DE2424552A1 - Pumpen-motor-einheit - Google Patents

Pumpen-motor-einheit

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Description

Dt W, PFElFFES.
P AT E-NTAMV^AU Wn 2
UN GE!« 1J F: j Γ Ji. 25
TELEFON 33502*
■R.E. Dupont Research and Investment Services Ltd
Douglas, Isle of Man, England
Pumpen-Motor-Einheit
Die Erfindung bezieht sich auf elektromotorisch betriebene Pumpen für Flüssigkeiten oder Gase, bei denen der Elektromotoren- "Läufer" zusammen mit dem Pumpen-"Laufrad" eine rotierende Einheit bildet und über eine Kugel oder eine sphärische Fläche in axialer Richtung abgestützt ist und wobei der "Läufer" durch eine magnetisch durchlässige "Trennwand", die im Luftspalt auf einer Kugelfläche verläuft, vom Stator des Elektromotors getrennt ist.
Eine ähnliche Pumpenart kann auch durch einen umlaufenden "konkaven Polring aus permanentmagnetischem Werkstoff, der außerhalb der "Trennwand" angeordnet ist und von einem elektromotor angetrieben wird, angetrieben werden.
In beiden Fällen wird der "Läufer" aufgrund der axialen Kraftkomponente der magnetischen Kräfte, die durch den Stator des Motors oder' den umlaufenden permanentmagnetischen Polring zur Antriebsseite hin angezogen.
Bekannte Pumpen dieser Bauart weisen den Nachteil auf, daß das "Laufrad" eine hydraulische Kraft erfährt, die der magnetischen Kraft entgegengesetzt gerichtet ist.
Bei höheren Förderdrücken erfährt das "Laufrad" zusammen mit dem "Läufer" einen hydraulischen Schub in Richtung der Ansaugseite des Pumpengehäuses, überwiegt dieser Schub die genannten axial gerichteten magnetischen Kraftkomponenten, so wird die
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genannte Lagerung, bestehend aus einem konkaven und einem konvexen sphärischen Teil, nicht mehr wirksam. Damit ist der Anwendung des genannten Pumpenprinzipes eine Grenze gesetzt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet den Nachteil und ermöglicht dadurch den Einsatz von Pumpen, bei denen "Laufrad" und "Läufer" eine rotierende Einheit bilden, auch bei Pumpen großer Leistung oder bei Pumpen, deren "Laufrad" einen hohen Druck erzeugen.
Hierzu ordnet die Erfindung das sphärische Lager, welches im Dauerbetrieb belastet wird, an der Seite des "Läufers" an, an der sich der Eintrittsstutzen des Pumpengehäuses befindet. Die Abstützung des stillstehenden Lagerteiles erfolgt durch ein Unterstützungselement, z.B. durch eine Säule, die im Ansaugrohr befestigt ist, oder auch durch eine feststehende Zwischenwand zwischen "Läufer" und "Laufrad".
Vorzugsweise sieht die Erfindung noch zusätzliche Lagerelemente vor, die die axiale Komponente der magnetischen Kräfte aufnimmt. Dadurch wird die Lagerung der "Läufer" - "Laufrad"-Einheit während des Anlaufens und nach erfolgter Abschaltung sichergestellt. Sobald jedoch die hydraulischen Kräfte, die das "Laufrad" in Richtung der Ansaugseite des Pumpengehäuses schieben, größer geworden sind als die magnetischen, axial gerichteten Kräfte, erfolgt die Lagerung auf der erfindungsgemäßen sphärischen Fläche, die im Ansaugkanal oder in der genannten Zwischenwand ihre Abstützung findet.
Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.
Fig. l zeigt eine Anordnung, bei welcher die "Läufer" - "Laufrad"-Einheit im Betrieb durch einen sphärischen Körper, z.B. eine Kugel, gelagert wird, die im Ansaugkanal des Pumpengehäuses abgestützt ist.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsforrn, bei welcher der feststehende Teil des sphärischen Lagers von einer Wandung getragen -wird, die den Raum, in dem sich der "Läufer" befindet/ von dem Raum, in dem sich das "Laufrad" befindet, trennt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der "Läufer" durch einen umlaufenden Magneten angetrieben wird.
