EP1457681A1 - Pumpe - Google Patents
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- EP1457681A1 EP1457681A1 EP03005242A EP03005242A EP1457681A1 EP 1457681 A1 EP1457681 A1 EP 1457681A1 EP 03005242 A EP03005242 A EP 03005242A EP 03005242 A EP03005242 A EP 03005242A EP 1457681 A1 EP1457681 A1 EP 1457681A1
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- EP
- European Patent Office
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- pump according
- impeller
- hollow shaft
- rotor
- pump
- Prior art date
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- Withdrawn
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/0646—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the hollow pump or motor shaft being the conduit for the working fluid
Definitions
- the invention relates to a pump according to the features in the preamble of Claim 1.
- Centrifugal pumps are in a variety of forms known. Centrifugal pumps have an impeller that is axial, radial or can be semi-axial. It differs depending on the application block, angle or inline pumps. Inline pumps are pumps that are in a straight pipe run can be installed without the The course of the pipeline must be angled to the pump to be able to connect.
- centrifugal pumps are so-called tubular casing pumps, which are preferred for large semi-axial and axial pumps vertical installation.
- the engine itself lie within the flow channel so that the fluid delivered to the motor washed around on the outside.
- the invention is based on the object a compact and variable-speed pump arrangement with high efficiency show.
- the pump according to the invention is characterized in that the impeller connected to one end of a rotor of an electric drive machine is, wherein the rotor is configured as a hollow shaft, and wherein the to be conveyed Fluid flows through the interior of the rotating hollow shaft.
- the fluid can, depending on the configuration and direction of the impeller to flow through the interior of the rotating hollow shaft, i.e. sucked are (claim 2) or also flow away from the impeller, i.e. by the hollow shaft can be pressed.
- the permanent magnets are provided which are constant within the air gap Generate magnetic flux. There is no need for excitation in synchronous motors necessary rotor windings and brushes.
- the permanent magnets can consist of neodymium-iron-boron (NdFeB), whereby this material characterized by high flux density with very high magnetization.
- Synchronous motor control by means of suitable frequency converters is advisable (Claim 5).
- the speed of a synchronous motor can be within control a large speed range with high accuracy.
- the advantage of one Speed control is that the flow rate is very precise via the speed adjustment is adjustable.
- the control via a frequency converter also enables maintenance via an Ethernet interface of the Frequency converter, which enables an online connection to the pump is.
- the rotor is on plain bearings stored. Plain bearings are very gentle on the material and enable high Mileage and long maintenance intervals. In addition, plain bearings only need very little installation space. Another advantage is that there is no direct power dissipation as is possible with ball bearings. The fundamentally lower one is also advantageous Weight of the rotor and the resulting lower load on the Camp.
- the air gap of the synchronous motor can be flowed through by the fluid to be conveyed.
- synchronous machines have significantly larger air gaps than asynchronous machines. This does not mean a significant deterioration in operational behavior, since the rotor does not have to be magnetized over the air gap.
- the fluid conveyed through the air gap both for Cooling also serve as a lubricant when e.g. Slide bearing from that to promoting fluid are flowed (claim 8).
- the fluid to be pumped must be for lubrication trade suitable fluid, such as oil.
- Another plain bearing can be used as an emergency bearing between the impeller and one Stator can be provided (claim 9).
- the housing carrying the stator windings can be made of cast steel be, in the context of claim 11, a tubular shape of the Housing is considered to be particularly advantageous. Above all, it will be a long one slim shape of the housing considered appropriate, so that the Radial housing not or not significantly over the scope of the coupling suction flanges and pressure flanges required on a piping system extends. An exception to this can be one arranged on the housing Terminal box that is used to connect the pump to an electrical Power supply is required.
- Weight can also be saved if the housing is made of an aluminum alloy is made (claim 12).
- the impeller the hollow shaft is integrally formed.
- the impeller can also be used as a separate one Component be made and a non-positive, material or positive connection can be coupled to the hollow shaft or the rotor.
- the impeller can be connected directly or with an intermediary an adapter ring to be shrunk onto the hollow shaft. It is essential that the impeller is directly fluid-conducting with the interior of the hollow shaft communicated.
- the hollow shaft preferably has the same inner diameter like the connected wiring harness, so that the inside of the Pump does not result in flow losses due to cross-sectional constrictions.
- Another significant advantage of the pump according to the invention is that for Realization of different sizes only the housing with the Stator windings and the rotor with the hollow shaft shortened or lengthened must be carried out while the impeller remains basically identical can.
- Another advantage of a pump with speed-controlled synchronous motor is that the synchronous motor runs slowly to the operating speed when in use and unlike an asynchronous motor, it does not operate immediately at full speed is taken.
- the operating behavior of the pump according to the invention stabilizes faster in the embodiment as a synchronous machine than in an embodiment as an asynchronous machine, which is particularly the case with very viscous Liquids, especially with oils, is a big advantage.
