DE202016100470U1

DE202016100470U1 - Magnetkupplungs-Radialpumpe

Info

Publication number: DE202016100470U1
Application number: DE202016100470.5U
Authority: DE
Original assignee: Spheros GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 2016-01-31
Filing date: 2016-01-31
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: CN107023492A; DE102016107521B4; DE102016107521A1

Abstract

Magnetkupplungs-Radialpumpe (1), die ein einen Spalttopf umfassendes Gehäuseunterteil (3) und einen hiermit dicht verbundenen Pumpendeckel (4) aufweist, die zwischen sich einen Innenhohlraum (6) einschließen, in dem ein Flügelrad (9) drehbar gelagert ist und bei seiner Drehung das zu fördernde Fluid durch einen Zufluss-Kanal (7) ansaugt und über einen Abfluss-Kanal mit erhöhtem Druck abgibt, wobei das Flügelrad (9) mit dem angetriebenen Rotor (30) der Magnetkupplung drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (9) am Pumpendeckel (4) gelagert ist.

Description

Bekannte Radialpumpen weisen ein Flügelrad auf, das in einer Pumpenkammer untergebracht ist, die zwischen einem Gehäuseunterteil und einem mit diesem dicht verbundenen Pumpendeckel gebildet ist. Das Flügelrad muss für eine Drehung angetrieben werden, um das jeweilige Fluid (Flüssigkeit oder Gas) zu fördern. Dabei ist es ungünstig, die Drehachse des Flügelrades direkt mit der Welle des antreibenden Motors zu verbinden, weil in diesem Fall die für den Durchtritt der Welle erforderliche Öffnung des Pumpengehäuses durch eine sogenannte dynamische Dichtung abgedichtet werden muss, die keine absolute Dichtigkeit gewährleisten kann und einem hohen Verschleiß unterliegt.
Zur Vermeidung dieses Problems ist es bekannt, eine Magnetkupplung einzusetzen, die zwei Rotoren umfasst, von denen der eine den anderen koaxial umschließt, und von denen beide mit einer geraden Anzahl von Permanentmagneten bestückt sind, die zur Drehmomentübertragung dienen. Der eine der beiden Rotoren, der die Antriebsseite der Kupplung bildet, ist mit der Welle eines Motors drehfest verbunden, während der andere, die angetriebene Seite der Kupplung bildende Rotor mit dem Flügelrad der Pumpe drehfest verbunden ist und mit dieser eine Baueinheit bilden kann.
Bei der Verwendung einer solchen Magnetkupplung muss das Pumpengehäuse keine abzudichtende Durchtrittsöffnung aufweisen, weil zwischen den beiden Rotoren ein sogenannter Spalttopf vorgesehen werden kann, der als hohlzylindrischer Körper ausgebildet ist und den mit dem Flügelrad verbundenen Rotor konzentrisch umschließt. An einem seiner axialen Enden ist der Spalttopf durch einen Boden dicht verschlossen und an seinem anderen axialen Ende mit dem Gehäuse beispielsweise durch eine Verschraubung mit einer dazwischen liegenden, verschleißfreien statischen Dichtung oder durch eine absolut dichte Schweißnaht verbunden. Er kann mit dem Unterteil des Pumpengehäuses aber auch einstückig ausgebildet sein.
Das Fluid, welches die Pumpenkammer durchströmt, kann ohne weiteres in das Innere des Spalttopfs übertreten, weil durch dessen dichte Verbindung oder einstückige Ausbildung mit dem Pumpengehäuse eine vollständige Kapselung des von der Pumpe zu fördernden Mediums gegen die Umgebung erzielt wird, ohne dass hierfür eine dynamische Dichtung erforderlich wäre.
Bei herkömmlichen Radialpumpen ist die von dem Flügelrad und dem angetriebenen Rotor der Magnetkupplung gebildete Baueinheit an dem mit dem Spalttopf vorzugsweise einstückig ausgebildeten Gehäuseunterteil gelagert, auf dem der Pumpendeckel zur Bildung der Pumpenkammer montiert ist.
Um einen hohen Wirkungsgrad der Radialpumpe zu erzielen, ist es erforderlich, zwischen dem Flügelrad und dem Pumpendeckel einen möglichst kleinen Abstand genau einzuhalten.
Dies gestaltet sich aber schwierig, weil dieser Abstand durch die Addition von Toleranzen der beteiligten Bauteile und gegebenenfalls aufgrund von Montagetoleranzen stark variieren kann. Um dies in einem akzeptablen Rahmen zu halten, muss sichergestellt werden, dass die Bauteil- und Montagetoleranzen möglichst klein sind. Dies bewirkt aber sowohl bei der Herstellung der einzelnen Teile als auch bei deren Zusammenbau einen erhöhten Aufwand. Auch kann dadurch, dass sich insbesondere Kunststoff-Bauteile im Betrieb verziehen, der Abstand zwischen Flügelrad und Pumpendeckel negativ beeinflusst werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es möglich wird, ohne erhöhten Aufwand den Abstand zwischen Flügelrad und Pumpendeckel sehr klein und auch während des Betriebes dauerhaft konstant zu halten.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 niedergelegten Merkmale vor.
