EP1573207A1 - Elektrisch angetriebene pumpe - Google Patents

Elektrisch angetriebene pumpe

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Publication number
EP1573207A1
EP1573207A1 EP03773684A EP03773684A EP1573207A1 EP 1573207 A1 EP1573207 A1 EP 1573207A1 EP 03773684 A EP03773684 A EP 03773684A EP 03773684 A EP03773684 A EP 03773684A EP 1573207 A1 EP1573207 A1 EP 1573207A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
impeller
pump
pump according
rotor
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03773684A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michal Kalavsky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1573207A1 publication Critical patent/EP1573207A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/043—Shafts
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic

Definitions

  • the present invention relates to an electrically driven pump with an impeller rotating in a pump chamber.
  • Pumps of this type are used in a large number of fields of application where liquids have to be moved against a low back pressure, such as for circulating washing liquids in dishwashers or washing machines, as cooling water pumps for internal combustion engines, as bilge pumps on ships, etc.
  • a pump for circulating the washing liquid is generally arranged below a washing chamber.
  • the overall height of the washing liquid is generally arranged below a washing chamber.
  • Another disadvantage of the conventional design principle is that the shaft leading to the pump head must be reliably sealed in order to protect the motor from liquid escaping from the pump head.
  • an impeller that is unusually elongated in the axial direction that, with regard to its function in the axial direction, can be divided into two sections, a section that plunges deeply into a part of the pumping chamber that is surrounded by the stator of the electrical machine, and by entering the field there exposed to the stator, acts as a rotor, but has virtually no pumping effect, and a second section which is hardly covered by the field of the stator, but which is located at the level of the inlet and outlet of the pumping chamber and therefore has almost exclusively pumping action.
  • the construction principle mentioned at the outset, according to which the motor and pump head lie side by side in the longitudinal direction of the shaft, is also followed in this conventional pump.
  • the object of the present invention is to provide an electrically driven pump which has a reduced length in the axial direction compared to conventional pumps with the same pumping power and is therefore better adapted to the installation conditions in certain devices and allows better use of space than conventional impeller pumps.
  • a pump with the features of claim 1.
  • the functions of the pump head and the electric drive succeed Realize the same height along the axis of the pump and thus reduce the overall length of the pump in the axial direction.
  • the impeller In most conventional impeller pumps, the impeller has a hub from which the vanes protrude and the free ends of the vanes rotate along a stationary housing wall of the pump.
  • the flow path is not limited by this housing wall, but by a wheel rim, which is part of the impeller and is connected to its hub via the vanes. This wheel rim carries the rotor of the electrical machine.
  • the electrical machine is preferably of the type excited by at least one permanent magnet, in particular a brushless DC machine.
  • the at least one permanent magnet of such a machine is preferably surrounded in one piece by the wheel rim in order to protect it from contact with the liquid to be pumped.
  • the wheel rim, or preferably the entire impeller can be produced by extrusion coating the permanent magnet with a plastic material.
  • a stator of the electrical machine is preferably arranged radially outside of the rotor.
  • a wall of the pump chamber then expediently runs through a gap formed between the stator and the rotor.
  • the housing of the pump is preferably made up of a first and a second part, the first part being a cylindrical section, which can in particular be the wall running through the gap between the stator and the rotor, an inlet bounding shoulder at a first end of the cylindrical portion and an outward shoulder at a second end of the cylindrical portion, and the second portion forms a lid mountable to the second shoulder.
  • the impeller can be easily inserted from the second end into the cylindrical section of the first housing part and enclosed therein by mounting the cover, while the stator can be pushed on from the first side of the cylindrical section.
  • a socket for one end of a shaft of the impeller is expediently formed on each of the two parts of the housing.
  • the impeller In order to achieve low-friction suspension of the impeller, it is preferably mounted on the shaft via at least one ring bearing. Such is expedient
  • Ring bearing firmly connected to the impeller and rotatable around the stationary shaft.
  • the impeller itself is therefore not exposed to any direct friction and can therefore be made of an inexpensive material with low friction, without affecting the life of the pump.
  • At least one axial channel is provided on the inner surface of the ring bearing.
  • the liquid pumped by the pump can penetrate into this channel, which on the one hand cools the bearing and on the other hand promotes the formation of a friction-reducing liquid film between the inner surface of the ring bearing and the shaft.
  • the ring bearing expediently has two sections with different outside diameters, a first section with a small outside diameter engaging in a central bore of the impeller and the second section with a larger outside diameter coming to lie outside the central bore and thus forming a stop which defines the axial position of the Specifies ring bearing on the impeller.