- With synchronous motors is about the use of modern frequency converters and their Interfaces can be used to query the bearing or motor temperatures. Limit values can be observed, with an observation of the Pump unit possible over the Internet via the aforementioned interface is.
- the possibility of remote diagnosis allows critical operating conditions in advance recognizable, so that if you intervene in time, a failure the pump unit can be prevented. This possibility of early damage detection is extremely easy to service.
- the pump according to the invention is in particular a transformer oil circulation pump, as used in rail vehicles. Further Possible uses are due to the material-saving funding in the chemical and pharmaceutical industries.
- the invention Pump is not only suitable for pumping pure liquids, but also also for the promotion of mixtures of substances, in the context of the invention of The term fluids also includes multi-component mixtures.
- the pump designated by 1 in FIG. 1 is an inline pump with a Suction nozzle 2 and a pressure nozzle 3, one not shown Fluid in the direction of arrow P from a rotating impeller 4 through the Suction port 2 is sucked into the pump 1 and through the pressure port 3 is supplied to a piping system, not shown.
- the movable components of the pump 1 are accommodated in a housing 5, which is produced by casting in this embodiment.
- the Housing 5 comprises a first housing part 6 and a second housing part 7, the two housing parts 6, 7 in the radial plane denoted by R. abut each other.
- the two housing parts 6, 7 are detachable with one another connected, in particular screwed together.
- an electric drive machine 8 is included, which as Synchronous motor is configured.
- the electric drive machine 8 comprises a stator winding 9 on a laminated core 10, the stator winding 9 is fixed to the first housing part 6 with the laminated core 10.
- the Stator winding 9 is via electrical leads 11 with terminals 12 connected.
- the connection terminals 12 are in a terminal box 13 arranged, in particular compared to the other housing areas 6 the fluid-conducting area is encapsulated.
- the terminal box 13 is formed in one piece with the housing 5.
- the stator winding 9 with the laminated core 10 surrounds a rotor 14 which is rotatably supported relative to the housing 5.
- a rotor 14 which is rotatably supported relative to the housing 5.
- the rotor 14 arranged on the circumferential side permanent magnets that generate a magnetic flux in an air gap 16 between the rotor 14 and the stator winding 9 or assemble the laminated core 10.
- the speed of the Rotor 14 is proportional to the frequency of the rotating field.
- the frequency of the revolving rotating field is via a frequency converter, not shown controlled.
- the rotor 14 is a hollow shaft 17 is configured.
- the fluid is through the inside of the hollow shaft 17 through impeller 4 attached directly to the hollow shaft 17.
- the impeller 4 is on a ring section 18 by shrinking on the hollow shaft 17th attached, the ring portion 18, the hollow shaft 17 radially on the outside embraces.
- the hollow shaft 17 with the permanent magnets arranged thereon 15 and the impeller 4 form a preassembled unit which, when open Housing can be inserted into the first housing part 6.
- the impeller 4 While the impeller 4 is attached to one end 19 of the hollow shaft 17, the other end 20 of the hollow shaft 17 carries a radial bearing 21.
- the radial bearing 21 can be a plain bearing and serves to support the hollow shaft 17 and thus of the rotor 14 relative to the first housing part 6.
- a second bearing 22 is arranged on the end of the impeller 4 facing away from the ring section 18, the bearing 22 on a protruding from the impeller 4 Bearing cup 23 is placed radially on the outside and in a bearing seat 24 of the second housing part 7 summarizes.
- the impeller 4 conveys the fluid radially outwards by rotation, whereby it is supplied to the pressure port 3 through an overflow channel 25.
- the impeller 4 a radial channel impeller closed on both sides with several leading from the radially inner to the radially outer Channels.
- the embodiment of the pump 26 of Figure 2 differs from that of Figure 1 in that its housing 27 is tubular, at one end of the housing 27 a suction port 28 with a Flange 29 is provided and at the opposite end of the housing 27 an impeller 30 is placed.
- a third carrying a pressure port Housing part is not shown for the sake of clarity.
- the pressure port its configuration basically corresponds to that of the suction port, corresponding recesses for receiving the over the Housing 27 protruding impeller 30 are provided.
- the rotor 31 is opposite via slide bearings 32, 33 the housing 27 mounted.
- the first slide bearing 32 is on the suction port 28 facing end of the hollow shaft 34 with the interposition of a annular bearing bracket 35 attached to the rotor 31.
- the plain bearing 32 lies with its outer radial surface on a bearing seat 36 in the suction port 28.
- the Suction port 28 also serves as a bearing plate.
- the first slide bearing 32 takes only radial bearing forces, while the second plain bearing 33 in Cross-section is configured L-shaped and both radial and axial Absorbs bearing forces.
- a corresponding bearing bracket 37 is L-shaped Configuration at the end of the Hollow shaft 34 arranged.
- the bearing bracket 37 also serves for fixation of the impeller 30 with respect to the hollow shaft 34 and thus the rotor 31.
- Das Impeller 30 is a semi-axial impeller in this embodiment, wherein inside the impeller 30 pointing in the opposite direction of flow P. conical guide body is provided which on its housing 27 opposite side has an axial sliding bearing 38 to oppose axial forces to be able to collect a stator not shown.