Dadurch, dass gemäß der Erfindung zumindest das Flügelrad, vorzugsweise aber die gesamte vom angetriebenen Rotor der Magnetkupplung und den Flügelrad gebildete Baueinheit unmittelbar am Pumpendeckel selbst gelagert ist, wird der erwähnte funktionsrelevante Abstand durch jeweils ein Maß des Pumpendeckels und des Flügelrades gebildet.
Insbesondere können die beiden Maße, die den in Rede stehenden Abstand generieren, in einem einzigen Spritzguss-Vorgang festgelegt und somit mit geringen Toleranzen realisiert werden.
Wenn der Gehäuseunterteil und der Pumpendeckel durch Rotationsschweißen miteinander verbunden werden, so beeinflusst die Höhe der gebildeten Schweißnaht den Abstand zwischen Pumpendeckel und Flügelrad nicht und hat somit keinen Einfluss auf die Förderleistung der Pumpe.
Ebenso bleiben ein Verzug oder andere Dimensionsveränderungen des Spalttopfes und/oder des Pumpendeckels während des Betriebs ohne Auswirkung auf die Förderleistung.
Dadurch, dass der vorzugsweise aus Keramik-Material bestehende Lagerbolzen für die von Flügelrad und angetriebenen Rotor der Magnetkupplung gebildete Baueinheit bei der Herstellung des Pumpendeckels mit diesem durch Umspritzen verbunden werden kann, entfällt die Herstellung eines beim Stand der Technik im Lagerbolzen auszubildenden Innengewindes und bei der Montage kann ein Schraubvorgang eingespart werden.
Vorzugsweise besitzt der gemäß der Erfindung im Pumpendeckel eingespritzte, aus Keramikmaterial bestehende Lagerbolzen einen Ringflansch, der für die erwähnte Baueinheit ein Axiallager in einer der beiden Z-Richtungen bilden kann, während das Axiallager in der entgegengesetzten Z-Richtung von einem auf das freie Ende des Lagerbolzens aufgeschobenen Sicherungsring gebildet wird.
Somit kann der funktionsrelevante Abstand zwischen dem Flügelrad und dem Pumpendeckel ohne großen Aufwand gering und in einem kleinen Schwankungsbereich gehalten werden.
Diese und andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radialpumpe sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
1 eine stark schematisierte Schnittansicht durch eine Magnetkupplungs-Radialpumpe gemäß dem Stand der Technik,
2 eine vergrößerte Ansicht des Rechtecksausschnitts II aus 1, und
3 einen der Schnittansicht von 1 entsprechenden Schnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetkupplungs-Radialpumpe.
Alle in den Figuren dargestellten Körper und Baueinheiten sind der Deutlichkeit halber stark vereinfacht wiedergegeben. Wenn im Folgenden Begriffe wie „oben“ und „unten“ usw. verwendet werden, so beziehen sie sich ausschließlich auf die Position der betreffenden Teile in der jeweiligen Figur, schränken deren räumliche Lage aber weder beim Zusammenbau noch im Betrieb ein. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.
Die in den Figuren dargestellte Magnetkupplungs-Radialpumpe 1 besitzt ein Gehäuse, das einen Gehäuseunterteil 3 und einen Pumpendeckel 4 umfasst, die im montierten Zustand zwischen sich einen Innenhohlraum 6 einschließen, der mit Ausnahme eines vom Anschlussstutzen 7 umschlossenen Zufluss-Kanals 8, durch den die Radialpumpe 1 das zu fördernde Fluid ansaugt, und mit Ausnahme eines (in den Schnittdarstellungen der Figuren nicht sichtbaren) Abfluss-Kanals, durch welchen das zu fördernde Fluid mit erhöhtem Druck abgegeben wird, dicht verschlossen ist.
Die Pumpwirkung wird mithilfe eines Flügelrades 9 erzielt, das für eine Drehung um die Rotationsachse 10 angetrieben werden kann, wie dies durch den Pfeil R angedeutet ist. Zu diesem Zweck ist eine Antriebseinheit 12 vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln kann, von dem in den 1 und 3 lediglich ein Gehäuse 13 angedeutet ist. Aus dem Gehäuse 13 ragt eine Welle 14 heraus, die durch eine Magnetkupplung mit dem Flügelrad 9 verbunden ist, um dieses für die erwähnte Drehung anzutreiben. Bei der Welle 14 kann es sich direkt um die Motor-Ausgangswelle oder um die Ausgangswelle eines zwischengeschalteten Getriebes handeln, das dann ebenso wie der Motor selbst im Inneren des Gehäuses 13 angeordnet ist.