  • two ring bearings are preferably inserted into the central bore of the impeller from opposite ends. These two ring bearings are preferably identical.
  • the pump according to the invention is particularly suitable for being installed in a device such as a dishwasher with a vertically oriented axis of the impeller. In this way, the pump only occupies a small height within an installation space to be kept as low as possible in favor of the rinsing chamber below the rinsing chamber.
  • the diameter of the pump according to the invention which may be enlarged in comparison to a conventional pump of the same power, generally throws in such an installation space with small vertical but large lateral dimensions no problems.
  • the inlet is located higher than the outlet.
  • its impeller is exposed to a pressure of the pumped medium acting in the direction of the inlet, so that when the inlet is at a high position, axial forces acting on the bearings of the impeller, caused on the one hand by this pressure and on the other hand by the weight of the impeller are, at least partially compensate each other and thus lead to a low bearing load.
  • a washer is preferably rotatably attached to one end of the shaft, which comes to rest between the socket and its adjacent rotating parts when the shaft is mounted.
  • the compressive force acting in the direction of the inlet outweighs the weight of the impeller regardless of the installation position, so that the end of the shaft to which the washer is attached, preferably the end on the inlet side the wave will be.
  • FIG. 1 shows an axial section through a pump according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows a perspective view of a ring bearing of the pump
  • Fig. 5 shows an axial section through a second embodiment of the invention.
  • the housing of the pump shown in Fig. 1 is composed of two parts 1, 2, the z. B. are made in one piece from plastic.
  • the first housing part 1 has a cylindrical section 3, on the two ends of which a shoulder 4, which extends radially inward with respect to the axis of the cylindrical section 3, and a radially outwardly extending shoulder 5 are formed.
  • the inwardly extending shoulder 4 defines an inlet opening 6 of the pump.
  • a holder 7 for a shaft 18 is held by struts 8, which connect the holder 7 to the inward shoulder 4.
  • a peripheral rib 9 is formed concentrically to the axis.
  • the ridge 9 has a uniformly to a quarter of a circle curved inner surface and a cylindrical outer surface on which a cylindrical outer wall is plugged 10 of the 'second housing part. 2
  • a second socket 13 is provided for the opposite end of the shaft 18.
  • the bottom 11 and the outer wall 10 are connected to one another by a circumferential channel 13, the free cross section of which is maximum at the level of an outlet connection 14 starting from the channel 13 and from there decreases uniformly in both directions to a diametrically opposite point of the channel 13.
  • the impeller 15 has, in a manner known per se, a hub 16 in the form of a rotational hyperboloid or a cone, the opening angle of which extends towards the apex, i.e. to the inlet opening 6, progressively narrowing, and which carries a plurality of vanes 17, each extending in a plane running through the longitudinal axis of the pump.
  • the hub 16 has an axial bore, the diameter of which is larger than that of the shaft 18 running through it and held in the sockets 7, 12.
  • the shaft 18 is shown in FIG. 3 in a perspective view. It has the shape of an essentially cylindrical metal rod, which is provided at its two ends with axially parallel flats 25 which each give the ends a non-circular cross-section.
  • the sockets 7, 12 are each complementary to this non-circular cross section, so that the shaft 18 is held in the pump housing in a rotationally fixed manner.
  • a metallic washer 28 is loosely pushed onto one of the ends of the shaft 18. It has a central opening with a shape that is complementary to the flattened end of the shaft 18, so that it can be moved over the axial extent of the flattened portion 25, but cannot be rotated.
  • the impeller 15 is held on the shaft 18 by means of two identical ring bearings 27, one of which is shown in a perspective view in FIG. 4.
  • the ring bearing 27 is a one-piece sleeve made of metal. It has two on top of each other in the axial direction following sections 29, 30, which are connected via a radial shoulder (facing away from the viewer in FIG. 4).
  • the outer diameter of the narrower section is dimensioned such that it can be pressed into the axial bore of the hub 16; while the second section, as shown in FIG. 2, projects beyond the hub 16 in the axial direction.
  • the inner diameter of a central bore of the ring bearing 27 is slightly larger than the outer diameter of the shaft 18, the clearance between the two being dimensioned such that a film of the liquid to be pumped can form between the two during operation of the pump.
  • the penetration of the liquid between the ring bearing 27 and the shaft 18 is promoted by two radial slots 31 which are formed on the end face of the section 30 and each open onto a channel 32 which extends in the axial direction over the inner surface 33 of the bore.
  • the vanes 17 of the impeller 15 carry a wheel rim 19 which is curved in a manner similar to the surface of the hub 16 and, together with this, delimits a flow path 20 which initially runs axially downward from the inlet opening 6, and then continues into the radial direction Turn direction, and finally exits the impeller 15 on its peripheral surface and reaches the groove 12.
