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DIM360 (Ver 1.5 21 Nov 2005) - 1100000/0
1052410
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A2
20001115
EP
00108901.0
20000427
de
de
de
19921362
19990510
DE
19921365
19990510
DE
20001115
200046
20001115
200046
7
7F 04D 13/06 A
7F 04D 29/22 B
7F 01P 5/10 B
de
Auf den Rotor aufgestecktes Laufrad
en
Impeller attached to a rotor
fr
Rouet monté sur un rotor
1
WILO GmbH
01479411
BR/sh 590135EP
Nortkirchenstrasse 100
D-44263 Dortmund
DE
Genster, Albert
Lehmbruckstrasse 4
45768 Marl
DE
Fabricius, Ingo
Lütgendortmunder Hellweg 35
44388 Dortmund
DE
COHAUSZ HANNIG DAWIDOWICZ & PARTNER
00101237
Schumannstrasse 97-99
40237 Düsseldorf
DE
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Elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere Spaltrohrpumpe, zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem, mit einem Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen hohlen Rotorzylinder mit in Zylinderwandung befindlichen permanentmagnetischen Bereichen aufweist, der an einer Stirnseite ein Laufrad trägt und in dessen Hohlraum ein Rotorlager angeordnet ist, wobei das Laufrad 9 in Umfangsrichtung formschlüssig und in axialer Richtung kraftschlüssig oder formschlüssig auf die stirnseitige Wandung des Rotorzylinders 13 aufsetzbar ist .
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere eine Spaltrohrpumpe zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem mit Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen hohlen Rotorzylinder mit in der Zylinderwandung angeordneten Permanentmagneten aufweist, in dessen Hohlraum ein Rotorlager angeordnet ist und der an einer Stirnseite ein Laufrad trägt.
Derartige konstruktiv einfache und mitunter in vorteilhafter Blockbauweise aufgebaute Pumpen mit geringer Leistung bis etwa 100 Watt sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen einen dickwandigen Rotorzylinder auf, in dessen Hohlraum eine starre Achse hineinrag, wobei auf der Achse der Rotor drehbar gelagert ist. Das Laufrad ist dabei direkt an der Stirnseite des insbesondere aus Kunststoff gefertigten Rotorzylinders angeformt, so daß auf eine Welle zwischen dem Rotor und dem Laufrad verzichtet werden kann.
Die Magnetisierung des Rotors wird in einer besonderen Ausführungsform mittels eines magnetisierbaren Materials, beispielsweise mit einem Metallpulver, erreicht, das mit dem Kunststoff vermengt ist aus dem der Rotorzylinder hergestellt ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpen sind der Rotorzylinder und das Laufrad einstückig aus derartigem magnetisierbarem" Kunststoff gefertigt, insbesondere aus diesem Kunststoff gespritzt. Der Rotor wird nach der Fertigung durch Anlegen äußerer magnetischer Felder magnetisiert.
Nachteilig an den bekannten Pumpen ist, daß die ganze Rotor-Laufrad-Einheit aus dem teuren magnetisierbaren Kunststoff gefertigt werden muß, obwohl die Magnetisierung lediglich in den kleinen den Statorspulen zugewandten Bereichen des Rotors notwendig ist. Die Rotor-Laufrad-Einheit ist daher teuer. Weiterhin ist nachteilig, daß in dem Spritzprozeß nur offene Laufräder hergestellt werden können, die bekanntermaßen einen sehr geringen Wirkungsgrad haben.
Zudem ist der Nutzer auf die einmal gewählte Laufradgeometrie angewiesen, da bei den bekannten Pumpen eine Anpassung der Pumpe an die besonderen hydraulischen Gegebenheiten durch einen Wechsel der Laufrades ausgeschlossen ist. Zum Austausch eines Laufrades müßte die Rotor-Laufrad-Einheit vollständig ausgewechselt werden. Außerdem ist für die Herstellung einer solchen Einheit jeweils ein besonderes Spritzwerkzeug nötig, was mit entsprechenden Kosten einhergeht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine solche Pumpe zu schaffen, die bei hoher Zuverlässigkeit und kostengünstiger Fertigung eine große Flexibilität in Bezug auf die Anpassung der Pumpe an verschiedene Anforderungen gewährleistet.
Diese Aufgabe ist durch eine Pumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Zentrale Idee der Erfindung ist es, das Laufrad und den Rotorzylinder zu trennen und beide Teile so auszubilden, daß sie zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden werden können. Die Trennung der beiden Teile hat beim Einsatz des mit magnetisierbaren Material versetzten Kunststoffes den Vorteil, daß nur noch der Rotorzylinder auf dem vergleichsweise teuren magnetisierbaren" Kunststoff gefertigt werden muß. Wegen der geringeren benötigten Mengen kann damit unter Beibehaltung der Kosten ein hochwertigeres Material ( Power-Magnet") verwendet werden. Das Laufrad wird dann aus herkömmlichem und billigem Kunststoff gespritzt. Dadurch ist entweder eine erhebliche Kostenersparnis oder eine Leistungssteigerung bei gleichen Kosten möglich.
