DE6603272U - Elektromotorisch angetriebene wasserpumpe fuer aquarien. - Google Patents

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Poientanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R, Rüger

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Herr Ins« Günther E h e 1 m , ^Ύ301 Deizlsau über Eßlingen am Neckar, Plochlnger Straße 32

Elektromotorisch angetriebene Wasserpumpe für Aquarien

Die Keuerunc betrifft eine elektromotorisch angetriebene Wasserpumpe für Aquarien mit magnetischer Kupplung zwischen der Motorwelle und dem koaxial zur Motorwelle in einer gegen den Motor durch eine Wand aus magnetisch unwirksamem Faterial abgeschlossenen Pumpenkammer gelagerten Kreiselpumpenrad O

Ss ist eine Kreiselpumpe insbesondere für Aquarien bekannt, bei der die magnetische Kupplung zwischen der Motorwelle und dem Pumpenrad durch einen auf der Motorwelle sitzenden, .im wesentlichen zylindrischen radial polarisierten Dauermagneten bewirkt wird, der mi\; einem zugeordneten hohlzylinderartig ausgebildeten, ebenfalls radial polarisierten zweiten Dauermagneten zusammenwirKt, welcher mit dem Pumpenrad geklöppelt ist. Diese Pumpe, die sich in der Praxis hervorragend bewährt hat, benötigt jedoch eine erhebliche axiale Länge der Pum,, ^kammer, die durch den Umstand bedingt ist, daß der auf der Motorwelle sitzende zylindrische Magnet in den ait dem Pumpenrad verbundenen Hohlzylinder-Magnet eingreifen muß.

In die Pumpenkammer selbst ragt hierbei ein einseitig ver- , scblossener rohrförmiger Fortsatz, in dem der zylindrische Magnet umläuft und gegen den das Pumpenrad gelagert ist, das seinerseits wiederum durch eine kappenartige Haube abgedeckt ist, die den Pumpenraum abschließt. Auch die Ausbildung des Pumpenrades, das durchweg aus Kunststoffmaterial geformt ist, ist wegen der erforderlichen Verbindung mit dem hohlzylindrischen Magnetteil nicht ganz einfach zu gestalten.

Ziel der i.'euerun^ ist es, eine Wasserpumpe für Aquarien zu schaffen, die sich unter Beibehaltung der grundsätzlichen Vorteile einer stopfbuchsenlosen Kupplung zwischen der Motorwelle und dem Pumpenrad durch kleine axiale Abmessungen auszeichnet und es insbesondere gestattet, ohne Vergrößerung ihrer axialen Längenabmessungen auch d'e Größe des über die magnetische Kupplung übertragbaren Drehmomentes für größere Leistungen am Pumpenrad zu erhöhen. Dadurch soll es insbesondere möglich sein, eine Pumpe zu schaffen, die sich organisch ohne Schwierigkeiten in den der Pumpe normalerweise zugeordneten Wasserfilter einbauen läßt, und zwar derart, daß eine geschlossene Baueinheit entsteht. Bisher wurde nämlich die bekannte Pumpe durchweg zusammen mit dem Motor als eigenes Pumpenaggregat aufgebaut, das getrennt für sich ange rdnet oder auf dem Deckel des Filtergefäßes befestigt wurde und tiwa zum Reinigen des Filtertopfes abgenommen werden mu£ :·« Auch der Vorschlag, die bekannte Pumpe im Unterteil des, Filtertopfes unterzubringen, der bereits gemacht worden ist, war nicht in allen Fällen befriedigend, weil zufolge der großen axialen Länge der Pumpe der Filtertopf über verhältnismäßig viel nicht ausgenutzten Raum ver-

fügen muß und sich auch hinsichtlich der Wasserführung Schwierigkeiten ergaben, abgesehen davon, daß die Pumpe nur nach Entnahme des Filterrnaterials aus dem Filtertopf zugängig ist«

Die Pumpe gemäß der iieucrunc ist dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kupplung zwischen Motorwelle und Pumpenrad aus zwei koaxial einander zugeordneten, mehrpolig axial

magnetisieren Ringmagneten besteht, von denen einer mittels

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einer Halterung mit der Motorwelle und der andere mit dem

auf zwei Spurlagern in der Pumpenkammer gelagerten Pumpenrad verbunden ist, und daß zumindest das Pumpenrad zur Spuriagerentlastung im Lauf unter der Einwirkung einer der Zugkraft der Ringmagneten entgegengesetzt gerichteten Axialkraft steht.