  • a permanent magnet 21 and a sheet metal packing 22 are embedded in the wheel rim. Magnet 21 and sheet metal packing 22 form a ring through which flow path 20 runs. A ring of electromagnets 23 is arranged around this ring.
  • the permanent magnet 21 and electromagnet 23 form the rotor or the stator of a brushless, electronically commutated direct current motor.
  • the cylindrical section 3 of the first housing part 1, which is only a fraction of a millimeter thick at the height of these magnets, and a thin layer of the wheel rim 19 enclosing the permanent magnet 21 extend through an air gap between the permanent magnet and the electromagnet.
  • the wheel rim 19 is surrounded all around by the liquid flowing through the pump. Since the permanent magnet 21 and sheet metal packing 22 are extrusion-coated by the material of the wheel rim 19, they are protected from the liquid.
  • the electromagnets 23 are separated from the liquid by the one-piece, sealed wall of the first housing part 1. A There is no rotary union that could leak during operation and could allow liquid to be pumped to live parts of the pump. The only seals that are required on the pump according to the invention are those between the two housing parts 1, 2, which, for. B.
  • FIG. 5 shows an axial section similar to that of FIG. 1 through a pump according to a second embodiment of the invention.
  • This second embodiment is characterized by a somewhat simplified structure with a reduced number of parts. It differs from the embodiment described above by the suspension of the impeller. 5, the impeller 15 'is integrally and positively formed on the shaft 18', namely by providing the shaft 18 'with a central flat 25 and overmolded with the hub of the impeller 15'. As a result of the positive connection, the shaft 18 'rotates with the impeller 25' and is rotatably received in the bearing sections 7 ', 12' of the two housing parts 1 ', 2'.
  • Ring bearings 27 ' are inserted into the bearing sections 7', 12 'in order to hold the shaft 18' rotatably.
  • a ball 34 ' is enclosed in the upper bearing section 7', which is rotatable both with respect to the bearing section 7 'and with respect to the shaft 18' and, if the impeller 15 'due to it Back pressure acting on the bearing portion 7 'is clamped between this and the end of the shaft 18'.
  • a corresponding ball could also be provided between the bearing section 12 'and the shaft 18', or, as indicated in FIG. 5, the shaft 18 'can simply be tapered at its end engaging in the bearing section 12', as by a 5 shown, so that the contact surface between the shaft 18 'and the bearing portion 12' is essentially limited to a point lying on the axis of rotation.

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Abstract

Eine Pumpe hat eine Pumpkammer, in der ein Flügelrad (15; 15') und ein mit dem Flügelrad verbundener Rotor (21, 22) einer elektrischen Maschine angeordnet sind. Ein Strömungsweg (20) verläuft vom Einlass (6) zum Auslass (14) der Pumpkammer durch einen zentralen Durchgang des Rotors (21, 22).

Description

Elektrisch angetriebene Pumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Pumpe mit einem in einer Pumpkammer rotierenden Flügelrad. Derartige Pumpen werden in einer Vielzahl von Anwendungsfeldern eingesetzt, wo Flüssigkeiten gegen einen geringen Gegendruck bewegt werden müssen, wie etwa zum Umwälzen von Waschflüssigkeiten in Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen, als Kühlwasserpumpen für Brennkraftmaschinen, als Lenzpumpen auf Schiffen etc.
Die meisten Pumpen für Flüssigkeiten haben einen zweiteiligen Aufbau mit einem Motor, der eine Welle antreibt, und einem in Längsrichtung der Welle an den Motor anschließenden, von der Welle angetriebenen Pumpenkopf. Eine solche Anordnung führt zu einer in Richtung der Welle langgestreckten Bauform der Pumpe, die nicht für alle
Einbausituationen in Geräten, in denen eine solche Pumpe zum Einsatz kommt, gut geeignet ist. So ist zum Beispiel in einer Spülmaschine eine Pumpe zum Umwälzen der Spülflüssigkeit im Allgemeinen unterhalb einer Spülkammer angeordnet. Die Bauhöhe der
Pumpe sollte möglichst niedrig sein, um die bei vorgegebener Gehäusehöhe der
Spülmaschine erreichbare Höhe der Spülkammer nicht unnötig zu beschränken. Dies zwingt dazu, die herkömmlichen Pumpen mit axial langgestreckter Bauform mit horizontal orientierter Welle einzubauen. Die Bauhöhe einer solchen Pumpe lässt sich nur verringern, wenn der Durchmesser ihrer rotierenden Teile reduziert wird, was die
Leistungsfähigkeit beeinträchtigt.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Konstruktionsprinzips ist, dass die zum Pumpenkopf führende Welle zuverlässig abgedichtet sein muss, um den Motor vor aus dem Pumpenkopf austretender Flüssigkeit zu schützen.