Fig. Ϊ zeigt eine Pumpen-Motor-Einheit, bei welcher das "Laufrad" 1 mit dem "Läufer" 2 eine Einheit bildet. Die Oberfläche des "Läufers" verläuft zur magnetisch durchlässigen "Trennwand" 3 hin sphärisch. Hinter der Trennwand ist ein Stator angeordnet, der aus den magnetisch leitenden Zähnen 4, den Spulen 5 und dem magnetischen Rückschluß 6 besteht. Mit der "Läufer" - "Laufrad"-Einheit ist die Kugel 7 fest verbunden. Sie ist in einer konkaven Lagerschale 8 gelagert. Diese ist durch ein Rohr 9 mit dem Pumpengehäuse IO fest verbunden. Das '.'Laufrad" erzeugt im Betrieb eine Kraft entsprechend dem Pfeil 11, während der "Läufer" eine Kraft erzeugt, die in Richtung des Pfeiles 12 gerichtet ist. Diese letztere Kraft wird durch den Stift 13 abgefangen. Sobald die Kraft gemäß Pfeil 11 größer wird als die Kraft gemäß Pfeil 12, wandert die Kugel 7 vom Stift 13 weg in die konkave Lagerschale 8.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsforra, bei der das "Laufrad" 1 über eine Schraube 20 mit dem "Läufer" 2 verbunden ist. Ebenso ist mit der Schraube die Kugel 7 verbunden. Diese Kugel 7 ist zwischen zwei konkaven Lagerschalen 8 und 28 gelagert. Die Lagerschalen werden durch eine Wandung 29 getragen. Eine Feder 21 drückt die Lagerschalen 8 und 28 auf die Oberfläche der Kugel 7. Durch diese Lagerart sind die Kräfte in Richtung der Pfeile 11 und 12 gleichzeitig aufgefangen. Ein feststehender Gleitring 24 wird durch einen elastischen Ring 25 gegen eine plane Fläche der konkaven Lagerschale 28 gepreßt. Dadurch wird der Taumelwinkel, den die Kugel 7 um die Achse 26 ausführen kann, eingeschränkt. Die Wandung 29 kann völlig geschlossen ausgeführt sein, was von .Vorteil ist, wenn das Fördermittel abrasive oder schichtenverursachende Beimischungen trägt. Die übrigen Teile haben die gleichen wie in Fig. 1. 409883/0827
Fig. 3 zeigt eine veränderte Ausführungsform, bei welcher das "Laufrad" 1 mit einem perraanentmagnetischen "Läufer" 3 2 eine Einheit bildet. Die sphärische Oberfläche wird durch permanentraagnetxsche Ringe 30 und 30' gebildet, die stufenförmig kleiner werden. Der außenliegende Teil 33 der Magnetkupplung weist ringförmige Magnete 34 auf, der ist in den Lagern 35 gelagert. Der Stator des Motors besteht aus einer Blechspirale 36, die Nuten 37 aufweist, in welche die Wicklungen 38 eingelegt werden. Der Luftspalt weist einen axialen Bereich 39 und einen zylindrischen Bereich 40 auf. Das Weicheisen 41 des "Läufers" v/eist ebenfalls Nuten auf, in denen abgewinkelte Leiterstäbe 42 angeordnet sind, die über Kurzschiußringe 43 und 43' mineinander verbunden sind. Der permanentmagnetische "Läufer" 32 v/eist eine Lagerschale 44 auf, in die eine Kugel 45 hineinragt. Die Kugel ist über ein konkaves Element 46 und über eine Stange aus Federmaterial 47 im Pumpengehäuse 10 befestigt. Am axialen Ende des permanentmagnetischen "Läufers" 32 sind zwei magnetische Ringe 48 und 48' angeordnet, die im Gegensatz zu den Magneten 30 und 34 nicht über den Umfang verteilt ihre Magnetpole auf v/eis en, sondern in axialer Richtung magnetisiert sind. Im Stator sind ebenfalls zwei magnetische Ringe 49 und 49' angeordnet und über das Weicheisenteil 50 des Elektromotoren-Rotors magnetisch miteinander verbunden. Die Polaritäten sind so gewählt, daß sich die Magnete 48 und 49 abstoßen. Dadurch wird die "Laufrad"-Rotor-Einheit 1/32 stets in Richtung des Pfeiles 11 gepreßt. Zur Vermeidung von Wirbelströmen in den Statorzähnen 51, die den· zylindrischen Luftspalt 40 begrenzen, sind schiaal; Schlitze 52 angeordnet, wodurch die Wirbelstromverluste klein gehalten werden.
Dieses Motor-Merkmal sowie die Ausbildung eines axialen und radialen Luftspaltes 39/40 sind nicht auf Motoren zum Antrieb von Pumpen beschränkt.
Durch, die federnde Aufhängung' der Kugel 45 mittels der Stange aus Federmaterial 47 gleicht die Pumpe kleine Unwuchten des "Laufrades" automatisch aus.
