Achse zwischen 30 und 50% der Gesamtlänge der Achse.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung durch eine Kreiselpumpe,
    Fig. 2
    eine Explosionsdarstellung der Kreiselpumpe,
    Fig. 3
    räumliche Ansichten eines Wärmeleitkörpers,
    Fig. 4
    räumliche Ansichten eines ersten Pumpengehäuseteils,
    Fig. 5
    räumliche Ansichten eines zweiten Pumpengehäuseteils,
    Fig. 6
    eine Schnittansicht durch das erste Pumpengehäuseteil mit einer montierten feststehenden Achse und
    Fig. 7
    eine vergrößerte Teilschnittansicht der Pumpe.
  • Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine von einem Axialmotor 56 betriebene Kreiselpumpe 1, mit einem Pumpengehäuse 4, bestehend aus ersten Pumpengehäuseteil 2, einem zweiten Pumpengehäuseteil 24, mit einer Spaltplatte 18 und einem eine Trockenkammer 54 begrenzenden Motorgehäuse 14, einem Pumpenlaufrad 5, das auf einer Achse 3 über ein Festlager 12 drehbeweglich gelagert ist, welches Festlager 12 axial einerseits an einem zweiten Axiallagerring 8 und andererseits an einem ersten Axiallagerring 9 abstützbar ist, einem aus Aluminium bestehenden, ein Bestandteil des Stators 55 bildenden Wärmeleitkörper 10, Statorpolen 15, Statorwicklungen 16, einer Leiterplatte 17, die mit Stator-Befestigungsschrauben 21 über dem Wärmeleitkörper 10 an dem zweiten Pumpengehäuseteil 24 befestigt ist. Am ersten Pumpengehäuseteil 2 ist ein Saugstutzen 6 angeordnet, der koaxial mit der Achse 3 ist. Die Achse 3 ist in einem Aufnahmedorn 22 befestigt, der über Speichen 23 mit dem Saugstutzen 6 einstückig ist. Das Ende des Aufnahmedorns 22 verjüngt sich, um dem anströmenden Pumpenmedium nur geringen Widerstand entgegenzubringen. Das Zentrum des Aufnahmedorns 22 bildet ein Durchgang 25 zu einem Strömungskanal 26 im Zentrum der hohlen Achse 3. Der Wärmeleitkörper besteht aus einer Statortragscheibe 40, in dessen zentralem Bereich ein Statortragrohr 39 und an dessen Peripherie drei Abstandshülsen 38 vorspringen. Der Verbindungsbereich des Wärmeleitkörpers 10 mit der Spaltplatte 18 ist über eine Ringschnurdichtung 19 abgedichtet, die in einer umlaufenden Nut 29 im Statortragrohr 39 eingelegt ist. Stator-Befestigungsschrauben 21 dienen zur Befestigung einer Leiterplatte 17 und zur Befestigung des Wärmeleitkörpers 10 am zweiten Pumpengehäuseteil 24.
  • Fig. 2 zeigt von oben nach unten, das Motorgehäuse 4, mit dem angeformten Steckergehäuse 28, die Stator-Befestigungsschrauben 21, die Leiterplatte 17, den Wärmeleitkörper 10, mit der Statortragscheibe 40, den Abstandshülsen 38, dem Statortragrohr 39 und der Nut 29, dem Lageraufnahmering 20, dem Axiallagerring 9, einem Stator-Rückschlussring 27, die mit Rückschluss-Befestigungsschrauben 37 befestigt sind, Isolierstoffkörpern 30, mit Anschlussstiften 31, wobei die Isolierstoffkörper 30 mit Statorwicklungen 16 bewickelt sind, die Statorpole 15, mit im Querschnitt größeren Polschuhen 32, einem Rotormagneten 33, einer Rotor-Rückschlussring 34, dem Festlager 12, mit Kerben 41 zur innigeren Verbindung mit dem Pumpenlaufrad 5, einer Deckscheibe 36, dem zweiten Pumpengehäuseteil 24 mit der Spaltplatte 18, der Achse 3, dem ersten Pumpengehäuse 2 einem Befestigungsring 35, dem Saugstutzen 6 und einem Druckstutzen 7. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 2 die Reihenfolge der Bauteile teilweise vertauscht.