Um das Problem der Abdichtung zu lösen und gleichzeitig den Rotor der elektrischen Maschine zu kühlen, wurde in DE 199 03 817 A1 vorgeschlagen, das Flügelrad einer Kühlwasserpumpe für ein Kraftfahrzeug wenigstens teilweise aus einem magnetischen Material zu fertigen, welches gleichzeitig als Rotor einer das Flügelrad antreibenden elektrischen Maschine dient. Diese Pumpe kommt zwar ohne eine Drehwelle mit Drehdurchführung zwischen der elektrischen Maschine und dem Pumpenkopf aus, sie ermöglicht jedoch keine Verkürzung der Baulänge der Pumpe in axialer Richtung. Vielmehr wird ein in axialer Richtung ungewöhnlich langgestrecktes Schaufelrad verwendet, dass hinsichtlich seiner Funktion in der axialen Richtung in zwei Abschnitte aufgegliedert werden kann, einen Abschnitt, der tief in einen vom Stator der elektrischen Maschine umgebenden Teil der Pumpkammer eintaucht und, indem er dort dem Feld des Stators ausgesetzt ist, als Rotor fungiert, aber praktisch keine Pumpwirkung entfaltet, und einen zweiten Abschnitt, der kaum noch vom Feld des Stators erfasst wird, der dafür aber in Höhe von Ein- und Auslass der Pumpkammer liegt und somit praktisch ausschließlich Pumpwirkung entfaltet. Das eingangs erwähnte Konstruktionsprinzip, dem zufolge Motor und Pumpenkopf in Längsrichtung der Welle nebeneinander liegen, ist auch bei dieser herkömmlichen Pumpe befolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine elektrisch angetriebene Pumpe zu schaffen, die eine gegenüber herkömmlichen Pumpen bei gleichbleibender Pumpleistung verringerte Baulänge in axialer Richtung aufweist und dadurch an die Einbaubedingungen in bestimmten Geräten besser angepasst ist und eine bessere Raumausnutzung ermöglicht als herkömmliche Flügelradpumpen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Indem ein zentraler Durchgang des Rotors vorgesehen wird, durch den der Strömungsweg vom Einlass zum Auslass der Pumpkammer der Pumpe gelegt ist, gelingt es, die Funktionen des Pumpenkopfs und des elektrischen Antriebs auf gleicher Höhe entlang der Achse der Pumpe zu realisieren und damit die Baulänge der Pumpe in axialer Richtung zu verringern.
Bei den meisten herkömmlichen Flügelradpumpen weist das Flügelrad eine Nabe auf, von der die Flügel abstehen, und die freien Enden der Flügel rotieren entlang einer stationären Gehäusewand der Pumpe. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist der Strömungsweg nicht durch diese Gehäusewand begrenzt, sondern durch einen Radkranz, der Teil des Flügelrades ist und über die Flügel mit dessen Nabe verbunden ist. Dieser Radkranz trägt den Rotor der elektrischen Maschine.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise vom durch wenigstens einen Permanentmagneten erregten Typ, insbesondere eine bürstenlose Gleichstrommaschine. Der wenigstens eine Permanentmagnet einer solchen Maschine ist vorzugsweise einteilig von dem Radkranz umgeben, um ihn vor dem Kontakt mit der zu pumpenden Flüssigkeit zu schützen. Zu diesem Zweck können der Radkranz bzw. vorzugsweise das gesamte Flügelrad durch Umspritzen des Permanentmagneten mit .einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Ein Stator der elektrischen Maschine ist vorzugsweise radial außerhalb des Rotors angeordnet. Eine Wand der Pumpkammer verläuft dann zweckmäßigerweise durch einen zwischen Stator und Rotor gebildeten Spalt.
Um den Zusammenbau der Pumpe zu vereinfachen, ist das Gehäuse der Pumpe vorzugsweise aus einem ersten und einem zweiten Teil aufgebaut, wobei der erste Teil einen zylindrischen Abschnitt, bei dem es sich insbesondere um die durch den Spalt zwischen Stator und Rotor verlaufende Wand handeln kann, eine den Einlass begrenzende, einwärts gerichtete Schulter an einem ersten Ende des zylindrischen Abschnitts und eine auswärts gerichtete Schulter an einem zweiten Ende des zylindrischen Abschnitts umfasst, und der zweite Teil einen an der zweiten Schulter montierbaren Deckel bildet. So kann das Flügelrad einfach von dem zweiten Ende her in den zylindrischen Abschnitt des ersten Gehäuseteils eingeschoben und darin durch Montieren des Deckels eingeschlossen werden, während der Stator von der ersten Seite des zylindrischen Abschnitts her aufgeschoben werden kann.