Die neue Pumpe zeichnet sich durch eine geringe axiale Baulänfee sowie den Umstand aus, daß sie zufolge der axial

~s magnetisierten Ringmagnete Über einen besonders einfachen

konstruktiven Aufbau sowohl der Pumpenkammer wie auch des Pumpenrades verfügt. Da den Ringmagneten ein verhältnismäßig großer Durchmesser gegeben werden kann, läßt sich auch ein entsprechend großes Drehmoment auf . das Pumpenrad übertragen,

Die neuerunnsseipüßfc Verwendung der Rlngmagnete bringt grundsätzlich die Schwierigkeit mit sich» dcA zufolge

der auftretenden axial wirkenden Zugkräfte zwischen den Magneten sich eine erhebliche Lagerbelastung in axialer Richtung sowohl Uer Lagerung des Pumpenrades wie auch der Motorwellenlagerung einstellt. Diese Schwierigkeit läßt sich aber, wie die I.euerunc erkannt hat, ohne weiteres überwinden, wenn zumindest bei dem Pumpenrad zur Spurlagerentlastung in der erwähnten Weise eine axial wirkende zusätzliche Kraft zur Wirkung gebracht wird. Diese Kraft kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß das Pumpenrad in der 'Nähe seiner Nabe Durchbrüche aufweist, die den zwischen der magnetisch unwirksamen Wand der Pumpenkammer und dem Pumpen= 'rad liegenden Teil der Pumpenkammer mit den den Punpenracischaufein zugewandten Piünpenkammerteil verbinden und deren ■Durchtrittsfläche auf die auftretende Spurlagerbelastung abgestimmt ist, Dadurch, daß durch die Durchbrüche der "Druckteil" der Pumpenkammer mit her Rückseite des Pumpenrades in Verbindung steht, läßt sich bei geeigneter Dimensionierung der Durchbrüche eine erhebliche Spurlagerentlastung des Pumpenrades erzielen» Eine Unterstützung dieser Entlastung kann darüber hinaus in der Weise zustande gebracht j

iwerden, daß der Luftspalt zwischen den beiden Ringmagneten auf die Leistungsaufnahme des mit im wesentlichen konstanter Drehzahl angetriebenen Pumpenrades derart abgestimmt ist, daß die beiden Ringmagnete im Betriebszustand um einen vorbestimmten., die wirksame axiale Zugkraft um einen vorbestimmten Betrag verringernden Winkel gegeneinander verdreht sind; eine Maßnahme, die im einzelnen noch erläutert werden wird und durch die gleichzeitig auch eine axiale Entlastung der Mo&orwelienlagerung zustande kommt.

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Die Motorwellenlagerentlastung kann im übrigen noch dadurch vervollkommnet werden, daß der Rotor des Elektromotors gegenüber dem Stator in axialer Richtung um einen gewissen Betrag versetzt angeordnet wird, wodurch ein in der Achsrichtung wirkender sog„ magnetischer Zug zustande kommt, der die Entlastungskraft gibt. Bei geeigneter Abstimmung der erwähnten Maßnahmen ergibt sich eine Pum-pe_t die zusätzlich zu den bereits angeführten Vorteilen über praktisch vollständig entlastete Axiallager verfügt, so daß deren Konstruktion zur Erzielung einer langen Lebensdauer bei weitgehender Wartungsfreiheit sehr einfach gestaltet werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des I.aueruncs^ed? 'kens besteht darin, daß die zufolge der erfindu:>gFgemäßen Konstruktion eine sehr geringe axiale Höhe aufweisende Pumpenkaminer,, welche eine wesentlich zylindrische Gestalt aufweist, unmittelbar im Deckel eines zugeordneten Filtertopfes

deckel ausgebildet 1st. Das somit direkt als Filtertopf/dienende "Pumpengehäuse" gestattet es, eine Aquariumwasserpumpe zu schaffen, die über eine unmittelbar zugeordnete Filtereinheit verfügt, wobei das Ganze sich durch einen einfachen, übersichtlichen Aufbau auszeichnet, der den Vorteil mit sich bringt, daß die Reinigung und Wartung der Pumpe durch einfache Abnahme des Deckels vom Filtertopf möglich ist_s während camit gleichseitig die Filtermasse zugängig ist,

Die neue Wasserpumpe ist insbesondere für Zwecke der Aquariumwasserversorgung geschaffen worden, Es versteht sich Jedoch, daß ihre Anwendung äüf diesen Zweck nicht beschränkt ist j selbstverständl^ch^kann die Pumpe auch für

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andere Zwecke angewandt werden, beispielsweise im Laboratorium, zum Fördern von agressiven Flüssigkeiten und dgl.. Auch ist es möglich, die Pumpe mit wesentlich größeren Förderleistungen herzustellen, wie sie an sich für Aquarien gebräuchlich sind.