  • Bei dem Pumpenmotor aus den Figuren 1 und 2 handelt es sich um einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit parallel zur Drehachse ausgerichteten Einzelpolen mit jeweils einer Zylinderspule. Der Motor weist einen axialen Luftspalt auf. Der Rückschlussring 27 des Stators besteht aus einem Blechstapel. Die Statorpole 15 sind pulvermetallisch hergestellt. Rückschlussring 27 und Pole 15 sind miteinander und mit dem Statorkörper verschraubt. Durch eine andere Schraubverbindung ist die Leiterplatte 17 mit dem Wärmeleitkörper 10 und dem zweiten Pumpengehäuseteil 24 verschraubt. Das Pumpenlaufrad 5 bildet den permanentmagnetischen Rotor des Gleichstrommotors, mit dem Rotormagneten 33, dem Rotorrückschlussring 34 und dem hohlzylindrischen Festlager 12. Der Rotormagnet 33, sowie der Rotorrückschlussring 34
  • Fig. 3 zeigt räumliche Ansichten des Wärmeleitkörpers 10, mit der Statortragscheibe 40, dem Statortragrohr 39, den Abstandshülsen 38, der Nut 29, einem Aufnahmeraum 42 für den Lageraufnahmering 20 und Pol-Befestigungsausnehmungen 43.
  • Fig. 4 zeigt räumliche Ansichten des ersten Pumpengehäuseteils 2, mit dem Aufnahmedorn 22, den Speichen 23, dem Durchgang 25 und einem Aufnahmeraum 44 für den ersten Axiallagerring.
  • Fig. 5 zeigt räumliche Ansichten des zweiten Pumpengehäuseteils 24, mit der Spaltplatte 18, die im Bereich der zu montierenden Pole Vertiefungen 45 aufweisen um einen möglichst geringen Luftspalt im magnetischen Kreis des Motors zu erhalten, einen zentralen Durchgang 46 für die Achse 3 und drei Gewindebuchsen 47 zur Befestigung des Stators mit Hilfe der Stator-Befestigungsschrauben.
  • Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht durch das erste Pumpengehäuseteil 2 mit der montierten feststehenden Achse 3, mit ihrem Strömungskanal 26, dem Durchgang 25, dem zweiten Axiallagerring 8, den Speichen 23 und dem Saugstutzen 6. Die Achse weist eine Kerbe 48 auf, die eine innige Verbindung mit dem Aufnahmedorn sicherstellt.
  • Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe 1, diese ist so gestaltet, dass ein kontinuierlicher Kühl- und Entgasungsstrom von einem Druckbereich 51 her über den "Luftspalt" 49 und einem ringförmigen Spalt 50 zwischen dem ersten Axiallagerring 9 und der Achse 3 in den Hohlraum 11 und von dort über den Strömungskanal 26 der hohlen Achse 3 und den Durchgang 25 des Aufnahmedorns 22 zurück in den Ansaugbereich 52 verläuft. Die Besonderheit hierbei ist die große Fläche über welche der Wärmeleitkörper 10, der aus dem gut wärmeleitenden Aluminium besteht, mit dem Fördermedium in Kontakt steht. Die Größe dieser Fläche wird bestimmt durch die Länge des Hohlraums 11, dessen Durchmesser, die Länge des Statortragrohrs 39, das in den Pumpenraum 13 hineinragt und dessen Durchmesser. Durch die beschriebene Gestaltung wird das Fördermedium in eine Art mäanderförmigen Verlauf gezwungen und kann länger als bei bisher bekannten Lösungen Wärme aus dem Wärmeleitkörper 10 aufnehmen und abtransportieren. Trotz dieser großen Wärmeübergangsfläche ist die Baugröße gegenüber vergleichbaren Pumpen nicht vergrößert und es ist zudem nur eine kleiner ringförmiger Dichtbereich vorhanden, der mit einfachen Mitteln, wie hier mit der in die Nut 29 eingelegten Ringschnurdichtung 19, abdichtbar ist. In Fig. 7 ist deutlicher als in Fig. 1 ein Spalt 53 zwischen der Deckscheibe 36 des Pumpenlaufrads 5 und dem ersten Pumpengehäuseteil 2 zu erkennen. Dieser Spalt 53 muss möglichst klein sein, um einen großen Wirkungsgrad zu erreichen. Durch die beim Urformvorgang des ersten Pumpengehäuseteils 2 exakt ausgerichtete Achse 3 wird eine maximale Genauigkeit erreicht. Bezugszeichenliste
    1 Kreiselpumpe 35 Befestigungsring
    2 Pumpengehäuseteil (Pumpenkopf) 36 Deckscheibe (zu Pumpenlaufrad 5)
    3 Achse 37 Rückschluss-Befestigungsschrauben
    4 Pumpengehäuse 38 Abstandshülsen
    5 Pumpenlaufrad 39 Statortragrohr
    6 Saugstutzen 40 Statortragscheibe
    7 Druckstutzen 41 Kerbe
    8 zweiter Axiallagerring 42 Aufnahmeraum
    9 erster Axiallagerring 43 Pol-Befestigungsausnehmungen
    10 Wärmeleitkörper 44 Aufnahmeraum für Axiallagerring
    11 Hohlraum 45 Vertiefungen für Pole
    12 Hohlzylindrisches Festlager 46 Durchgang für Achse