Eine Fassung für je ein Ende einer Welle des Flügelrades ist zweckmäßigerweise an jedem der zwei Teile des Gehäuses gebildet.
Die Tatsache, dass bei der erfindungsgemäßen Pumpe das Flügelrad direkt mit dem Rotor verbunden ist, erlaubt es, beide drehbar an einer stationären Welle zu montieren.
Um eine reibungsarme Aufhängung des Flügelrades zu erzielen, ist dieses vorzugsweise über wenigstens ein Ringlager an der Welle gelagert. Zweckmäßigerweise ist ein solches
Ringlager fest mit dem Flügelrad verbunden und um die stationäre Welle drehbar. Das
Flügelrad selbst ist somit keiner direkten Reibungsbelastung ausgesetzt und kann daher aus einem preiswerten Material mit geringer Reibungsbelastbarkeit gefertigt sein, ohne dass dies die Lebensdauer der Pumpe beeinträchtigt.
An der Innenfläche des Ringlagers ist wenigstens ein axialer Kanal vorgesehen. In diesen Kanal kann die von der Pumpe gepumpte Flüssigkeit eindringen, wodurch zum einen das Lager gekühlt wird und zum anderen die Ausbildung eines reibungsmindernden Flüssigkeitsfilms zwischen der Innenfläche des Ringlagers und der Welle gefördert wird.
Das Ringlager weist zweckmäßigerweise zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessem auf, wobei ein erster Abschnitt mit kleinem Außendurchmesser in eine zentrale Bohrung des Flügelrades eingreift und der zweite Abschnitt mit größerem Außendurchmesser außerhalb der zentralen Bohrung zu liegen kommt und so einen Anschlag bildet, der die axiale Position des Ringlagers an dem Flügelrad festlegt.
Um eine stabile Führung zu erreichen, sind vorzugsweise zwei Ringlager von entgegengesetzen Enden her in die zentrale Bohrung des Flügelrades eingeführt. Diese zwei Ringlager sind vorzugsweise identisch.
Die erfindungsgemäße Pumpe eignet sich besonders, um in einem Gerät wie etwa einer Spülmaschine mit vertikal orientierter Achse des Flügelrades eingebaut zu werden. Auf diese Weise beansprucht die Pumpe nur eine geringe Höhe innerhalb eines zugunsten der Spülkammer möglichst niedrig zu haltenden Einbauraums unterhalb der Spülkammer der im Vergleich zu einer herkömmlichen Pumpe gleicher Leistung eventuell vergrößerte Durchmesser der erfindungsgemäßen Pumpe wirft im allgemeinen in einem solchen Einbauraum mit geringen vertikalen aber großen seitlichen Abmessungen keine Probleme auf.
Wenn die Pumpe mit vertikal orientierter Achse eingebaut ist, ist es auch zweckmäßig, das der Einlass höher als der Auslass gelegen ist. Im Betrieb einer solchen Pumpe ist nämlich deren Flügelrad einem in Richtung des Einlasses wirkenden Druck des gepumpten Mediums ausgesetzt, so dass bei hochgelegenem Einlass auf die Lager des Flügelrades wirkende axiale Kräfte, die zum Einen durch diesen Druck und zum Anderen durch das Gewicht des Flügelrades verursacht sind, einander wenigstens teilweise kompensieren und so zu einer geringen Lagerbelastung führen. Um diejenige Fassung, die bei Drehung des Flügelrades axial belastet ist, vor Reibverschleiß zu schützen, ist vorzugsweise an einem Ende der Welle eine Unterlegscheibe drehfest angebracht, die bei montierter Welle zwischen der Fassung und ihr benachbarten rotierenden Teilen zu liegen kommt. Wenn die Pumpe mit ausreichender Leistung betrieben wird, kann davon ausgegangen werden, dass die in Richtung des Einlasses wirkende Druckkraft die Gewichtskraft des Flügelrades unabhängig von der Einbaulage überwiegt, so dass das Ende der Welle, an dem die Unterlegscheibe angebracht ist, vorzugsweise das einlassseitige Ende der Welle sein wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Fig. 1 , zeigt einen axialen Schnitt durch eine Pumpe gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
Fig. 2 zeigt die einzelnen Teile der Pumpe in einer auseinandergezogenen Darstellung,
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Welle der Pumpe,
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ringlagers der Pumpe, und
Fig. 5 einen axialen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung der Erfindung.