In der Zeichnung is'o ein Ausführungsbeispiel des Gegenstande der ;;eue:.-un~ dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wasserpumpe gemäß der Erfindung im axialen j Schnitt, in der Seitenansicht und in der Zuordnung \ zu einem V/asserfliter,

FIg₀ 2 die Pumpenkammer der Pumpe nach Fig, 1 in einer Untersicht,

Fig. 3 den der Motorweile zugeordneten kupplungsteil der Pumpe nach FIg₀ 1 in einer Draufsicht und einer Seitenansicht und

Figs k cias Pumpenrad der Pumpe nach Fig. 1 in einer Draufsicht und einer Seitenansicht.

Die Wasserpumpe weist ein von einem Elektromotor 1 mit im wesentlichen konstanter Drehzahl angetriebenes Pumpenrad 2 auf_t das auf einer Seite eine Beschaufelung 3 (Fig- Ό trägt und über eine Nabe ^-verfügt, durch die eine Achse 5 verläuft mit der es in Spurlagern 6 und 7 frei drehbar gelagert ist.

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Das Pumpenrad 2 ist in einer im wesentlichen zylindrischen Pumpenkammer 7^angeordnet, die auf einer Seite durch eine Wand 8 aus einem magnetisch unwirksamem Material» beispielsweise Kunststoff, begrenzt und auf der anderen Seite durch einen Deckel 9 abgeschlossen 1st, der zu Mont?.£ezwecken abgenommen werden kann. Der Deckel 9 weist eine einstückig angeformte Nabe 10 auf, die das Spurlager 6 enthält und über den Pumpensinlaß bildende öffnungen 11 verfügt.

Der Antrieb des Pumpenrades 2 erfolgt über eine Magnetkupplung, die aus zwei Ringmagneten 12, 13 besteht, welche koaxial zueinander angeordnet sind und von denen der Ringmagnet 12 mit dem Pumpenrad 2 verbunden 1st, während der Ringmagnet 13 auf einer tellerförmigen Halterung I^ sitzt, die ihrerseits auf der Motorwelle 15 festgekeilt ist. Die Ringmagnete 12, 13 sind in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise in axialer Richtung magnetisiert,·und zwar im vorliegenden Falle vierpolig.

Im zusammengebauten Zustand (Fig_s 1) stellen sich die Ringmagnete 12, 13 selbsttätig derart aufeinander ein, daß einem Nordpol des einen Magneten ein Südpol des anderen Magneten gegenüberliegt und umgekehrt. Es treten dadurch axial wirkende Zugkräfte auf, die insbesondere das Spurlager 7, aber auch die Motorwellenlagerung beans-pruchen. Um diese Lager von den Axialkräften zu entlasten, sind folgende Maßnahmen getroffen?

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Das Pumpenrad 2 weist im Bereiche der Nabe k zwei Durchbrüche 16 auf, die den der Beschaufelung 3 zugewandten Teil der Pumpenkammer - be.i 17 - niit dem zwischen der Wand 8 der Pumpenkammer und dem Pumpenrad 2 liegenden Raum 17amiteinander verbinden. Zufolge dieser Verbindung tritt ein Druckausgleich auf, so daß nicht mehr der gesamte in dem Raum 17 herrschende Druck auf dem Pumpenrad lastet, sondern dieses entlastet wird. Gleichzeitig ist der Luftspalt zwischen den

einander zugewandten Flächen der Ringmagnete 12, 13 derart V
auf die von dem Pumpenrad aufgenommene Leistung abgestimmt, daß die beiden Ringmagnete 12, 13 beim Betrieb unter der Wirkung des zu übertragenden Drehmomentes um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander verdreht sind. Dieser Winkel wird von der "Normalstellung" aus gemessen, in der einem Nordpol des einen Ringmagneten ein Südpol des anderen Ring-

magneten axial fluchtend gegenüberliegt. Durch diese Winkelverdrehung wird die in axialer Richtung' wirkende Zugkraft zwischen beiden Magneten, die insbesondere für die Lagerbelastung verantwortlich ist, erheblich verringerte Dies läßt sich leicht einsehen:

Die Zugkraft ist am größten in der erwähnten "Nonr.alst ellung" Werden die beiden Magnete gegeneinander verdreht, so nimmt die Zugkraft ab, bis nach einem Verdrehwinkel von 90° gegeneinander die positive Zugkraft in eine negative Abstoßungskraft zwischen den beiden Magneten übergegangen ist. In der 90°-Stellung stehen sich nämlich Jeweils gleichnamige Pole der beiden Magnete gegenüber, was bekanntlich eine Abstoßung zur Folge hat. Allerdings kann bei dieser theoretischen