- FIG. 3 shows the pump 26 of Figure 2 from a another perspective, wherein it can be seen that the tubular housing 27 Has evenly distributed longitudinal ribs on the one hand, which on the one hand Serve stiffening of the housing 27 and on the other hand for each end screw fastening of the suction connector 28 and on the other hand, a bearing plate 39 is used. From Figure 3 it can be seen how that Impeller 30 and the downstream stator 31 are arranged, the Stator 31 serves the fluid radially emerging from the impeller 30 in the Center of the flow channel of the pressure port, not shown to lead. The stator 31 can with the pressure port, not shown be glued.
- Figure 4 shows the pump 26 in a side view in partial section, from This illustration shows that the L-shaped configured plain bearings 33 on the one hand on the bearing bracket 37 and on the other hand on the bearing plate 39 are supported.
- the flanges formed separately in the illustrated embodiments of the suction port and the pressure port can also be directly on the Housing e.g. be designed in the form of end shields, where they then as Screw-in flanges are designed. It is also possible to be provided on the front Screw-in flanges to screw on separate flanges, especially to be able to connect the pump to different pipe systems.
- Pressure port or suction port in the sense of the invention means that an on connection for pipe components adapted to the respective application is provided, the connections shown in the figures Can have design.
- the entire pump can be used as part of the Invention also have the external shape of a cylinder.
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Abstract
Eine Pumpe, insbesondere eine Inline-Pumpe ist mit einem Saugstutzen (2) und einem Druckstutzen (3) versehen und besitzt ein motorisch angetriebenes Laufrad (4), das mit einem Ende eines Rotors (14) einer elektrischen Antriebsmaschine (8) unmittelbar verbunden ist, wobei der Rotor (14) als Hohlwelle (17) konfiguriert ist und das zu fördernde Fluid durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle (17) strömt. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpe gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Pumpen, insbesondere Kreiselpumpen, sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen
bekannt. Kreiselpumpen besitzen ein Laufrad, das axial, radial
oder halbaxial ausgeführt sein kann. Je nach Anwendungsfall unterscheidet
man Block-, Winkel- oder Inline-Pumpen. Inline-Pumpen sind Pumpen, die in
einen geraden Rohrleitungsstrang eingebaut werden können, ohne dass der
Verlauf des Rohrleitungsstrangs abgewinkelt werden muss, um die Pumpe
anschließen zu können.
Eine kompakte Bauform der Kreiselpumpen sind sogenannte Rohrgehäusepumpen,
die vorzugsweise bei großen halbaxialen und axialen Pumpen in
vertikaler Aufstellung zum Einsatz kommen. Dabei kann der Motor selbst
innerhalb des Strömungskanals liegen, so dass das geförderte Fluid den Motor
außenseitig umspült.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine kompakte und drehzahlvariable Pumpenanordnung mit hohem Wirkungsgrad
aufzuzeigen.
Bei einer Pumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist diese Aufgabe
gelöst.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad
mit einem Ende eines Rotors einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden
ist, wobei der Rotor als Hohlwelle konfiguriert ist, und wobei das zu fördernde
Fluid durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle strömt. Bei diesem
neuartigen Konzept einer Pumpe in Kombination mit einer elektrischen
Antriebsmaschine ergibt sich eine sehr kompakte Bauart, da das zu fördernde
Fluid, bei dem es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln kann, den
Rotor bzw. die Hohlwelle des Rotors selbst durchströmt, so dass der Motor
selbst Bestandteil des Leitungssystems ist. Dadurch ergibt sich einerseits eine
wesentliche Platzersparnis und zum anderen auch eine Gewichtsersparnis, da
zumindest ein Teil des angeschlossenen Rohrleitungsstrangs durch die
erfindungsgemäße Pumpe ersetzt ist und zudem der Rotor der Antriebsmaschine
gegenüber bekannten Bauformen deutlich leichter ausgeführt ist.
Das Laufrad kann ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten unmittelbar
an dem Rotor bzw. der Hohlwelle fixiert sein, so dass aufwendige Kupplungsmittel
zwischen dem Laufrad und der elektrischen Antriebsmaschine entfallen.
Auch hierdurch ergibt sich eine Gewichtsersparnis.
Das Fluid kann je nach Konfiguration und Laufrichtung des Laufrads diesem
durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle zuströmen, d.h. angesaugt
werden (Patentanspruch 2) oder auch von dem Laufrad wegströmen, d.h. durch
die Hohlwelle gedrückt werden.
Während es grundsätzlich möglich ist, als elektrische Antriebsmaschine eine
Asynchronmaschine zu verwenden, wird es im Rahmen der Erfindung als
besonders vorteilhaft angesehen, wenn es sich bei der elektrischen Antriebsmaschine
um einen Synchronmotor handelt (Patentanspruch 3).