Das Gehäuse der in Fig. 1 gezeigten Pumpe setzt sich zusammen aus zwei Teilen 1 , 2, die z. B. im Spritzguss aus Kunststoff einteilig gefertigt sind. Das erste Gehäuseteil 1 weist einen zylindrischen Abschnitt 3 auf, an dessen zwei Enden eine sich im Bezug auf die Achse des zylindrischen Abschnitts 3 radial nach innen erstreckende Schulter 4 bzw. eine radial nach außen erstreckende Schulter 5 angeformt sind. Die sich nach innen erstreckende Schulter 4 begrenzt eine Einlassöffnung 6 der Pumpe. In der Mitte dieser Einlassöffnung 6 ist eine Fassung 7 für eine Welle 18 durch Streben 8 gehalten, die die Fassung 7 mit der einwärts gerichteten Schulter 4 verbinden. An der vom zylindrischen Abschnitt 3 abgewandten Seite der nach außen gerichteten Schulter 5 ist konzentrisch zur Achse eine umlaufende Rippe 9 geformt. Die Rippe 9 hat eine gleichmäßig zu einem Viertelkreis gekrümmte Innenfläche und eine zylindrische Außenfläche, auf die eine zylindrische Außenwand 10 des' zweiten Gehäuseteils 2 aufgesteckt ist. In einem flachen Boden des Gehäuseteils 2 ist eine zweite Fassung 13 für das gegenüberliegende Ende der Welle 18 vorgesehen. Der Boden 11 und die Außenwand 10 sind durch eine umlaufende Rinne 13 miteinander verbunden, deren freier Querschnitt jeweils in Höhe eines von der Rinne 13 ausgehenden Auslassstutzens 14 maximal ist und von dort ausgehend zu einem diametral gegenüberliegenden Punkt der Rinne 13 in beiden Richtungen gleichmäßig abnimmt.
Der Boden 11 , der zylindrische Abschnitt 3 und die nach innen gerichtete Schulter 4 begrenzen eine zylindrische Pumpkammer, in der ein Flügelrad 15 um die Welle 18 drehbar gehalten ist. Das Flügelrad 15 hat in an sich bekannter Weise eine Nabe 16 in Form eines Rotationshyperboloids oder eines Kegels, dessen Öffnungswinkel sich zum Scheitel hin, d.h. zur Einlassöffnung 6 hin, fortschreitend verengt, und die eine Mehrzahl von Flügeln 17 trägt, die sich jeweils in einer durch die Längsachse der Pumpe verlaufenden Ebene erstrecken. Die Nabe 16 hat eine axiale Bohrung, deren Durchmesser größer ist als der der durch sie hindurch verlaufenden, in den Fassungen 7, 12 gehaltenen Welle 18.
Die Welle 18 ist in Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Sie hat die Form eines im wesentlichen zylindrischen Metallstabes, der an seinen zwei Enden mit achsenparallelen Abflachungen 25 versehen ist, die den Enden jeweils einen unrunden Querschnitt verleihen. Die Fassungen 7, 12 sind jeweils komplementär zu diesem unrunden Querschnitt geformt, so dass die Welle 18 in dem Pumpengehäuse drehfest gehalten ist. Auf eines der Enden der Welle 18 ist eine metallische Unterlegscheibe 28 lose aufgeschoben. Sie hat eine zentrale Öffnung mit einer zum abgeflachten Ende der Welle 18 komplementären Form, so dass sie über die axiale Ausdehnung der Abflachung 25 hinweg verschiebbar, aber nicht drehbar ist.
Das Flügelrad 15 ist an der Welle 18 mit Hilfe von zwei identischen Ringlagern 27 gehalten, von denen eines in perspektivischer Ansicht in Fig. 4 gezeigt ist. Das Ringlager 27 ist eine einteilige Hülse aus Metall. Es weist in axialer Richtung zwei aufeinander folgende Abschnitte 29, 30 auf, die über eine radiale Schulter (in Fig. 4 vom Betrachter abgewandt) verbunden sind. Der Außendurchmesser des schmaleren Abschnitts ist so bemessen, dass er in die axiale Bohrung der Nabe 16 einpressbar ist; während der zweite Abschnitt, wie in Fig. 2 gezeigt, in axialer Richtung über die Nabe 16 übersteht. Der Innendurchmesser einer zentralen Bohrung des Ringlagers 27 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Welle 18, wobei das Spiel zwischen beiden so bemessen ist, dass sich im Betrieb der Pumpe zwischen beiden ein Film aus der zu pumpenden Flüssigkeit ausbilden kann. Das Eindringen der Flüssigkeit zwischen das Ringlager 27 und die Welle 18 wird begünstigt durch zwei radiale Schlitze 31 , die an der Stirnseite des Abschnitts 30 gebildet sind und auf jeweils einen Kanal 32 münden, der sich in axialer Richtung über die Innenfläche 33 der Bohrung erstreckt.
