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Dokumentenidentifikation DE19921362A1 16.11.2000
Titel Auf den Rotor aufgestecktes Laufrad
Anmelder WILO GmbH, 44263 Dortmund, DE
Erfinder Genster, Albert, 45768 Marl, DE;
Fabricius, Ingo, 44388 Dortmund, DE
Vertreter Cohausz Hannig Dawidowicz & Partner, 40237 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 10.05.1999
DE-Aktenzeichen 19921362
Offenlegungstag 16.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2000
IPC-Hauptklasse F04D 13/06
IPC-Nebenklasse F04D 29/60   F01P 5/10   
Zusammenfassung Elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere Spaltrohrpumpe, zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem, mit einem Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen hohlen Rotorzylinder mit in Zylinderwandung befindlichen permanentmagnetischen Bereichen aufweist, der an einer Stirnseite ein Laufrad trägt und in dessen Hohlraum ein Rotorlager angeordnet ist, wobei das Laufrad 9 in Umfangsrichtung formschlüssig und in axialer Richtung kraftschlüssig oder formschlüssig auf die stirnseitige Wandung des Rotorzylinders 13 aufsetzbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere eine Spaltrohrpumpe zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem mit Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen hohlen Rotorzylinder mit in der Zylinderwandung angeordneten Permanentmagneten aufweist, in dessen Hohlraum ein Rotorlager angeordnet ist und der an einer Stirnseite ein Laufrad trägt.

Derartige konstruktiv sehr einfach und mitunter in vorteilhafter Blockbauweise aufgebaute Pumpen mit geringer Leistung bis etwa 100 Watt sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen einen dickwandigen Rotorzylinder auf, in dessen Hohlraum eine starre Achse hineinragt, wobei auf der Achse der Rotor drehbar gelagert ist. Das Laufrad ist dabei direkt an der Stirnseite des insbesondere aus Kunststoff gefertigten Rotorzylinders angeformt, so daß auf eine Welle zwischen dem Rotor und dem Laufrad verzichtet werden kann.

Die Magnetisierung des Rotors wird in einer besonderen Ausführungsform durch ein magnetisierbares Material, beispielsweise durch ein Metallpulver, erreicht, das mit dem Kunststoff vermengt ist aus dem der Rotorzylinder hergestellt ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpen sind der Rotorzylinder und das Laufrad einstückig aus derartigem "magnetisierbarem" Kunststoff gefertigt, insbesondere aus diesem Kunststoff gespritzt. Der Rotor wird nach der Fertigung durch Anlegen äußerer magnetischer Felder magnetisiert.

Nachteilig an den bekannten Pumpen ist, daß die Rotor- Laufrad-Einheit vollständig aus dem vergleichsweise teuren magnetisierbaren Kunststoff gefertigt ist, wobei die Magnetisierbarkeit nur in vergleichsweise kleinen, den Statorspulen zugewandten Bereichen notwendig ist. Weiterhin nachteilig ist, daß durch das Spritzen nur offene Laufräder einstückig hergestellt werden können, die bekanntermaßen einen sehr geringen Wirkungsgrad haben. Außerdem ist der Nutzer auf die Verwendung des einmal gewählten Laufrades angewiesen, da eine Anpassung der Pumpe an die besonderen Gegebenheiten durch einen Wechsel der Laufradgeometrie bei den bekannten Pumpen ausgeschlossen ist. Zum Austausch eines Laufrades müßte die Rotor-Laufrad-Einheit vollständig ausgewechselt werden. Außerdem ist für die Herstellung einer solchen Einheit jeweils ein besonderes Spritzwerkzeug nötig, was mit entsprechenden Kosten einhergeht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine derartige Pumpe zu schaffen, die bei hoher Zuverlässigkeit und kostengünstiger Fertigung eine größere Flexibilität in Bezug auf die Anpassung der Pumpe an verschiedene Anforderungen gewährleistet.

Diese Aufgabe ist durch eine Pumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Zentrale Idee der Erfindung ist es, das Laufrad und den Rotorzylinder zu trennen und beide Teile so auszubilden, daß sie zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden werden können. Die Trennung der beiden Teile hat beim Einsatz des mit magnetisierbaren Material versetzten Kunststoffes den Vorteil, daß nur noch der Rotorzylinder auf dem vergleichsweise teuren "magnetisierbaren" Kunststoff gefertigt werden braucht. Wegen der geringeren benötigten Mengen kann damit unter Beibehaltung der Kosten ein hochwertigeres Material ("Power-Magnet") verwendet werden. Das Laufrad wird dann aus herkömmlichem und billigem Kunststoff gespritzt. Dadurch ist entweder eine erhebliche Kostenersparnis oder eine Leistungssteigerung bei gleichen Kosten möglich.