Die erfindungsgemäße Pumpe mit dem auf dem Rotorzylinder aufgesetzten Laufrad zeichnet sich zudem durch eine große Unempfindlichkeit gegenüber baulichen Toleranzen aus. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist, daß das Laufrad abnehmbar an dem Rotorzylinder aufgesetzbar ist und bei Verschleiß oder Defekt ausgetauscht werden kann. Der teure Rotorzylinder verbleibt in der Pumpe. Die Austauschbarkeit des Laufrades bietet eine größere Flexibilität der Pumpe, da je nach Einsatzgebiet ein entsprechendes Laufrad auf den Rotorzylinder aufsetzbar ist. Damit kann bei jeder Art der Anwendung ein optimaler Wirkungsgrad gewährleistet werden. Das Laufrad kann auch aus Metall gefertigt und auf den Rotorzylinder aufgesetzt sein, wobei Metallaufräder auf einfache Weise auch in geschlossener Form hergestellt werden können. Durch solche geschlossenen Laufräder ist eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe möglich.
Vorteilhafter Weise ist das Laufrad in axialer Richtung kraftschlüssig, insbesondere durch ein Rastgehemme, oder formschlüssig durch ein Rastgesperre auf die Stirnwand des Rotorzylinders aufgesetzt. Dadurch läßt sich die einfache Montage und Demontage des Laufrades gewährleisten. Für die Demontage des Laufrades werden einfach das Pumpengehäuse und der Motorteil getrennt und das Laufrad vom Rotorzylinder abgezogen. Durch diese Ausführungsform ist eine besonders hohe Wartungsfreundlichkeit gegeben.
In einer besonders einfachen Ausführungsform weist die Pumpe eine starre Achse auf, die im Falle einer Spaltrohrpumpe an der hinteren Stirnwand des Spalttopfes angebracht ist und in diesen hinein ragt. Auf der Achse ist der Rotorzylinder mittels eines Gleitlagers gelagert, wobei vorteilhafterweise in den Holraum des aus Kunststoff geformten Rotorzylinders ein Ring eines Kohlelagers eingepreßt ist, der auf der Achse läuft. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch den besonders einfachen mechanischen Aufbau und durch eine große Zuverlässigkeit aus und kann kostengünstig als Massenprodukt hergestellt und vorteilhafterweise im Kühlkreislauf von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Es ist außerdem vorteilhaft, das Laufrad und möglichst viele andere Komponenten der Pumpe aus Kunststoff herzustellen. Dadurch wird eine deutliche Gewichtsreduzierung erreicht, so daß der Einsatz der Pumpen in Kraftfahrzeugen besonders attraktiv wird. Wegen der durch den Kunststoff gegebenen vielseitigen Gestaltungsmöglichkeiten in der Formgebung der Laufradflügel kann das Laufrad individuell an die jeweilige Anforderung angepaßt werden.
Bei der Fertigung des Rotorzylinders aus magnetisierbarem" Kunststoff ist es vorteilhaft, in den Holraum des Rotors eine die Innenwand verkleidende innere Hülse aus Metall einzupressen oder einzulassen, um eine größere Stabilität des Rotors zu gewährleisten. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, diese Hülse zum Laufrad hin über die Stirnseite des Rotorzylinders überstehen zu lassen, und den überstehenden Ring in eine in die rückwärtige Stirnseite des Laufrades eingebrachte und in axialer Richtung sich erstreckende zylindrische Nut einzustecken. Durch diesen eingesetzten Ring wird das Laufrad zentriert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der aus Kunststoff gefertigte Rotorzylinder von einer äußeren Hülse aus Metall umgeben, wobei es besonders vorteilhaft ist, eine Form aus der inneren und der äußeren Hülse zu bilden, in die der Kunststoff für den Rotorzylinder eingegossen werden kann. Auf diese Weise ist einerseits eine große Stabilität des Rotors gegeben, während andererseits die metallischen Hülsen den geschlossenen magnetischen Fluß gewährleisten.
Um den axialen Halt des Rotorzylinders auf der Achse zu sichern ist es vorteilhaft, zwischen dem Rotorzylinder und der Achse ein Axiallager anzuordnen, das in einer besonders einfachen Ausführungsform lediglich von einem Sicherungsring gebildet ist, der in eine in die starre Achse eingebrachte Ringnut eingesetzt ist. Gegen diesen Ring läuft die in den Rotorzylinder eingepreßte Lagerbuchse. Selbst wenn der Rotor in axialer Richtung durch die Kraft der Stator- und Rotormagneten gehalten ist, sichert das Axiallager die Position des Rotorzylinders.
