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Dokumentenidentifikation DE19943862A1 15.03.2001
Titel Naßläuferpumpe mit Montageplatte
Anmelder WILO GmbH, 44263 Dortmund, DE
Erfinder Materne, Thomas, 59348 Lüdinghausen, DE;
Stephan, Waldemar, 44319 Dortmund, DE;
Genster, Albert, 45768 Marl, DE
Vertreter Cohausz Hannig Dawidowicz & Partner, 40237 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 13.09.1999
DE-Aktenzeichen 19943862
Offenlegungstag 15.03.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.03.2001
IPC-Hauptklasse F04D 13/06
IPC-Nebenklasse F04D 29/42   F04D 29/60   F01P 5/10   
Zusammenfassung Elektrisch betriebene Kreiselpumpe, insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen, mit einem Pumpengehäuse, das eine das Laufrad aufnehmende Laufradkammer stirnseitig bedeckt, und mit einem von Wicklungen umgebenen Stator, wobei eine einteilige Montageplatte 3, die einerseits das Pumpengehäuse 4 und andererseits den Stator 10 trägt und die Mittel zur Halterung der Pumpe aufweist und wobei die Montageplatte 3 die Ansteuerelektronik trägt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Kreiselpumpe, insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen, mit einem Pumpengehäuse, das eine das Laufrad aufnehmende Laufradkammer stirnseitig bedeckt, und mit einem von Wicklungen umgebenen Stator.

Derartige insbesondere als Naßläufer ausgebildete Kreiselpumpen sind seit langem hinlänglich bekannt. Diese Pumpen werden in ihren Einzelkomponenten gefertigt und entsprechend montiert. Neben den Pumpen mit großer Leistung, die wegen ihres Gewichtes auf einem Sockel gelagert werden müssen, gibt es kleine Pumpen, z. B. Brauchwasserpumpen, die direkt an dem System, das sie versorgen, angebracht werden können. Meist dient als tragendes Element ein entsprechend stabil konzipiertes Pumpengehäuse, das die anderen Komponenten aufnimmt und das mit Befestigungsmitteln am System, beispielsweise über einen Anschlußflansch, gehalten wird.

Außerdem sind Pumpen bekannt, deren tragendes Teil das Pumpengehäuse ist, das auf der elektrischen Seite einen Spalttopf ausbildet. Bei diesen Pumpen wird der Stator auf dem Spalttopf gehalten. Diese besondere Bauart ist nur bei vergleichsweise kleinen Pumpen möglich, die zudem keiner aufwendigen Ansteuerelektronik bedürfen und lediglich mittels eines herkömmlichen Synchron- oder Asynchronantriebes betrieben werden. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Pumpen ist somit beschränkt.

Generell ist es bei den bekannten Pumpen nachteilig, daß sie wegen der großen Zahl der Einzelkomponenten mit einem vergleichsweise hohen Montageaufwand gefertigt werden, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten beiträgt. Die bekannten Pumpen weisen außerdem eine Vielzahl von Metallteilen auf, die nach der Herstellung zunächst einer mechanischen Nacharbeit bedürfen, wodurch die Herstellungskosten belstet werden. In ihrer Konstuktion sind die herkömmlichen Pumpen auch auf eine bestimmte Bauart und Leistung ausgelegt, so daß für jedes Einsatzgebiet eine separate Baugröße vorgesehen werden muß. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Pumpen unkomfortabel zu warten und zu reparieren sind, da die kritischen Komponenten schwer zugänglich sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe zu schaffen, die aus einfach herzustellenden Komponenten modular aufgebaut ist und die sich bei kostengünstiger Fertigung durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe nach Anspruch 1 gelöst.