Synchronmotoren in Kombination mit der neuartigen Pumpenbauart erlauben
Wirkungsgrade von Motor und Pumpe von bis zu 60 %. Der höhere elektrische
Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Antriebs schlägt sich unmittelbar in
einem niedrigeren Energieverbrauch nieder.
Bei einem Asynchronmotor ändert sich der Schlupf mit der Drehzahl und der
Last. Bei einem Synchronmotor lässt sich die Drahzahl einfacher optimieren,
während der Wegfall der Schlupfkompensation das dynamische Regelverhalten
des Synchronmotors verbessert. Synchronmotoren können bereits in kleinen
Baugrößen hohe Leistungen abgeben, so dass sich eine hohe bauraumbezogene
Leistungsdichte ergibt.
Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sind an der Hohlwelle
Permanentmagnete vorgesehen, die innerhalb des Luftspalts einen konstanten
Magnetfluss erzeugen. Es entfallen die für die Erregung bei Synchronmotoren
notwendigen Läuferwicklungen und Bürsten. Die Permanentmagnete können
aus Neodymium-Eisen-Bor (NdFeB) bestehen, wobei sich dieser Werkstoff
durch hohe Flussdichte bei sehr hoher Magnetisierung auszeichnet.
Für den Drehzahl gesteuerten Betrieb eines Synchronmotors ist eine
Synchronmotor-Regelung durch geeignete Frequenzumrichter zweckmäßig
(Patentanspruch 5). Die Drehzahl eines Synchronmotors lässt sich innerhalb
eines großen Drehzahlbereichs mit hoher Genauigkeit regeln. Der Vorteil einer
Drehzahlregelung ist, dass der Förderstrom sehr genau über die Drehzahlverstellung
einstellbar ist. Die Ansteuerung über einen Frequenzumrichter
ermöglicht zusätzlich eine Wartung über eine Ethernet-Schnittstelle des
Frequenzumrichters, wodurch eine Online-Verbindung zu der Pumpe möglich
ist.
Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 ist der Rotor auf Gleitlagern
gelagert. Gleitlagerungen sind sehr materialschonend und ermöglichen hohe
Laufleistungen sowie lange Wartungsintervalle. Zudem benötigen Gleitlager nur
sehr wenig Bauraum. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine direkte Stromableitung
wie bei Kugellagern möglich ist. Vorteilhaft ist auch das grundsätzlich geringere
Gewicht des Rotors und die daraus resultierende geringere Belastung der
Lager.
In der Ausführungsform des Patentanspruchs 7 ist der Luftspalt des Synchronmotors
von dem zu fördernden Fluid durchströmbar. Synchronmaschinen
besitzen gegenüber Asynchronmaschinen deutlich größere Luftspalte. Dies
bedeutet allerdings keine wesentliche Verschlechterung des Betriebsverhaltens,
da der Rotor nicht über den Luftspalt magnetisiert werden muss. Bei einer
Synchronmaschine kann das durch den Luftspalt geförderte Fluid sowohl zur
Kühlung dienen als auch als Schmiermittel, wenn z.B. Gleitlager von dem zu
fördernden Fluid durchströmt werden (Patentanspruch 8). Selbstverständlich
muss es sich bei dem zu fördernden Fluid hierbei um ein zur Schmierung
geeignetes Fluid handeln, wie beispielsweise Öl. Bei der Verwendung von
Gleitlagern in Kombination mit Öl als zu förderndem Fluid ergibt sich beispielsweise
bei einem Einsatz als Trafoölpumpe eine automatische Motorkühlung
und Lagerschmierung durch das umlaufende Öl.
Insbesondere bei Trafoölpumpen für Schienenfahrzeuge ist es möglich, bei
koaxial ageordneten Saug- und Druckflansch erheblichen Bauraum einzusparen,
wobei aufgrund des hohen Wirkungsgrades Öle mit sehr unterschiedlichen
Viskositäten, z.B. bei Temperaturen von -25°C bis 115°C, gepumpt werden
können. Die Förderung ist aufgrund der neuartigen Führung des Fluids sehr
Produkt schonend.
Ein weiteres Gleitlager kann als Notlager zwischen dem Laufrad und einem
Leitrad vorgesehen sein (Patentanspruch 9).
Grundsätzlich ist es möglich, die innerhalb eines Gehäuses angeordneten
Ständerwicklungen der elektrischen Antriebsmaschine durch Vergussmassen
gegen die zu fördernden Fluide hermetisch abzudichten. Eine mögliche
Variante zur Hermetisierung der Ständerwicklung ist Gegenstand des
Patentanspruchs 10. Danach ist innerhalb des Luftspalts ein sich in Längsrichtung
des Luftspalts erstreckendes Spaltrohr angeordnet, das an seinen Enden
abgedichtet fixiert ist, so dass die Ständerwicklungen fluiddicht gekapselt sind.
Das Wirkprinzip der Asynchronmaschine erfordert dahingegen möglichst kleine
Luftspalte, wobei die verwendeten Spaltrohre aus metallischen Werkstoffen bestehen.