In einer anderen besonders zu bevorzugenden Ausführungsform wird die axiale Lagerung der aus Rotor und Laufrad gebildeten Einheit durch ein Gleitlager bewerkstelligt, das zwischen dem Laufrad und der Innenwand der Laufradkammer angeordnet ist. Das hat den großen Vorteil, daß der Bypaßstrom um das Laufrad herum nahezu unterbunden ist, was gerade bei Kreiselpumpen kleiner Abmessungen und geringer Leistung für die Erhöhung des Wirkungsgrades eine entscheidende Rolle spielt. Der am Laufrad vorbeiführende Bypaßstrom enthält lediglich das zur Schmierung des Gleitlagers benötigte Medium.
Besonders einfach und vorteilhaft ist es, das Gleitlager als axiales Gleitlager auszubilden, das zwischen einer um die Ansaugöffnung angeordneten Ringfläche und einer Stirnfläche des Laufrades angeordnet ist. Durch dieses Gleitlager ist das Laufrad in axialer Richtung gegen das Pumpengehäuse gehalten. Das Gleitlager ist dabei von besonderem Vorteil, wenn Laufrad und Welle bzw. Rotor in axialer Richtung entkoppelt werden. Das Laufrad ist in diesem Fall schwimmend" in axialer Richtung in der Laufradkammer gehalten, was zu einer großen Toleranz gegenüber baulichen Ungenauigkeiten und damit zu einer Vereinfachung der Fertigung beiträgt. Die größere Unempfindlichkeit wirkt sich außerdem bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung der einzelnen Bauteile aus. Vorteilhafter Weise bleibt das Laufrad in axialer Richtung gegen das Axiallager beweglich. Der Rotorzylinder wird dabei durch die magnetischen Kräfte zwischen dem Stator und dem Rotor in axialer Richtung stabilisiert.
Bei einer solchen schwimmenden Lagerung ist es vorteilhaft, das Laufrad auf einer separaten Laufradachse drehbar zu lagern, die in die Laufradkammer hineinragt. Das Laufrad weist in dieser Ausführungsform eine zentrale Nabe auf, in der die Lagerbuchse eines Kohlelagers eingepreßt sein kann und in welche die Laufradachse eingesteckt ist. In dieser Ausführungsform kann der hydraulische Teil vollständig vom elektrischen Teil getrennt werden, was zu einer großen Wartungsfreundlichkeit der Kreiselpumpe führt.
Besonders vorteilhafte Formen der erfindungsgemäßen Pumpe sind in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1
eine Kreiselpumpe mit einem auf den Rotor aufgesteckten Laufrad und
Figur 2
eine Kreiselpumpe mit Axaillager im Pumpengehäuse
In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine elektrisch betriebene Spaltrohrpumpe gezeigt, wie sie zur Förderung des Kühlmediums in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der von einem Motorgehäuse 1 aus Kunststoff umgebene elektrische Antrieb der Pumpe weist einen Stator mit Statorwicklungen 2 auf, die über Leitungen 3 an eine Versorgungsspannung angelegt werden. Die Steuerungselektronik 4 der Pumpe ist an der hinteren Stirnseite der Pumpe angeordnet. Der Stator ist durch einen Spalttopf 5 von einem innerhalb des Stators drehbar gelagerten Rotor 6 hydraulisch getrennt. Das Motorgehäuse 1 ist über einen Flansch an einem Pumpengehäuse 7 befestigt und mit einer O-Ring Dichtung 8 abgedichtet.
In einer im Pumpengehäuse 7 befindlichen Laufradkammer ist ein in diesem Falle offenes Laufrad 9 mit Flügeln 10 angeordnet, dem das Medium über einen Einlaßstutzen 11 zugeführt wird und welches das Medium zu einem Auslaßstutzen 12 fördert. Das Laufrad mit den angeformten Flügeln 10 ist in diesem Falle aus Kunststoff geformt.
Der Rotor 6 weist einen holen Rotorzylinder 13 auf, der in diesem Falle aus Kunststoff geformt ist, wobei in den Kunststoff ein magnetisierbares Material eingebettet ist. Nach der Magnetisierung des Materiales trägt die Außenwandung des Rotorzylinders 13 Permanentmagneten, die mit den Statorwicklungen 2 zusammenwirken. In den Innenraum des Rotorzylinders 13 ist eine Metallhülse 14 eingebracht, die zur Stabilisierung des Rotorzylinders 13 dient. In diese Metallhülse 14 ist eine Buchse 15 eines Kohlelagers eingepreßt, die drehbar auf einer starren Achse 16 gelagert ist. Gegen eine Verschiebung in axialer Richtung ist der Rotorzylinder 13 durch ein Axiallager mit einem Gleitring 17 in der Art eines Sicherungsringes gesichert, der in eine Nut am Kopf der Achse 16 eingesetzt ist. Die starre Achse 16 ist in eine am Spalttopf 5 angeformte zylindrische Halterung 20 eingesteckt.