Grundlegende Idee der erfindungsgemäßen Pumpe ist die einteilige Montageplatte, an der sowohl die hydraulischen als auch die elektrischen Komponenten montiert werden. Dabei sind die wesentlichen Komponenten, die unmittelbar auf der Montageplatte montiert werden, auf der hydraulischen Seite das Pumpengehäuse und auf der elektrischen Seite der Stator mit seinem Statorblechpaket. Diese als Chassis ausgebildete Montageplatte dient außerdem zur Aufhängung der Pumpe am System. Vorteilhafterweise wird die Montageplatte um eine ausreichende Stabilität bei vergleichsweise geringem Gewicht zu erhalten aus Metall gefertigt, beispielsweise aus Blech gezogen oder im Druckgußverfahren hergestellt. Mit der Montageplatte können durch Wechseleinsätze im Druckgußwerkzeug verschiedene mechanische Anschlußvarianten realisiert werden. Die erfindungsgemäße Montageplatte unterstützt dabei den vollständig modularen Aufbau der Pumpe.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Montageplatte eine senkrecht zur Welle des Laufrades ausgerichtete insbesondere rotationssysmmetrische Basisplatte auf. Diese Basisplatte in der Art eines Lagerschildes bildet mit einer Fläche die motorseitige Wand der Laufradkammer und dient mit ihrer anderen Fläche den elektrischen Komponenten zur Auflage. Der besondere Vorteil dieser Basisplatte ist, daß sie in Ihrem Kontakt zum Pumpmedium eine Wärmesenke bildet, über die die Ansteuerelektronik Wärme abführen kann. Dabei ist es vorteilhaft, die Ansteuerelektronik in einem Elektronikmodul unterzubringen und dieses direkt auf der der Laufradkammer abgewandten Fläche der Basisplatte zu montieren. Somit ist eine optimale Kühlung des Motors und der Elektronik gewährleistet. Dieser Vorteil kommt vorallem bei Pumpen zur Geltung, deren Steuerelektronik eine Vielzahl an Leistungshalbleitern aufweist, die viel Abwärme produzieren.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung daher bei Pumpen einsetzen, die von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren betrieben werden. Auf zusätzliche Kühlelemente kann verzichtet werden. Die Baugröße der Pumpe wird dadurch reduziert, daß der Anschlußstecker für die elektrische Versorgung auf der dem Laufrad zugewandten Seite der Basisplatte angebracht ist. Diese Anbringung vereinfacht den Anschluß Versorgungsleitung.

Die Montageplatte weist Mittel auf, die den Stator axial und radial positionieren. Werden im Druckgußwerkzeug Wechseleinsätze vorgesehen, können unterschiedliche Statorgrößen für unterschiedliche Pumpenleistungen eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auf der "elektrischen" Seite der Basisplatte eine Aufnahme zur Halterung des Stators angeformt, wobei die Aufnahme von einem koaxial zur Laufradwelle an die Basisplatte angeformten Zylinder gebildet ist, in den das umwickelte Statorblechpaket einschiebbar ist. Vorteil dieser Halterung ist, daß sie ohne weiteres für verschieden lange Statoren einsetzbar ist. Eine mit einer solchen Halterung ausgestattete Basisplatte ist universell und läßt sich somit für verschiedene Pumpentypen einsetzen.

Vorteilhafterweise ist die insbesondere rotationssymmetrische Basisplatte mit einer koaxial zur Laufradwelle ausgerichteten zentralen Bohrung versehen, die zur Aufnahme des Lagers dient. Statt die Lagerbuchse direkt in dieser Bohrung zu halten ist es vorteilhaft, in die Bohrung einen insbesondere aus Kunststoff gefertigten Lagerträger einzusetzen, der seinerseits eine Bohrung zur Aufnahme der Lagerbuchse aufweist. Auf diese Weise kann die zentrale Bohrung ausreichend groß konzipiert werden, um ein Durchstecken des Rotors und eines den Rotor umgebenden Spalttopfes zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße zentrale Bohrung trägt so zur Vereinfachung der Montage bei. Zur Führung und zur Halterung des Lagerträgers ist es vorteilhaft, die zentrale Bohrung auf der "elektrischen" Seite mit einer umgebenden Aufnahmehülse zu versehen, in die der Lagerträger eingepreßt ist und/oder durch Rastmittel gehalten ist.

Der erfindungsgemäße Pumpenaufbau läßt sich besonders vorteilhaft bei Naßläuferpumpen einsetzen, deren Rotor vom Stator durch einen Spalttopf getrennt ist. Um die Montage derartiger Pumpen zu vereinfachen, ist es vorteilhaft die Aufnahmehülse mit einem nach Innen gerichteten Kragen zu versehen, der einem entsprechend nach Außen gerichteten am offenen Boden des Spalttopfes befindlichen Kragen eine Anlage bietet. Der Spalttopf wird somit einfach von der "hydraulischen" Seite in die Aufnahmehülse eingeschoben bis beide Kragen vermittels eines Dichtringes zur Anlage kommen. Der Halt des Spalttopfes wird durch den Lagerträger gewährleistet, der nachfolgend eingeschoben wird und in seiner endgültigen eingerasteten Position den Kragen des Spalttopfes druckbeaufschlagt und somit gegenüber dem elektrischen Teil der Pumpe abdichtet. Die Zentrierung des insbesondere aus Kunststoff gefertigten Spalttopfes geschieht dabei vorteilhafterweise durch eine zylindrische Wandung des Lagerträgers, die in den Spalttopf hineinragt.