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90 -Stellung naturgemäß keine stabile Drehmomentübertragung stattfinden.'Es läßt sich aber der Luftspalt so einstellen, daß der Verdrehwinkel im Betrieb so nahe an die theoretische Grenzstellung von 90°, wie sie oben definiert worden ist, herankommt, daß einerseits eine stabile Drehmomentsübertragung gegeben ist, andererseits die auftretende Zugkraft ihren Minimalwert unter den gegebenen Betriebsbedingungen erreicht. Zusammen mit den erwähnten Durchbrüchen 16 des Pumpenrades 2 läßt sich somit eine praktisch -vollständige Spurlagerentlastung £es Pumpenrades 2 erzielen*

'Selbstverständlich sind diese Überlegungen nicht auf ein vierpolig magnetisiertes Ringkernsystem beschränkt. Insbesondere bei größeren Ringdurchmessern können auch höherpolige Anordnungen verwendet werden, während in bestimmten Fällen bei kleinen Pumpen zweipolige Systeme zur Anwendung gelangen können.

Zur axialen Entlastung der Motorv,ellenlagerung is> daneben der bei 18 angedeutete Rotor gegenüber dem Stator 19 in axialer Richtung um einen gewissen Betrag, der bei 20 angedeutet 1st, versetzt. Dadurch tritt ein einseitig wirkender, axial gerichteter magnetischer Zug auf, der bestrebt 1st, den Rotor 18 wieder axial symmetrisch bezüglich de« Stators 19 auszurichten und der bei entsprechender Auslegung dazu herangezogen werden kann, die Motorlagerung von den von der Kupplung, d* h. den Ringmagneten 12, 13, herrührenden Axial- \ kraften zu entlasten.

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Die Ringmagnete 12, 13 bestehen aus einem Dauermagnetwerk« stoff, der bekanntlich sich durch eine beträchtliche Brüchigkeit auszeichnet. Andererseits werden die Einzelteile der neuen Pumpe durchweg aus Kunststoffmaterial gefertigt. Es mußte daher ein Weg gefunden werden, um eine einwandfreie,kostensparende und betriebssichere Halterung der Ringmagnete an den ihnen jeweils zugeordneten Halteteilen zu finden:

So ist auf dem Pumpenrad 2 auf der dem Ringmagneten 12 zugeordneten Seite ein Ringbord 21 angeordnet, der in der aus Pig, 1 ersichtlichen Weise den Ringmagneten mit einem Flanschtsil übergreift, welcher bei 22 angedeutet ist. Dieser Ringbord kann bei der Formung des Pumpenrades einstückig mitangoformt werden; er unterstützt den Ringmagneten auf seiner

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gesamten Innenfläche und hält diesen an dem Pumpenrad 2 fest, ohne daß der Ringmagnet irgendwelchen von der Befestigung herrührenden Kräften ausgesetzt wäre. Es wäre im übrigen auch denkbar, den Ringbord 21 im Bereiche der äußeren Umfangsfläche des Magneten anzuordnen.

Die Befestigung des Ringmagneten 13 an der Halterung 14 geschieht in entsprechender Weise, wobei der Ringbord bei 23 angedeutet ist«

Die neue Pumpe kann mit dem Motor 1 zusammen sowie mit einer bei 2^ angedeuteten Haube als selbständige Pumpeneinheit verwendet werden. Ganz besonders zweckmäßig 1st jedoch die in

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der Zeichnung veranschaulichte Ausführung:

Die Pumpenkammer .701st einstückig als Teil eines Deckels

25 eines bei 26 dargestellten Filtertopfes ausgebildet, dessen Wasserablauf bei 29 dargestellt ist. Der Deckel 25, der mittels nicht dargestellter Klammern in dem Filtertopf

26 gehalten ist, trägt auf seiner Außenseite den auf entsprechenden Stützen ruhenden Elektromotor 1, dessen Welle

15 oberhalb der Achse 5 des Pumpenrades 2 angeordnet ist. V

Die Abdeckung 9 der Pumpenkammer 70ist auf der entgegenliegenden Seite der Pumpenkammer 70an dem Deckel 25 festgeschraubt j so daß nach Abnahme des Deckels 25 von dem Filtertopf 26 die ganze Pumpeneinheit unabhängig vom Inhalt des Filtertopfes frei zugängig ist. Der Allauf von der Pumpenkammer 70ist im übrigen bei 27 (Fig. 2) veranschaulicht, wobei zu beachten ist, daß sowohl der Wasserallauf - bei 27 - wie auch der Wasserzulauf - bei 11 - im wesentlichen in axialer Richtung erfolgen. Der Wassera'olauf 27 ißfc im übrigen - wie ersichtlich - seitlich neben der Innenberandung der Pumpenkammer 70 angeordnet, mit deren Innenraum er über einen Durchlaß 28 in Verbindung steht.