Die Flügel 17 des Flügelrades 15 tragen einen Radkranz 19, der in ähnlicher Weise wie die Oberfläche der Nabe 16 gekrümmt ist und zusammen mit dieser einen Strömungsweg 20 begrenzt, der von der Einlassöffnung 6 zunächst axial nach unten verläuft, um dann immer weiter in die radiale Richtung abzubiegen, und schließlich aus dem Flügelrad 15 an dessen Umfangsfläche austritt und die Rinne 12 erreicht.
An der der Einlassöffnung 6 zugewandten Seite des Radkranzes 19, wo der Strömungsweg 20 noch nicht in radialer Richtung auseinanderläuft, ist ein Permanentmagnet 21 und eine Blechpackung 22 in den Radkranz eingebettet. Magnet 21 und Blechpackung 22 bilden einen Ring, durch den der Strömungsweg 20 hindurch verläuft. Um diesen Ring herum ist ein Kranz von Elektromagneten 23 angeordnet. Der Permanentmagnet 21 und Elektromagnete 23 bilden den Rotor bzw. den Stator eines bürstenlosen, elektronisch kommutierten Gleichstrommotors. Durch einen Luftspalt zwischen Permanent- und Elektromagneten erstrecken sich der zylindrische Abschnitt 3 des ersten Gehäuseteils 1 , der in Höhe dieser Magnete nur eine Dicke von Millimeterbruchteilen hat, und eine den Permanentmagneten 21 einschließende dünne Schicht des Radkranzes 19.
Der Radkranz 19 ist ringsum von der die Pumpe durchströmenden Flüssigkeit umgeben. Da Permanentmagnet 21 und Blechpackung 22 vom Material des Radkranzes 19 dicht umspritzt sind, sind sie vor der Flüssigkeit geschützt. Die Elektromagnete 23 sind von der Flüssigkeit durch die einteilige, dichte Wand des ersten Gehäuseteils 1 getrennt. Eine Drehdurchführung, die im Laufe des Betriebs undicht werden und den Durchtritt von zu pumpender Flüssigkeit zu stromführenden Teilen der Pumpe ermöglichen könnte, ist nicht vorhanden. Die einzigen Dichtungen, die an der erfindungsgemäßen Pumpe benötigt werden, sind die zwischen den zwei Gehäuseteilen 1, 2, die z. B. durch eine Klebung, Ultraschallschweißung oder dergleichen realisiert werden kann, zwischen dem ersten Gehäuseteil 1 und einem Anschluss einer Zufuhrleitung, hier durch einen in eine Nut des Gehäuseteils 1 eingebetteten Elastomer-Dichtring 24 realisiert, und zwischen dem Auslassstutzen 14 und einer daran angeschlossenen (nicht dargestellten) Leitung. An keiner dieser Dichtungen sind zu dichtende Teile gegeneinander beweglich, was eine gute Langzeit-Dichtheit erwarten lässt.
Fig. 5 zeigt einen axialen Schnitt analog dem der Fig. 1 durch eine Pumpe gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Diese zweite Ausgestaltung zeichnet sich aus durch einen etwas vereinfachten Aufbau mit reduzierter Teilezahl. Sie unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Aufhängung des Flügelrades. Gemäß Fig. 5 ist das Flügelrad 15' fest und formschlüssig an die Welle 18' angeformt, und zwar indem die Welle 18' mit einer mittigen Abflachung 25 versehen und mit der Nabe des Flügelrades 15' umspritzt ist. Infolge des Formschlusses rotiert die Welle 18' mit dem Flügelrad 25' und ist jeweils in den Lagerabschnitten 7', 12' der zwei Gehäuseteile 1', 2' drehbar aufgenommen. Ringlager 27' sind jeweils in die Lagerabschnitte 7', 12' eingefügt, um die Welle 18' drehbar zu halten. Zur Verringerung der Drehreibung unter axialer Belastung ist im oberen Lagerabschnitt 7' eine Kugel 34' eingeschlossen, die sowohl in Bezug auf den Lagerabschnitt 7' als auch in Bezug auf die Welle 18' drehbar ist und, wenn das Flügelrad 15' aufgrund des auf seine Rückseite wirkenden Drucks den Lagerabschnitt 7' belastet, zwischen diesem und dem Ende der Welle 18' eingeklemmt ist. Eine entsprechende Kugel könnte auch zwischen dem Lagerabschnitt 12' und der Welle 18' vorgesehen sein, oder es kann, wie in Fig. 5 angedeutet, einfach nur die Welle 18' an ihrem in den Lagerabschnitt 12' eingreifenden Ende verjüngt sein, wie durch eine Halbkugelkontur in Fig. 5 dargestellt, so dass die Kontaktfläche zwischen der Welle 18' und dem Lagerabschnitt 12' sich im wesentlichen auf einen auf der Drehachse liegenden Punkt beschränkt.