Vorteilhafterweise ist auf die Basisplatte ein, insbesondere aus Kunststoff geformter, Gehäusedeckel aufsetzbar, der die auf der elektrischen Seite der Basisplatte angeordneten Komponenten vollständig abdeckt. Dieser besonders leichte Gehäusedeckel liegt vorteilhafterweise an der Außenfläche des den Stator aufnehmenden Zylinders an und kann durch Rasthaken an der Basisplatte befestigt werden oder mit der Basisplatte verschraubt werden. Es ist vorteilhaft, in der hinteren Stirnseite des Deckels eine Aufnahme vorzusehen, die den Spalttopf fixiert und zentriert.

In einer zu bevorzugenden Ausführungsform wird das Pumpengehäuse dadurch realisiert, daß eine insbesondere aus Kunststoff gefertigte Gehäuseschale, welche Teile der Spiral- oder Laufradkammer bildet, auf die Basisplatte aufgesetzt und über einen Dichtring abgedichtet ist. Die Befestigung der Gehäuseschale geschieht vorteilhafterweise mittels selbstschneidender Schrauben. Es ist besonders vorteilhaft, daß an dieselbe Basisplatte Gehäuseschalen mit verschiedenen Anordnungen von Saug- und Druckstutzen angebracht werden können. Es ist auch vorteilhaft, die Gehäuseschale in regelmäßigen Abständen auf dem Teilkreisdurchmesser mit Kernbohrungen zu versehen, so daß sich die Gehäuseschale und damit der Druckstutzen dem Kundenwunsch entsprechend in verschiedenen Richtungen montieren läßt. Unterschiedliche Anordnungen der Stutzen lassen sich einfach durch Wechseleinsätze im Spritzwerkzeug realisieren. So lassen sich unterschiedliche Kundenwünsche erfüllen. Eine Optimierung der Spiralraumgeometrie läßt sich über Einsätze erreichen, die zwischen die Gehäuseschale und die Basisplatte geklemmt werden. Durch die beschriebene Bauweise wird die Zahl der Dichtungen und damit die Gefahr von Leckagen reduziert.

Die axiale Lagerung der rotierenden Komponenten geschieht über ein axiales Gleitlager, dessen Gleitring an der laufradseitigen Stirnfläche des Stators gehalten ist und gegen die Lagerbuchse läuft oder über die Stirnseite des Laufrades, das gegen eine die zentrale Ansaugöffnung umgebende Kante läuft.

Wegen des einfachen, kompakten und gleichzeitig modularen Aufbaus der Pumpen lassen sich diese besonders gut im Kühlkreislauf von Kraftfahrzeugen einsetzen. Dieses Einsatzgebiet wird zudem dadurch begünstigt, daß sich die erfindungsgemäßen Pumpen wegen der Minimierung der Bauteile besonders kostengünstig fertigen lassen. Die geringe Zahl der Bauteile geht dabei mit einer entsprechenden Erhöhung der Betriebssicherheit einher. Die Fertigungskosten werden zudem durch das einfache Zusammenfügen der Bauteile Montage in einer Richtung gesenkt. Die Wartung und Reparatur der Pumpen ist entsprechend einfach.

Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist in der Fig. 1 und 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Pumpe und

Fig. 2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Pumpe.

In Fig. 1 ist eine elektrisch betriebene Kreiselpumpe, deren Laufrad 1 auf einer Welle 2 mit aufgepreßtem permanentmagnetischem Rotor 17 gehalten ist, dargestellt. Die Kreiselpumpe hat eine einteilige Montageplatte 3 aus Metall, die auf ihrer "hydraulischen" Seite eine die Laufradkammer abdeckende aus Kunststoff gefertigte Gehäuseschale 4 trägt. Dabei ist die auf die senkrecht zur Welle 2 ausgerichtete Basisplatte 5 der Montageplatte 3 aufgesetzte Gehäuseschale 4 über einen Dichtring 6 abgedichtet. Die Gehäuseschale 4 weist einen Saugstutzen 7 und einen nicht dargestellten Druckstutzen auf. Im Spiralraum liegt zur Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften ein Element 8 ein.