Der in etwa rotationssymmetrische Gehäuseunterteil 3 der Radialpumpe 1 umfasst zwei zueinander und zur Rotationsachse 10 konzentrische Hohlzylinder 17, 18, die an ihrem oberen axialen Ende durch einen Ringflansch 19 einstückig miteinander so verbunden sind, dass sie zwischen sich einen zum Gehäuse 13 der Antriebseinheit 12 hin offenen Hohlzylinderraum 20 mit kreisringförmigen Querschnitt einschließen, in welchem der nur schematisch dargestellte Antriebsrotor 22 der Magnetkupplung angeordnet und drehfest mit der Welle 14 verbunden ist.
Mit seinem offenen, unten liegenden, axialen Stirnende 24 sitzt der äußere Hohlzylinder 17 auf der Oberseite des Gehäuses 13 der Antriebseinheit 12 auf, mit der er (in nicht dargestellter Weise) drehfest verbunden ist. Eine Dichtanordnung ist in diesem Bereich nicht erforderlich.
Der innere Hohlzylinder 18 ist an seinem unteren axialen Stirnende durch einen Boden 27 verschlossen und bildet in an sich bekannter Weise einen Spalttopf, in dessen Innenraum der angetriebene Rotor 30 der Magnetkupplung so angeordnet und gelagert ist, dass er sich wegen der schlupffreien magnetischen Kopplung zwischen den auf den beiden Rotoren 22 und 30 angebrachten (im einzelnen nicht dargestellten) Permanentmagneten gemeinsam mit dem Antriebsrotor 22 um die Rotationsachse 10 drehen kann.
Das Flügelrad befindet sich, wie dies in den Figuren schematisch wiedergegeben ist, auf der Oberseite des angetriebenen Rotors 20, mit dem es drehfest verbunden ist und mit diesem eine Baueinheit bildet.
Wie in 1 gezeigt, ist gemäß dem Stand der Technik die eben erwähnte Baueinheit vermittels eines Radiallagers 34 an einem am Boden 27 des Spalttopfes drehfest montierten Lagerbolzen 35 zur Rotationsachse 10 konzentrisch drehbar gelagert, wobei dieser Lagerbolzen 35 in Richtung des Pumpendeckels 4 nach oben ragt. Zur axialen Sicherung ist eine Scheibe 37 mit dem Lagerbolzen 35 von oben her verschraubt.
Wie erwähnt, ist es für die Erzielung eines hohen Wirkungsgrades der Radialpumpe 1 erforderlich, zwischen dem Flügelrad 9 und dem Pumpendeckel 4 einen möglichst kleinen Abstand A genau einzuhalten, der insbesondere in 2 erkennbar ist.
Der 1 ist deutlich zu entnehmen, dass in den Abstand A die Toleranzen einer Reihe von Bauteilen eingehen, nämlich die Toleranzen des Gehäuseunterteils 3, des Lagerbolzens 35 und des Pumpendeckels 4. Hinzu kommen die gegenseitigen Montagetoleranzen dieser Bauteile und vor allem die Höhe der Schweißnaht, die den Pumpendeckel 4 dem Gehäuseunterteils 3 verbindet.
Demgegenüber zeigt 2 einen der 1 entsprechenden Schnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetkupplungs-Radialpumpe. Der entscheidende Unterschied besteht darin, dass hier der Lagerbolzen 40, an dem die aus Flügelrad 9 und angetriebenen Rotor 30 gebildete Baueinheit vermittels des Radiallagers 34 drehbar montiert ist, nicht am Boden 27 des inneren Hohlzylinders 18 des Gehäuseunterteils 3 sondern in einem zum Anschlussstutzen 7 konzentrischen Halterohr 42 montiert ist, dass mit dem Pumpendeckel 4 einstückig verbunden ist.
Der aus einem Keramikmaterial bestehende Lagerbolzen 40 wird bei dem Spritzgussverfahren, das zur Herstellung des Pumpendeckels 4 zum Einsatz kommt, mit diesem Halterohr 42 umspritzt, sodass er am Pumpendeckel drehfest gelagert ist. Der Lagerbolzen 40 weist einen Ringflansch 43 auf, der am unteren Ende des Halterohrs 42 anliegt. Das Radiallager 34 ist von unten her auf den Lagerbolzen 40 in axialer Richtung aufgeschoben und wird von einem Sicherungsring 45 gehalten.
Man sieht, dass nur noch die axiale Toleranz zwischen diesem Sicherungsring 45 und dem unteren Ende des Radiallagers 34 in den Spalt zwischen dem Pumpendeckel 4 und dem Flügelrad 9 eingeht. Zwischen dem Gehäuseunterteil 3 und dem Pumpendeckel 4 vorhandene Toleranzen spielen dagegen für diesen Spalt keine Rolle mehr.