Das Laufrad 9 ist auf die stirnseitige Wandung des Rotorzylinders 13 aufgesetzt und wird durch eine Halterung in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten. Dazu sind an der Rückseite des Laufrades 9 angeordnete Stifte 18 in entsprechende Ausnehmungen in der Stirnseite des Rotorzylinders eingesetckt. In axialer Richtung ist das Laufrad 9 kraftschlüssig gehalten. Zur Zentrierung des Laufrades weist dieses in seiner Rückseite eine sich axial erstreckende Ringnut 19 auf, in welche die Metallhülse 14 eingeseckt ist.
In Figur 2 ist eine ähnliche Pumpe gezeigt, bei der der Rotorzylinder 13 gegen eine Verschiebung in axialer Richtung durch die magnetische Kraft zwischen dem Stator und dem Rotor gehalten. Die starre Achse 16 ist wiederum in eine am Spalttopf 5 angeformte zylindrische Halterung 15 eingesteckt.
Zwischen dem dem Laufrad 9 und der Innenwand der Laufradkammer ist ein axiales Gleitlager vorgesehen, das in dem Spalt zwischen der die Ansaugöffnung umgebenden Innenwand der Laufradkammer und der Stirnfläche des Laufrades 9 angeordnet ist. Das Laufrad 9 liegt somit über das Gleitlager gegen die Innenwand an, wobei in die Innenwand ein Gleitring 21 eingelassen ist. Zur separaten Lagerung weist das Laufrad eine Nabe 25 auf, mit der es auf einer am Pumpengehäuse angebrachten und in die Laufradkammer hineinragenden Laufradachse 21 gleitet. Die Laufradachse 21 ist in eine am Pumpengehäuse angeformte Buchse 22 eingesteckt, wobei die Buchse 22 über radial verlaufende Stege 23 mit der Innenwandung der Ansaugöffnung verbunden ist. Die Stege 23 haben ein hydrodynamisch besonders günstiges Profil und bieten dem Fluß des Mediums lediglich einen geringen Widerstand. In die Nabe des Laufrades 9 ist eine Lagerbuchse 24 eines Kohlelagers eingepreßt, die mit der Laufradachse ein Gleitlager bildet.
1. Elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere Spaltrohrpumpe, zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem, mit einem Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen hohlen Rotorzylinder mit in Zylinderwandung befindlichen permanentmagnetischen Bereichen aufweist, der an einer Stirnseite ein Laufrad trägt und in dessen Hohlraum ein Rotorlager angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Laufrad (9) in Umfangsrichtung formschlüssig auf die stirnseitige Wandung des Rotorzylinders (13) aufsetzbar ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) in axialer Richtung kraftschlüssig oder formschlüssig auf die Stirnwand des Rotorzylinders (13) aufsetzbar ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) durch eine Rastverbindung an der Stirnwand des Rotorzylinders (13) gehalten ist.
4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) aus Kunststoff geformt ist.
5. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorzylinder (13) aus magnetisierbarem Material, insbesondere aus Kunststoff mit zugesetztem magnetisierbarem Material, geformt ist.
6. Pumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der das magnetisierbare Material aufnehmende Kunststoff in eine Form eingegossen, die von einer inneren (14) und einer äußeren Hülse gebildet ist.
7. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotorzylinder (13) und der Achse (16) ein Axiallager angeordnet ist.
8. Pumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager von einem Sicherungsring (17) gebildet ist, der in eine in die starre Achse (16) eingebrachte Ringnut eingesetzt ist.
9. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Laufrad (9) und der Innenwand der Laufradkammer ein Gleitlager angeordnet ist.
10. Pumpe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager ein axiales Gleitlager ist, das in einem Spalt zwischen der die Ansaugöffnung (11) umgebenden Innenwand der Laufradkammer und einer Stirnfläche des Laufrades (9) angeordnet ist, wobei das Laufrad (9) über das Gleitlager gegen die Innenwand anliegt.
11. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager einen in die Innenwand eingelassenen Gleitring (21) aufweist, an dem das Laufrad (9) mit einem stirnseitigen Rand seiner zentralen Ansaugöffnung (11) anliegt.
12. Pumpe nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorzylinder (13) in axialer Richtung beweglich (schwimmend) auf der Rotorachse (16) gehalten ist.
13. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) eine Nabe (25) aufweist, mit der es auf einer am Pumpengehäuse angebrachten und in die Laufradkammer hineinragenden Laufradachse (21) gleitet.
14. Verwendung der Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche zur Förderung des Kühlmediums im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.