Die Montageplatte 3 weist auf der dem Laufrad 1 abgewandten "elektrischen" Seite der Basisplatte 5 eine Aufnahme 9 auf, die zur Halterung des Stators 10 an die Basisplatte 5 angeformt ist. Die Aufnähme wird dabei von einem koaxial zur Welle 2 an die Basisplatte angeformten Zylinder gebildet, in den der Stator eingesetzt, insbesondere eingepreßt, ist. Auf der elektrischen Seite ist ein Elektronikmodul 11 in Wärmekontakt auf die Basisplatte 5 aufgesetzt, das eine Steuerelektronik für den Motor aufweist. Das Elektronikmodul 11 wird über einen Anschlußstecker 12 kontaktiert, der auf der hydraulischen Seite der Basisplatte 5 anbracht ist.

Die Basisplatte 5 weist eine zur Welle 2 koaxiale zentrale Bohrung auf, in der ein die Lagerbuchse 13 (Fig. 2) aufnehmender Lagerträger 14 gehalten ist. Die zentrale Bohrung ist von einer an die Basisplatte 5 angeformte Hülse 15 umgeben, in welcher der Lagerträger 14 eingesetzt und durch Rastmittel 16 gehalten ist. In der Hülse 15 ist zudem ein aus Kunststoff geformter Spalttopf 18 gehalten. Die Halterung des Spalttopfes 18 geschieht dadurch, daß die Hülse 15 einen nach Innen gerichteten Kragen 19 aufweist gegen den ein nach Außen gerichteter Kragen 20 des in Pfeilrichtung A eingeschobenen Spalttopfes 18 vermittels eines Dichtringes 21 zur Anlage kommt. Der Kragen 20 des Spalttopfes 18 wird von dem in der Hülse 15 eingerasteten Lagerträger 14 gegen den Dichtring 21 druckbeaufschlagt. Der Lagerträger 14 hat eine zylindrische Wandung 22, auf die der Spalttopf 18 aufgeschoben und damit zentriert ist. Die axiale Lagerung der Welle 2 geschieht durch ein Axiallager, dessen Gleitring 27 an der Stirnseite der Lagerbuchse 13 angreift.

Wie in Fig. 1 zu erkennen, ist auf die Basisplatte 5 ein, aus Kunststoff geformter Gehäusedeckel 23 aufgesetzt, der alle auf der elektrischen Seite der Basisplatte 5 angeordneten Komponenten abdeckt und damit den Motordeckel bildet. Der Gehäusedeckel 23 liegt an der Außenfläche des den Stator 10 aufnehmenden Zylinders 9 an und wird gemeinsam mit der Gehäuseschale 4 an der Basisplatte 5 verschraubt. An seiner inneren Stirnseite weist der Gehäusedeckel 23 eine Aufnahme 24 auf, in die der Spalttopf 18 einsetzbar ist. An die Innenseite des Spalttopfes 18 ist eine Hülse 25 angeformt, in der die zweite Lagerbuchse 26 einliegt. Somit übernimmt der Gehäusedeckel 23 die Abdichtung des elektrischen Motors zur Außenwelt und zentriert die vom Laufrad abgewendete Seite des Rotors. Werden beim Vergießen der Elektronik gleich die Kontakte zum Stator mitisoliert, ist keine separate Dichtung am Motorgehäuse nötig.

In der Montagereihenfolge wird zunächst das Elektronikmodul 11 befestigt und anschließend der Stator 10 montiert. Bei der Montage des Stators wird gleichzeitig der Kontakt 28 zwischen Stator 10 und Elektronikmodul 11 beispielsweise über Schneidklemmkontakte hergestellt. Nun kann die Elektronik geprüft werden.