Diese sind zwar unmagnetisch, jedoch leitend, so dass der Maschinenwirkungsgrad
durch die entstehenden Wirbelstromverluste stark reduziert
wird. Ein weiteres Problem sind die im Falle einer Asynchronmaschine
auftretenden Stromwärme- und Ummagnetisierungsverluste, die eine
Zwangsspülung des Läuferraumes erforderlich machen. Wird Erregung
hingegen über Permanentmagnete erzeugt, so ist die Realisierung größerer
Luftspalte und damit auch eine Hermetisierung der Ständerwicklungen über
nicht metallische Spaltrohre möglich, ohne dass dadurch der Maschinenwirkungsgrad
gemindert wird. Weiterhin entfallen die im Läufer einer Asynchronmaschine
auftretenden Verluste, weshalb grundsätzlich auf eine Zwangsspülung
verzichtet werden kann.
Das die Ständerwicklungen tragende Gehäuse kann aus Stahlguss gefertigt
sein, wobei im Rahmen des Patentanspruchs 11 eine rohrförmige Gestalt des
Gehäuses als besonders vorteilhaft angesehen wird. Vor allem wird eine lange
schlanke Gestalt des Gehäuses als zweckmäßig erachtet, so dass sich das
Gehäuse radial nicht oder nicht wesentlich über den Umfang der zur Ankopplung
an ein Rohrleitungssystem erforderlichen Saugflansche und Druckflansche
erstreckt. Eine Ausnahme kann hierbei ein an dem Gehäuse angeordneter
Klemmenkasten sein, der zum Anschluss der Pumpe an eine elektrische
Stromversorgung erforderlich ist.
Eine Gewichtseinsparung ist auch dadurch möglich, dass das Gehäuse aus
einer Aluminiumlegierung gefertigt ist (Patentanspruch 12).
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, den Rotor über verschleißfreie
Magnetlager in dem Gehäuse zu lagern (Patentanspruch 13). Die konkrete
Lagergestaltung richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall, wobei es
nicht grundsätzlich erforderlich ist, den Rotor bzw. die Hohlwelle über zwei
Gleitlager gegenüber dem Gehäuse zu lagern. Es ist auch denkbar, dass nur
ein Ende der Hohlwelle gegenüber dem Gehäuse der Motoreinheit gelagert ist,
während das andere Ende der Hohlwelle das Laufrad der Pumpeneinheit trägt,
an welchem ein zweites Lager vorgesehen ist, das in einem Gehäuse der
Pumpeneinheit gelagert ist. Zur Montage und Demontage kann das gesamte
Gehäuse im Bereich des Laufrades in radialer Richtung geteilt ausgeführt sein.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass das Laufrad mit
der Hohlwelle einstückig ausgebildet ist. Das Laufrad kann auch als separates
Bauteil gefertigt sein und über eine kraftschlüssige, stoffschlüssige oder
formschlüssige Verbindung mit der Hohlwelle bzw. dem Rotor gekoppelt sein.
Insbesondere kann das Laufrad unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
eines Adapterrings auf die Hohlwelle geschrumpft sein. Wesentlich ist, dass
das Laufrad unmittelbar fluidleitend mit dem Innenraum der Hohlwelle
kommuniziert. Vorzugsweise besitzt die Hohlwelle den gleichen Innendurchmesser
wie der angeschlossene Leitungsstrang, so dass sich im Innenraum der
Pumpe keine Strömungsverluste durch Querschnittsverengungen ergeben.
Grundsätzlich ist es möglich, die Pumpe im Bereich des Laufrades als
Winkelpumpe zu konfigurieren, d.h. Saugflansch und Druckflansch der Pumpe
liegen im Winkel insbesondere senkrecht zueinander. Hierzu braucht lediglich
der laufradseitige Flansch ausgetauscht zu werden, wobei der Aufbau der
Pumpe im übrigen unverändert bleibt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist, dass zur
Verwirklichung unterschiedlicher Baugrößen lediglich das Gehäuse mit den
Ständerwicklungen sowie der Rotor mit der Hohlwelle verkürzt bzw. verlängert
ausgeführt werden muss, während das Laufrad grundsätzlich identisch bleiben
kann.
Ein weiterer Vorteil einer Pumpe mit drehzahlgeregeltem Synchronmotor ist,
dass der Synchronmotor im Einsatzfall langsam auf Betriebsdrehzahl läuft und
anders als ein Asynchronmotor nicht sofort mit voller Drehzahl in Betrieb
genommen wird. Das Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Pumpe
stabilisiert sich in der Ausführungsform als Synchronmaschine schneller als bei
einer Ausführungsform als Asynchronmaschine, was gerade bei sehr viskosen
Flüssigkeiten, insbesondere bei Ölen, ein großer Vorteil ist. Bei Synchronmotoren
ist über die Verwendung moderner Frequenzumrichter und deren
Schnittstellen eine Abfrage der Lager- bzw. Motortemperaturen möglich.