Die Motorwelle 15 ist im übrigen axial verschieblich gelagert und durch eine Feder 30 abgestützt, so daß sie zur Lagerentlastung elastisch angehoben werden kann.

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Claims (1)

1. 5' c 11 u t ζ a η γ, ρ r ü c':) e

   1. L'lektronctorisch angetriebene ','asserpurpe für Aquarien r.it narnetischer I'upplunc zwischen der "'.otorv/elle und eier, koaxial zur .'".otorvelle in einer ^e^cn den "otcr durch eine '..'and aus r.arnctisch unvirksan.en. ."aterial abgeschlossenen Punpenkanner ^elarerten ICreicelpunpenrad, dadurch rekcr.n-

   WiG

   ^ογ''θ±ι

   (15) und Pumpenrad (2) aus zv/oi koaxial einander zugeordneten,, r:ohrpoli£j axial na^netisierten ran^r.ar.neten (12, 13) besteht, von denen einer (13) .mittels einer Halterung (1^) r.it der :"otorv/'clle (15) und der andere nit der¹, auf zvei "purlacern (C₃ "I) in der Pur.penkanner (70) celanerten Purnpenrad (2) verbunden ir.t und claP· zumindest das Purpenrad (2) zur Cpurlacerentlastunß i"¹. Lauf unter der Ein-

   !
   •;irkun_;~ einer der Zugkraft der Rin.[;narneten (12, 13) ,

   ent-^e^encesetzt gerichteten Axialkraft steht.

   2, '..'asserpunpe nacii Anspruch 1, dadurc;i gekennzeichnet __; uaPj zuriindoEt das Pumpenrad (2) auf der den P.ini-r.p^neten (12) zugeordneten Seite einen den Rincnanneten (12) halter cen r:ir.rbord (21) trT.^t, der nit einen Tlanschteil (22) den i;ir;™nacneten (12) übergreift,

   3. '..'asserpunpe nach Anspruch 1, dadurch rekennzeichnet ₃ _da£ das Pumpenrad (2) in der l'.ilhc seiner "abe (¹A) Durchbrüche (Iu) aufweist, die den zwischen der magnetisch unvirksanen ^T.Jand (C) der Punpenkanner (70) und den Pumpenrad (2) lierenden Teil (17a) der Punpenkanner nit den den

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   Pumpenradschau.'.'eln (3) zugev.'andten Pur.penkanmerteil (17) verbinden und deren Durchtrittsf If.che auf die auftretende -purlagerbeiastung abgestinnt ist.

   ^l<. V.'asserpunpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pur.per.kanr.erabdeckung (9) auf der den Punpenradschaufeln (3) zugewandten Seite eine 'labe (10) auf v/eist, die ein Spurlager (6) enthalt und den Punpeneinlaf) bildende cffnuncen (11) aufvreist.

   5. V.'asserpu-ipe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zvLschen den beiden Ringnagneten (12_? 13) auf die Leistungsaufnahme des nit ir. wesentlichen konstanter Drehzahl angetriebenen Pumpenrades (2) derart abgestimmt ist, daß die beiden Ringnagneten (12, Ip) in Betriebszustand un einen vorbestimmten, die wirksame axiale Zugkraft um einen vorbestimmten Betrag verringernden v'inkel gegeneinander verdreht sind.

   6. 'wasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (lS) de.^ Elektromotors (I^ "e^enüber¹ dem Ctator (19) axial um einen einen vorbestimmten magnetischen Axialzug ergebenden Betrag (20) versetzt angeordnet und durch eine I'eder (30) abgestützt iyt.

   7. V'asserpumpe "ach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Punpenkanmer (70) einstückig als Teil des Deckeis (25) eine? ^iltertopfes (26) ausgebildet 1st, der auf seiner Außenseite den über Ständer

   abgestutzten Elektromotor (l) trügt und auf dessen Innenseite eine Purcpenkamerabdeckunc (9) lösbar befestigt ist.

   3. V'asserpunpe nach Anspruch 1, dadurch c^eJ*^;erinzeichnet, daß die l/'asserzufuhrleitung (27) und der Uasserauslaß (11) der Punpenkanner (70) in wesentlichen in achsparalleler
   Richtung zur f'umpenradaohse (5) verlaufen.