Die bereits montierte Rotorbaugruppe inklusive des Spalttopfes aus Kunststoff wird von der Pumpengehäuseseite in die Basisplatte 5 eingeschoben. Die Abdichtung zwischen Naß- und Trockenraum übernimmt der O-Ring, der in einer Nut in der Basisplatte 5 sitzt. Durch die metallische Abstützung um den O-Ring und dem Spalttopf 18 werden auf den Spalttopf 18 wirkende Druckkräfte optimal aufgenommen. Der Spalttopf 18 wird nur gering belastet. Zur axialen Abstützung greifen Schnapphaken, angebracht am Lagerträger 14, in die Basisplatte 5. Mit einem Werkzeug können die Schnapphaken gelöst und die Rotorbaugruppe demontiert werden.

Mit diesem Aufbau können unterschiedliche Pumpenleistungen realisiert werden. Dieses kann geschehen durch Verwendung eines anderen Stators und/oder Rotorbaugruppe. Zum anderen kann durch Verwendung eines anderen Laufrades ggf. in Kombination mit einem anderen Kunststoffpumpengehäuseteil der geforderte Betriebspunkt je nach Kundenwunsch optimal eingestellt werden. In jedem Fall können eine Vielzahl von Bauteilen verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrisch betriebene Kreiselpumpe, insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen, mit einem Pumpengehäuse, das eine das Laufrad aufnehmende Laufradkammer stirnseitig bedeckt, und mit einem von Wicklungen umgebenen Stator, gekennzeichnet durch eine einteilige Montageplatte (3), die einerseits das Pumpengehäuse (4) und andererseits den Stator (10) trägt und die Mittel zur Halterung der Pumpe aufweist.
  2. 2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (3) eine senkrecht zur Welle (2) des Laufrades (1) ausgerichtete Basisplatte (5) aufweist, die eine Wand der Laufradkammer bildet.
  3. 3. Kreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Laufradkammer abgewandten Seite der Basisplatte (5) eine Aufnahme (9) zur Halterung des Stators (10) angeformt ist.
  4. 4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme von einem koaxial zur Laufradwelle (2) an die Basisplatte (5) angeformten Zylinder (9) gebildet wird, in den der Stator (10) eingesetzt, insbesondere eingepreßt, ist.
  5. 5. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (3) aus Metall insbesondere aus Blech gezogen oder druckgegossen ist.
  6. 6. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, ein Elektronikmodul (11), das insbesondere eine Steuerelektronik mit Leistungshalbleitern aufweist, wobei das Elektronikmodul (11) auf der dem Laufrad (1) abgewandten Seite der eine Wärmesenke bildenden Basisplatte (5) mit Wärmekontakt gehalten ist.
  7. 7. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (5) eine koaxial zur Laufradwelle ausgerichtete zentrale Bohrung aufweist, in der ein ein Lager (13) aufnehmender Lagerträger (14) gehalten ist.
  8. 8. Kreiselpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung von einer Hülse (15) umgeben ist, die an die Basisplatte (5) angeformt ist und in der der Lagerträger (14) durch Rastmittel (16) gehalten und/oder eingepreßt ist.
  9. 9. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (15) ein insbesondere aus Kunststoff geformter Spalttopf (18) gehalten ist.
  10. 10. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) einen nach Innen gerichteten Kragen (19) aufweist gegen den ein nach Außen gerichteter Kragen (20) des eingeschobenen Spalttopfes (18), insbesondere vermittels eines Dichtringes (21), zur Anlage kommt, wobei der Spalttopf (18) vom Lagerträger (14) druckbeaufschlagt wird.
  11. 11. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Wandung (22) des Lagerträgers den Spalttopf zentriert.
  12. 12. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Basisplatte (5) ein insbesondere aus Kunststoff geformter Gehäusedeckel (23) aufsetzbar ist, der die auf der elektrischen Seite der Basisplatte (5) angeordneten Komponenten abdeckt.
  13. 13. Kreiselpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusedeckel (23) an der Außenfläche des den Stator (10) aufnehmenden Zylinders (9) anliegt.
  14. 14. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse eine insbesondere aus Kunststoff gefertigte, Gehäuseschale (4) aufweist, die auf die Basisplatte (5) aufgesetzt und über einen Dichtring (6) abgedichtet ist.
  15. 15. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb mittels eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors geschieht.
  16. 16. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstecker (12) für die elektrische Versorgung auf der dem Laufrad (1) zugewandten Seite der Basisplatte (5) angebracht ist.
  17. 17. Verwendung der Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche zur Förderung des Mediums im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.






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