    13 Pumpenraum 47 Gewindebuchse
    14 Motorgehäuse 48 Kerbe in Achse
    15 Statorpol 49 Luftspalt
    16 Statorwicklung 50 Ringspalt
    17 Leiterplatte 51 Druckbereich
    18 Spaltplatte 52 Ansaugbereich
    19 Ringschnurdichtung 53 Spalt
    20 Lageraufnahmering 54 Trockenkammer
    21 Stator-Befestigungsschrauben 55 Stator
    22 Aufnahmedorn 56 Axialmotor
    23 Speichen
    24 zweites Pumpengehäuseteil
    25 Durchgang im Aufnahmedorn
    26 Strömungskanal
    27 Stator-Rückschlussring
    28 Steckergehäuse
    29 Nut
    30 Isolierstoffkörper
    31 Anschlussstift
    32 Polschuh
    33 Rotormagnet
    34 Rotor-Rückschlussring

Claims (15)

  1. Elektromotorisch betriebene Kreiselpumpe (1) mit einer feststehenden Achse (3), auf der ein permanentmagnetisches Pumpenlaufrad (5) drehbar gelagert ist, das mit einem elektronisch kommutierten Stator zusammenwirkt, mit einem mehrteiligen Pumpengehäuse (4), das einen Saugstutzen (6) und einen Druckstutzen (7) umfasst, wobei die Achse (3) mit einem als Pumpenkopf bezeichneten ersten Pumpengehäuseteil (2), das den Saugstutzen (6) umfasst oder an diesen angeschlossen ist, fest verbunden ist, und die Achse (3) eine Symmetrieachse zu einem Innenwandungsbereich des Pumpenkopfs (2) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher Teil der Achse (3) frei in einen Hohlraum ragt, der von einem Wärmeleitkörper (10) begrenzt wird, und dass ein Axiallagerring (9) zur Abstützung des Pumpenlaufrads (5) in dem Wärmeleitkörper (10) aufgenommen ist.
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) ausschließlich im ersten Pumpengehäuseteil (2) befestigt ist.
  3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) ausschließlich im ersten Pumpengehäuseteil (2) oder pumpenkopffesten Teilen abgestützt ist.
  4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) formschlüssig mit einem Aufnahmedorn (22) des ersten Pumpengehäuseteils (2) verbunden ist.
  5. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) teilweise hohl ist.
  6. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) über ihre volle Länge hohl ist.
  7. Kreiselpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) aus einem keramischen Material besteht.
  8. Kreiselpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Axiallagerring (8) für die Axiallagerung des Pumpenlaufrads auf der Achse (3) angeordnet ist.
  9. Kreiselpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Axiallagerring (8) für die Axiallagerung des Pumpenlaufrads im Pumpenkopf (2) angeordnet ist.
  10. Kreiselpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Axiallagerring (9) und dem Wärmeleitkörper (10) ein Lageraufnahmering (20) angeordnet ist.
  11. Kreiselpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (5) zwischen den beiden Axiallagerringen (8, 9) angeordnet und frei drehbar gelagert ist.
  12. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (5) ein hohlzylindrisches Festlager (12) aufweist, das an beiden Stirnseiten Gleitflächen besitzt, mit denen es an den Axiallagerringen (8, 9) abstützbar ist.
  13. Kreiselpumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (10) in den Pumpenraum vorragt.
  14. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der frei in den Hohlraum (11) ragende Abschnitt der Achse (3) einen 20 - 60 %-igen Anteil an der Gesamtlänge der Achse (3) einnimmt.
  15. Kreiselpumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Fördermediums über einen geschlossenen Pfad vom Druckbereich der Pumpe über den Luftspalt zwischen dem Pumpenlaufrad (5) und einer Spaltplatte (18) des zweiten Pumpengehäuseteils (24), einem Zwischenraum zwischen dem ersten Axiallagerring (9) und der Achse (3), dem Hohlraum (11) einem Strömungskanal (26) der Achse (3) und einem Durchgang (25) eines Aufnahmedorns (22) des Pumpenkopfs zurück in den Hauptfluidstromkreis führbar ist.
EP09012896.8A 2008-12-19 2009-10-13 Kreiselpumpe mit einer feststehenden Achse Not-in-force EP2199616B1 (de)

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EP2199616A2 EP2199616A2 (de) 2010-06-23
EP2199616A3 EP2199616A3 (de) 2012-07-11
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US (1) US8303268B2 (de)
EP (1) EP2199616B1 (de)
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