Grenzwerte können eingehalten werden, wobei eine Beobachtung der
Pumpeneinheit über die zuvor genannte Schnittstelle über das Internet möglich
ist. Die Möglichkeit der Ferndiagnose erlaubt es im Vorfeld, kritische Betriebsbedingungen
zu erkennen, so dass bei rechtzeitigem Einschreiten ein Ausfall
der Pumpeneinheit verhindert werden kann. Diese Möglichkeit der Schadensfrüherkennung
ist ausgesprochen servicefreundlich.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist insbesondere eine Trafoöl-Umlaufpumpe,
wie sie bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommt. Weitere
Einsatzmöglichkeiten werden aufgrund der stoffschonenden Förderung in der
chemischen und pharmazeutischen Industrie gesehen. Die erfindungsgemäße
Pumpe eignet sich nicht nur zur Förderung von reinen Flüssigkeiten, sondern
auch zur Förderung von Stoffgemischen, wobei im Rahmen der Erfindung der
Begriff Fluide auch Mehrstoffgemische erfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine erste Ausführungsform einer Pumpe;
- Figur 2
- eine zweite Ausführungsform einer Pumpe in perspektivischer Ansicht im Teilschnitt;
- Figur 3
- die Pumpe der Figur 2 aus einer anderen Perspektive in Blickrichtung auf das Laufrad und
- Figur 4
- die Pumpe der Figur 2 in der Seitenansicht im Teilschnitt.
Die in Figur 1 mit 1 bezeichnete Pumpe ist eine Inline-Pumpe mit einem
Saugstutzen 2 und einem Druckstutzen 3, wobei ein nicht näher dargestelltes
Fluid in Richtung des Pfeils P von einem rotierenden Laufrad 4 durch den
Saugstutzen 2 in die Pumpe 1 hinein gesaugt wird und durch den Druckstutzen
3 einem nicht näher dargestellten Rohrleitungssystem zugeführt wird. Die
beweglichen Komponenten der Pumpe 1 sind in einem Gehäuse 5 aufgenommen,
das in diesem Ausführungsbeispiel gießtechnisch hergestellt ist. Das
Gehäuse 5 umfasst ein erstes Gehäuseteil 6 und ein zweites Gehäuseteil 7,
wobei die beiden Gehäuseteile 6, 7 in der mit R bezeichneten Radialebene
aneinander anliegen. Die beiden Gehäuseteile 6, 7 sind lösbar miteinander
verbunden, insbesondere miteinander verschraubt. In dem ersten Gehäuseteil
6 ist eine elektrische Antriebsmaschine 8 aufgenommen, die als
Synchronmotor konfiguriert ist. Die elektrische Antriebsmaschine 8 umfasst
eine Ständerwicklung 9 auf einem Blechpaket 10, wobei die Ständerwicklung 9
mit dem Blechpaket 10 an dem ersten Gehäuseteil 6 fixiert ist. Die
Ständerwicklung 9 ist über elektrische Zuführungen 11 mit Anschlussklemmen
12 verbunden. Die Anschlussklemmen 12 sind in einem Klemmenkasten 13
angeordnet, der gegenüber den übrigen Gehäusebereichen 6 insbesondere
dem Fluid leitenden Bereich gekapselt ausgeführt ist. Der Klemmenkasten 13
ist einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgebildet.
Die Ständerwicklung 9 mit dem Blechpaket 10 umgibt einen Rotor 14, der
gegenüber dem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. An dem Rotor 14 sind
umfangsseitig Permanentmagnete angeordnet, die einen magnetischen Fluss
in einem Luftspalt 16 zwischen dem Rotor 14 und der Ständerwicklung 9 bzw.
dem Blechpaket 10 aufbauen. Entsprechend der Funktionsweise eines
Synchronmotors folgt der als Polrad ausgebildete Rotor 14 einem in den
Ständerwicklungen 9 aufgebauten Ständerdrehfeld, wobei die Drehzahl des
Rotors 14 proportional zur Frequenz des Drehfeldes ist. Die Frequenz des
umlaufenden Drehfeldes wird über einen nicht näher dargestellten Frequenzumrichter
gesteuert.
Das besondere bei der Pumpe ist, dass der Rotor 14 als Hohlwelle 17
konfiguriert ist. Das Fluid wird durch das Innere der Hohlwelle 17 hindurch dem
unmittelbar an der Hohlwelle 17 befestigten Laufrad 4 zugeführt. Das Laufrad 4
ist über einen Ringabschnitt 18 durch Aufschrumpfen an der Hohlwelle 17
befestigt, wobei der Ringabschnitt 18 die Hohlwelle 17 radial außenseitig
umgreift. Die Hohlwelle 17 mit den darauf angeordneten Permanentmagneten
15 und dem Laufrad 4 bilden eine vormontierte Einheit, die bei geöffnetem
Gehäuse in das erste Gehäuseteil 6 einsetzbar ist.