Diese Ausgestaltung eignet sich für eine vereinfachte Montage, da die Gehäuseteile 1', 2' jeweils mit ihren Ringlagern 27' und das Flügelrad 15' mit seiner Welle 18' bequem vormontiert werden können und bei der Montage der Pumpe lediglich noch ineinander gesteckt werden müssen. Für hohe Beanspruchungen ist jedoch die Ausgestaltung der Figs. 1 bis 4 besser geeignet, da sie eine wirksame Kühlung und Schmierung der Ringlager durch in sie eindringende Pumpflüssigkeit ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe mit einer Pumpkammer, die einen Einlass (6) und einen Auslass (14) aufweist und in der ein Flügelrad (15; 15') und ein mit dem Flügelrad verbundener Rotor (21, 22) einer elektrischen Maschine angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsweg (20) vom Einlass zum Auslass der Pumpkammer durch einen zentralen Durchgang des Rotors (21, 22) verläuft.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (15; 15') eine Nabe (16), Flügel (17) und einen durch die Flügel (17) mit der Nabe (16) verbundenen Radkranz (19) aufweist, und dass der Rotor (21 , 22) am Radkranz (19) angebracht ist.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkranz (19) eine in Durchströmungsrichtung divergente, den Strömungsweg (20) begrenzende
Innenfläche hat..
4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21, 22) wenigstens einen Permanentmagneten (21) aufweist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (21) von dem Randkranz (19) einteilig umgeben ist.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (23) der elektrischen Maschine radial außerhalb des Rotors (21,
22) angeordnet ist.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand (3) der Pumpkammer sich durch einen zwischen Stator (23) und Rotor (21, 22) gebildeten Spalt erstreckt.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse der Pumpe aus einem ersten und einem zweiten Teil (1 , 2; 1', 2') aufgebaut ist, wobei der erste Teil (1 ; 1') einen zylindrischen Abschnitt (3), eine den Einlass (6) begrenzende, einwärts gerichtete Schulter (4) an einem ersten Ende des zylindrischen Abschnitts (3) und eine auswärts gerichtete Schulter (5) an einem zweiten Ende des zylindrischen Abschnitts umfasst und der zweite Teil (2; 2') einen an der zweiten Schulter (5) montierbaren Deckel bildet.
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der zwei Teile (1 , 2; 1 ', 2') eine Fassung (7, 12; 7', 12') für ein Ende einer Welle (18; 18') des
Flügelrades (15; 15') aufweist.
10. Pumpe, mit einer Pumpkammer, die einen Einlass (6) und einen Auslass (14) aufweist und in der ein Flügelrad (15) und ein mit dem Flügelrad verbundener Rotor (21, 22) einer elektrischen Maschine angeordnet sind, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21 , 22) und das Flügelrad (15) um eine stationäre Welle (18) drehbar montiert sind.
11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (15) über wenigstens ein Ringlager (27) an der Welle (18) gelagert ist, und dass das Ringlager (27) mit dem Flügelrad (15) rotiert.
12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringlager (27) wenigstens einen axialen Kanal (32) an seiner Innenfläche (33) aufweist.
13. Pumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringlager (27) einen in eine zentrale Bohrung des Flügelrades (15) eingreifenden ersten Abschnitt (29) und einen außerhalb der Bohrung liegenden zweiten Abschnitt (30) aufweist, dessen Außendurchmesser größer als der des ersten Abschnitts
(29) ist.
14. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ringlager (27) von entgegengesetzten Enden her in eine zentrale Bohrung des Flügelrades (15) eingeführt sind.
15. Pumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass die an einem einlassseitigen Ende der Welle (18) eine Unterlegscheibe (28) drehfest angebracht ist.
16. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Flügelrades (15; 15') in Einbaulage der Pumpe vertikal orientiert ist.
17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (6) höher als der Auslass (14) gelegen ist.
18. Haushaltsgerät, insbesondere Geschirrspülmaschine, gekennzeichnet durch eine Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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