Andererseits zeichnet sich die erfindungsgemäße Pumpe mit dem auf dem Rotorzylinder aufgesetzten Laufrad durch eine große Unempfindlichkeit gegenüber baulichen Toleranzen aus. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist, daß das Laufrad abnehmbar an dem Rotorzylinder aufsetzbar ist und bei Verschleiß oder Defekt ausgetauscht werden kann. Der teure Rotorzylinder kann dabei in der Pumpe verbleiben. Die Austauschbarkeit des Laufrades bietet damit eine größere Flexibilität der Pumpe, da je nach Einsatzgebiet ein entsprechendes Laufrad auf den Rotorzylinder aufsetzbar ist. Damit kann bei jeder Art der Anwendung ein optimaler Wirkungsgrad gewährleistet werden. Das Laufrad kann auch aus Metall gefertigt und auf den Rotorzylinder aufgesetzt sein, wobei Metallaufräder auf einfache Weise auch in geschlossener Form hergestellt werden können. Durch derartige geschlossene Laufräder ist eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe möglich.

Vorteilhafterweise ist das Laufrad in axialer Richtung kraftschlüssig, insbesondere durch ein Rastgehemme, oder formschlüssig durch ein Rastgesperre auf die Stirnwand des Rotorzylinders aufgesetzt. Dadurch läßt sich die einfache Montage und Demontage des Laufrades gewährleisten. Für die Demontage des Laufrades werden einfach das Pumpengehäuse und der Motorteil getrennt und das Laufrad vom Rotorzylinder abgezogen. Durch diese Ausführungsform ist eine besonders hohe Wartungsfreundlichkeit gegeben.

In einer besonders einfachen Ausführungsform der Pumpe weist diese eine starre Achse auf, die im Falle einer Spaltrohrpumpe an der hinteren Stirnwand des Spalttopfes angebracht ist und in diesen hinein ragt. Auf der Achse ist der Rotorzylinder vermittels eines Gleitlagers gelagert, wobei vorteilhafterweise in den Hohlraum des aus Kunststoff geformten Rotorzylinders ein Ring eines Kohlelagers eingepreßt ist, der auf der Achse läuft. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch besonders einfachen mechanischen Aufbau und durch eine große Zuverlässigkeit aus und kann besonders kostengünstig als Massenprodukt hergestellt und vorteilhafterweise im Kühlkreislauf von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Es ist außerdem vorteilhaft, das Laufrad und möglichst viele weitere Komponenten der Pumpe aus Kunststoff herzustellen. Dadurch wird eine deutliche Gewichtsreduzierung erreicht, so daß der Einsatz der Pumpen insbesondere in Kraftfahrzeugen attraktiv wird. Wegen der durch den Kunststoff gegebenen vielseitigen Gestaltungsmöglichkeiten bei der Formgebung der Laufradflügel kann das Laufrad individuell an die jeweilige Anforderung angepaßt werden. Bei der Fertigung des Rotorzylinders aus "magnetisierbarem" Kunststoff ist es vorteilhaft, in den Hohlraum des Rotorzylinders eine die Innenwand verkleidende innere Hülse aus Metall einzupressen oder einzulassen, um eine größere Stabilität des Rotors zu gewährleisten. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, diese Hülse zum Laufrad hin über die Stirnseite des Rotorzylinders überstehen zu lassen, und den überstehenden Ring in eine in die rückwärtige Stirnseite des Laufrades eingebrachte und in axialer Richtung sich erstreckende zylindrische Nut einzustecken. Durch diesen eingesetzten Ring wird das Laufrad zentriert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der aus Kunststoff gefertigte Rotorzylinder von einer äußeren Hülse aus Metall umgeben, wobei es besonders vorteilhaft ist, eine Form aus der inneren und der äußeren Hülse zu bilden, in die der Kunststoff für den Rotorzylinder eingegossen werden kann. Auf diese Weise ist die Stabilität des Rotors gewährleistet, während gleichzeitig die metallischen Hülsen den geschlossenen magnetischen Fluß gewährleisten.

Um den axialen Halt des Rotorzylinders auf der Achse zu sichern ist es vorteilhaft, zwischen dem Rotorzylinder und der Achse ein Axiallager anzuordnen, das in einer besonders einfachen Ausführungsform einen Sicherungsring aufweist, der in eine in die starre Achse eingebrachte Ringnut eingesetzt ist. Gegen diesen Ring läuft die in den Rotorzylinder eingepreßte Lagerbuchse. Auch wenn der Rotor in axialer Richtung durch die Kraft der Stator- und der Rotormagneten gehalten ist, sichert das Axiallager die Position des Rotorzylinders.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

In der Figur ist ein Schnitt durch eine elektrisch betriebene Spaltrohrpumpe gezeigt, wie sie zur Förderung des Kühlmediums in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der von einem Motorgehäuse 1 aus Kunststoff umgebene elektrische Antrieb der Pumpe weist einen Stator mit Statorwicklungen 2 auf, die über Leitungen 3 an eine Versorgungsspannung angelegt werden. Die Steuerungselektronik 4 der Pumpe ist an der hinteren Stirnseite der Pumpe angeordnet. Der Stator ist durch einen Spalttopf 5 von einem innerhalb des Stators drehbar gelagerten Rotor 6 hydraulisch getrennt. Das Motorgehäuse 1 ist über einen Flansch an einem Pumpengehäuse 7 befestigt und mit einer O-Ring Dichtung 8 abgedichtet.