Während an dem einen Ende 19 der Hohlwelle 17 das Laufrad 4 befestigt ist,
trägt das andere Ende 20 der Hohlwelle 17 ein Radiallager 21. Das Radiallager
21 kann ein Gleitlager sein und dient zur Lagerung der Hohlwelle 17 und damit
des Rotors 14 gegenüber dem ersten Gehäuseteil 6. Ein zweites Lager 22 ist
auf dem dem Ringabschnitt 18 abgewandten Ende des Laufrads 4 angeordnet,
wobei das Lager 22 auf einem gegenüber dem Laufrad 4 vorstehenden
Lagertopf 23 radial außenseitig platziert ist und in einen Lagersitz 24 des
zweiten Gehäuseteils 7 fasst.
Das Laufrad 4 fördert das Fluid durch Rotation radial nach außen, wobei es
durch einen Überströmkanal 25 dem Druckstutzen 3 zugeführt wird. In diesem
Ausführungsbeispiel ist das Laufrad 4 ein beidseitig geschlossenes Radialkanalrad
mit mehreren vom radial Inneren zum radial Äußeren führenden
Kanälen.
Die Ausführungsform der Pumpe 26 der Figur 2 unterscheidet sich von
derjenigen der Figur 1 dadurch, dass ihr Gehäuse 27 rohrförmig ausgebildet ist,
wobei an dem einen Ende des Gehäuses 27 ein Saugstutzen 28 mit einem
Flansch 29 vorgesehen ist und am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses
27 ein Laufrad 30 platziert ist. Ein drittes einen Druckstutzen tragendes
Gehäuseteil ist der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Der Druckstutzen
entspricht in seiner Konfiguration grundsätzlich derjenigen des Saugstutzen,
wobei entsprechende Aussparungen zur Aufnahme des über das
Gehäuse 27 vorstehenden Laufrads 30 vorgesehen sind.
Bei dieser Ausführungsform ist der Rotor 31 über Gleitlager 32, 33 gegenüber
dem Gehäuse 27 gelagert. Das erste Gleitlager 32 ist an dem dem Saugstutzen
28 zugewandten Ende des der Hohlwelle 34 unter Zwischenschaltung eines
ringförmigen Lagerträgers 35 am Rotor 31 befestigt. Das Gleitlager 32 liegt mit
seiner äußeren Radialfläche an einem Lagersitz 36 im Saugstutzen 28 an. Der
Saugstutzen 28 dient gleichzeitig als Lagerschild. Das erste Gleitlager 32 nimmt
lediglich radiale Lagerkräfte auf, während das zweite Gleitlager 33 im
Querschnitt L-förmig konfiguriert ist und sowohl radiale als auch axiale
Lagerkräfte aufnimmt. Hierzu ist ein entsprechender Lagerträger 37 in L-förmiger
Konfiguration an dem dem Saugstutzen 28 abgewandten Ende der
Hohlwelle 34 angeordnet. Der Lagerträger 37 dient gleichzeitig zur Fixierung
des Laufrads 30 gegenüber der Hohlwelle 34 und damit des Rotors 31. Das
Laufrad 30 ist in dieser Ausführungsform ein halbaxiales Laufrad, wobei
innerhalb des Laufrads 30 ein entgegen der Strömungsrichtung P weisender
kegelförmiger Leitkörper vorgesehen ist, der auf seiner dem Gehäuse 27
abgewandten Seite ein Axialgleitlager 38 aufweist, um Axialkräfte gegenüber
einem nicht näher dargestellten Leitrad auffangen zu können.
Die Ausführungsform der Figur 3 zeigt die Pumpe 26 der Figur 2 aus einer
anderen Perspektive, wobei erkennbar ist, dass rohrförmige Gehäuse 27
gleichmäßig am Außenumfang verteilte Längsrippen aufweist, die einerseits zur
Aussteifung des Gehäuses 27 dienen und andererseits jeweils endseitig zur
schraubtechnischen Befestigung einerseits des Saugstutzens 28 und
andererseits eines Lagerschilds 39 dient. Aus Figur 3 ist erkennbar, wie das
Laufrad 30 und das nachgeschaltete Leitrad 31 angeordnet sind, wobei das
Leitrad 31 dazu dient, das aus dem Laufrad 30 radial austretende Fluid in die
Mitte des Strömungskanals des nicht näher dargestellten Druckstutzens zu
führen. Das Leitrad 31 kann mit dem nicht näher dargestellten Druckstutzen
verklebt sein.
Figur 4 zeigt die Pumpe 26 in einer Seitenansicht im Teilschnitt, wobei aus
dieser Darstellung erkennbar ist, dass die L-förmigen konfigurierten Gleitlager
33 einerseits an dem Lagerträger 37 und andererseits an dem Lagerschild 39
abgestützt sind.
Die bei den dargestellten Ausführungsformen separat ausgebildeten Flansche
des Saugstutzens und des Druckstutzens können auch unmittelbar an dem
Gehäuse z.B. in Form von Lagerschilden ausgebildet sein, wobei sie dann als
Einschraubflansche gestaltet sind. Es ist auch möglich, an stirnseitig vorgesehenen
Einschraubflanschen separate Flansche anzuschrauben, insbesondere
um die Pumpe an verschiedene Rohrleitungssysteme anschließen zu können.