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Claims (19)

  1. Patentansprüche
    Maschine, bestehend aus einer rotodynamischen Pumpe für Flüssigkeiten oder Gase und einer elektrischen UmIaufmaschine, bestehend aus einem elektromagnetischen Stator (4, 5, 6), der ein Drehfeld erzeugt oder einem elektromotorisch getriebenen, permanentmagnetischen Polring (32}, der ein Drehfeld erzeugt, und einem "Läufer" (12) , der mit dem Stator oder dem permanentmagnetischen Polring einen sphärischen Luftspalt bildet, in dem sich eine "Trennwand"
    (3) befindet, die den Innenraum der Pumpe von dem Rauir. der elektrischen Maschine (4, 5, 6 oder 32) hermetisch dicht trennt, und einem sphärischen Lager (7, 8 oder 45, 46), das die "Läufer" - "Laufrad"~Einheit (1, 2 oder I, 32) ] axial und radial lagert, dadurch gekennzeichnet, daß dieses sphärische Lager (1, 2, 32) über ein Element (9, 29, 47) mit dem Gehäuse (10) der Pumpe verbunden ist, wobei das tragende Element (9, 29, 47) mit dem Pumpengohäiiie
    (10) fest verbunden ist und eine Abstützung von Kräften
    (11) gewährleistet, die zur Ansaugseite des Strömungsmaschinengehäuses hin gerichtet sind.
  2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Teil (8) des sphärischen Lagers (7, S) mit dem Pumpengehäuse (10) durch ein starres Element (S) fest verbunden ist.
  3. 3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    das feststehende Teil (45) des sphärischen Lagers (44, 45) über ein elastisches Element (47) mit dem Pumpengehäuse (10) fest verbunden ist.
  4. 4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvexes Teil (7) das umlaufende Teil der sphärischen Lagerung (7, 8) bildet.
    409883/0827
    242455?
  5. 5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Teil (44) des sphärischen Lagers (44/45) das umlaufende Teil der sphärischen Lagerung (44/45) bildet.
  6. 6. Maschine nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die "Trennwand". (3) einen Stützkörper (13) trägt, der eine axiale Fixierung der "Läufer" - "Laufrad"-Einheit (1, 2) in Richtung des Motorstators (4, 5, 6) be-.wirkt.
  7. 7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sphärische Lager (7, 8, 28) . durch eine Scheibe (2S) getragen wird, die an ihrer Peripherie mit dem Punipengehäuse (10) verbunden ist.
  8. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung zusammen mit der magnetisch durchlässigen "Trennwand" (3) einen im wesentlichen dicht geschlossenen Hohlraum bildet, in dem sich der "Läufer" (2) befindet.
  9. 9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15, 16 sowie 24, 25) vorgesehen sind, durch welche die Bewegung des "Laufrades" (2) um eine in der Rotationsebene liegende Achse (26) beschränkt wird.
  10. 10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Gleitring (24) bestehen, der mitumläuft .
  11. 11. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende Scheibe (16) durch einen federnd·* Ring (15) gegen einen umlaufenden Ringbereich gepreßt wird.
    409883/0827
    Bll *T mi
  12. 12. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der.konkave Teil des Lagers (7, 8, 28) aus zwei Ringen (8, 28) besteht, von denen mindestens einer über ein federndes Element (21) gegen das relativ sich bewegende Lagerteil (7) gepreßt wird.
  13. 13. Maschine n.ach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Lagerteil (7) als durchbohrte Kugel ausgebildet ist. .
  14. 14. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "Läufer" - "Laufrad"-Einheit (1, 32) durch sich abstoßende Magnetelemente (48/48', 49/49-') gegen den feststehenden Teil (45/46) des Lagers (44/45) gepreßt wird.
  15. 15. Elektromotor, insbesondere für Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polring des Stators aus einem 'Rückschlußbereich (36) und Zähnen (51) ausgebildet ist, die mit dem "Läufer" (41) sowohl einen axialen (39) als auch radialen (40) Luftspalt einschließen.
  16. 16. "Läufer" für Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker- eine Käfigwicklung (42) trägt, deren Stäbe abgewinkelt, sind.
  17. 17. "Läufer" für Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlußring (43) radial am Eisenring (41) angrenzt, während der zweite Rückschlußring (43') axial angrenzt. .-.-.■-
  18. 18. Polring für Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Blechringen oder Blechwendeln aufgebaut ist. . .
  19. 19. Polring für Motor, insbesondere wie A. 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Bereiche (51) der Zähne Schlitze (52) aufweisen.
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