In einer im Pumpengehäuse 7 befindlichen Laufradkammer ist ein in diesem Falle offenes Laufrad 9 mit Flügeln 10 angeordnet, dem das Medium über einen Einlaßstutzen 11 zugeführt wird und welches das Medium zu einem Auslaßstutzen 12 fördert. Das Laufrad mit den angeformten Flügeln 10 ist in diesem Falle aus Kunststoff geformt.

Der Rotor 6 weist einen holen Rotorzylinder 13 auf, der in diesem Falle aus Kunststoff geformt ist, wobei in den Kunststoff ein magnetisierbares Material eingebettet ist. Nach der Magnetisierung des Materiales trägt die Außenwandung des Rotorzylinders 13 Permanentmagneten, die mit den Statorwicklungen 2 zusammenwirken. In den Innenraum des Rotorzylinders 13 ist eine Metallhülse 14 eingebracht, die zur Stabilisierung des Rotorzylinders 13 dient. In diese Metallhülse 14 ist eine Buchse 15 eines Kohlelagers eingepreßt, die drehbar auf einer starren Achse 16 gelagert ist. Gegen eine Verschiebung in axialer Richtung ist der Rotorzylinder 13 durch ein Axiallager mit einem Gleitring 17 in der Art eines Sicherungsringes gesichert, der in eine Nut am Kopf der Achse 16 eingesetzt ist. Die starre Achse 16 ist in eine am Spalttopf 5 angeformte zylindrische Halterung 20 eingesteckt.

Das Laufrad 9 ist auf die stirnseitige Wandung des Rotorzylinders 13 aufgesetzt und wird durch eine Halterung in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten. Dazu sind an der Rückseite des Laufrades 9 angeordnete Stifte 18 in entsprechende Ausnehmungen in der Stirnseite des Rotorzylinders eingesteckt. In axialer Richtung ist das Laufrad 9 kraftschlüssig gehalten. Zur Zentrierung des Laufrades weist dieses in seiner Rückseite eine sich axial erstreckende Ringnut 19 auf, in welche die Metallhülse 14 eingesteckt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere Spaltrohrpumpe, zur Förderung eines Mediums in einem Heizungs- oder Kühlsystem, mit einem Stator und mit einem drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor einen hohlen Rotorzylinder mit in Zylinderwandung befindlichen permanentmagnetischen Bereichen aufweist, der an einer Stirnseite ein Laufrad trägt und in dessen Hohlraum ein Rotorlager angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) in Umfangsrichtung formschlüssig auf die stirnseitige Wandung des Rotorzylinders (13) aufsetzbar ist.
  2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) in axialer Richtung kraftschlüssig oder formschlüssig auf die Stirnwand des Rotorzylinders (13) aufsetzbar ist.
  3. 3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) durch eine Rastverbindung an der Stirnwand des Rotorzylinders (13) gehalten ist.
  4. 4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorzylinder (9) auf einer starren Achse (16) drehbar gelagert ist.
  5. 5. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) aus Kunststoff geformt ist.
  6. 6. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorzylinder (13) aus magnetisierbarem Material, insbesondere aus Kunststoff mit zugesetztem magnetisierbarem Material, geformt ist.
  7. 7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum des aus Kunststoff geformten Rotorzylinders (13) eine die Innenwand verkleidende innere Hülse (14) aus Metall eingepreßt oder eingelassen ist.
  8. 8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Kunststoff geformte Rotorzylinder (13) von einer äußeren Hülse aus Metall umgeben ist.
  9. 9. Pumpe nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere (14) und die äußere Hülse eine Form bilden, in die der das magnetisierbare Material aufnehmende Kunststoff eingegossen ist.
  10. 10. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum des aus Kunststoff geformten Rotorzylinders (13) eine Buchse (15) eines Kohlelagers eingepreßt ist, der auf der starren Achse (16) läuft.
  11. 11. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (16) aus Metall in eine in die rückwärtige Stirnseite des Laufrades (9) eingebrachte in axialer Richtung sich erstreckende zylindrische Nut (19) eingreift und damit das Laufrad (9) zentriert.
  12. 12. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotorzylinder (13) und der Achse (16) ein Axiallager angeordnet ist.
  13. 13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager von einem Sicherungsring (17) gebildet ist, der in eine in die starre Achse eingebrachte Ringnut eingesetzt ist.
  14. 14. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (9) ein offenes Laufrad ist, dem das Medium zentral zuführbar ist und welches das Medium radial abführt.
  15. 15. Verwendung der Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche zur Förderung des Kühlmediums im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.






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