Druckstutzen bzw. Saugstutzen im Sinne der Erfindung bedeutet, dass ein an
den jeweiligen Anwendungsfall angepasster Anschluss für Rohrleitungskomponenten
vorgesehen ist, wobei die Anschlüsse die in den Figuren gezeigte
Gestaltung aufweisen können. Die gesamte Pumpe kann im Rahmen der
Erfindung auch die äußerliche Gestalt eines Zylinders haben.
- 1 -
- Pumpe
- 2 -
- Saugstutzen
- 3 -
- Druckstutzen
- 4 -
- Laufrad
- 5 -
- Gehäuse
- 6 -
- erstes Gehäuseteil
- 7 -
- zweites Gehäuseteil
- 8 -
- elektrische Antriebsmaschine
- 9 -
- Ständerwicklung
- 10 -
- Blechpaket
- 11 -
- elektrische Zuführungen
- 12 -
- Anschlussklemmen
- 13 -
- Klemmenkasten
- 14 -
- Rotor
- 15 -
- Permanentmagnet an 14
- 16 -
- Luftspalt
- 17 -
- Hohlwelle
- 18 -
- Ringabschnitt
- 19 -
- Ende von 17
- 20 -
- Ende
- 21 -
- Lager
- 22 -
- Lager
- 23 -
- Lagertopf
- 24 -
- Lagersitz
- 25 -
- Überströmkanal
- 26 -
- Pumpe
- 27 -
- Gehäuse
- 28 -
- Saugstutzen
- 29 -
- Flansch
- 30 -
- Laufrad
- 31 -
- Rotor
- 32 -
- Gleitlager
- 33 -
- Gleitlager
- 34 -
- Hohlwelle
- 35 -
- Lagerträger
- 36 -
- Lagersitz
- 37 -
- Lagerträger
- 38 -
- Gleitlager
- 39 -
- Lagerschild
- P -
- Pfeil
- R -
- Radialebene
Claims (13)
- Pumpe mit einem Sauganschluss (2, 28) und einem Druckanschluss (3) und einem motorisch angetrieben Laufrad (4, 30) zur Förderung von Fluiden, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (4, 30) mit einem Ende (17) eines Rotors (14, 31) einer elektrischen Antriebsmaschine (^8) verbunden ist, wobei der Rotor (14, 31 ) als Hohlwelle (17, 34) konfiguriert ist und das zu fördernde Fluid durch den Innenraum der rotierenden Hohlwelle (17, 34) strömt.
- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch die Hohlwelle (17) ansaugbar ist.
- Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (8) ein Synchronmotor ist.
- Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftspalt (16) des Synchronmotors (8) ein von an der Hohlwelle (17, 34) angeordneten Permanentmagenten (15) erzeugter Magnetfluss vorhanden ist.
- Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der elektrischen Antriebsmaschine (8) ein Frequenzumrichter vorgesehen ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14, 31) auf Gleitlagern (32, 33) gelagert ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufspalt (16) des Synchronmotors (8) von dem zu fördernden Fluid durchströmbar ist.
- Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlager (32, 33) von dem zu fördernden Fluid geschmiert sind.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Laufrad (30) ein Leitrad (31) angeordnet ist, wobei zwischen Laufrad (30) und Leitrad (31) ein Gleitlager (38) angeordnet ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Luftspalts (16) ein sich in Längsrichtung des Luftspalts (16) erstreckendes Spaltrohr angeordnet ist, durch welche Ständerwicklungen (9) gegenüber dem zu fördernden Fluid gekapselt sind.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Ständerwicklungen (9) tragendes Gehäuse (27) rohrförmig ausgebildet ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (27) aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4, 30) über Magnetlager in dem Gehäuse (5, 27) gelagert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03005242A EP1457681A1 (de) | 2003-03-10 | 2003-03-10 | Pumpe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03005242A EP1457681A1 (de) | 2003-03-10 | 2003-03-10 | Pumpe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1457681A1 true EP1457681A1 (de) | 2004-09-15 |
Family
ID=32748845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP03005242A Withdrawn EP1457681A1 (de) | 2003-03-10 | 2003-03-10 | Pumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1457681A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470189C1 (ru) * | 2011-06-16 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" | Центробежный насос с мокрым электродвигателем |
RU2794619C1 (ru) * | 2022-07-05 | 2023-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Комбинированный моноблочный насос с мокрым электродвигателем |
Citations (4)
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EP0844723A2 (de) * | 1996-11-25 | 1998-05-27 | Flender Austria Antriebstechnik Aktiengesellschaft | Elektromotorisch angetriebene Pumpe |
EP0903500A2 (de) * | 1997-09-19 | 1999-03-24 | TCG UNITECH Aktiengesellschaft | Elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe |
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-
2003
- 2003-03-10 EP EP03005242A patent/EP1457681A1/de not_active Withdrawn
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