Claims

Magnetkupplungs-Radialpumpe (1), die ein einen Spalttopf umfassendes Gehäuseunterteil (3) und einen hiermit dicht verbundenen Pumpendeckel (4) aufweist, die zwischen sich einen Innenhohlraum (6) einschließen, in dem ein Flügelrad (9) drehbar gelagert ist und bei seiner Drehung das zu fördernde Fluid durch einen Zufluss-Kanal (7) ansaugt und über einen Abfluss-Kanal mit erhöhtem Druck abgibt, wobei das Flügelrad (9) mit dem angetriebenen Rotor (30) der Magnetkupplung drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (9) am Pumpendeckel (4) gelagert ist.
Magnetkupplungs-Radialpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der angetriebene Rotor (30) der Magnetkupplung mit dem Flügelrad (9) eine Baueinheit bildet die ausschließlich am Pumpendeckel (4) gelagert ist.
Magnetkupplungs-Radialpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpendeckel (4) eine Lagerbolzen (40) befestigt ist, der mit seinem freien Ende in den Innenhohlraum (6) hineinragt, von dem her auf den Lagerbolzen (40) die Lagerbuchse eines Radiallagers 34 des Flügelrades (9) aufgeschoben und durch einen als Axiallager dienenden, am freien Ende des Lagerbolzens (40) angebrachten Sicherungsring (45) gehalten ist.
Magnetkupplungs-Radialpumpe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse einen Zufluss-Stutzen (7) aufweist, der koaxial zur Rotationsachse (10) des Flügelrades (9) angeordnet ist, und dass der vom Zufluss-Stutzen (7) umschlossene Zufluss-Kanal (8) zentral durch den Pumpendeckel (4) in den Innenhohlraum (6) der Magnetkupplungs-Radialpumpe (1) mündet.
Magnetkupplungs-Radialpumpe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Lagerbolzen (40) in einem zum Zufluss-Stutzen (7) koaxial angeordneten, mit dem Pumpendeckel (4) einstückig ausgebildeten Halterohr (42) aufgenommen ist.
Magnetkupplungs-Radialpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpendeckel (4) durch ein Spritzgussverfahren hergestellt ist, bei dem das Halterohr (42) durch Umspritzen des Lagerbolzens (40) ausgebildet wird.