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Dokumentenidentifikation DE10307696A1 02.10.2003
Titel Förderpumpe und verstellbares Förder-, Drossel- und Absperrelement für Fluide
Anmelder Stephan, Hubert, 96142 Hollfeld, DE
Erfinder Stephan, Hubert, 96142 Hollfeld, DE
Vertreter Benninger, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 93047 Regensburg
DE-Anmeldedatum 21.02.2003
DE-Aktenzeichen 10307696
Offenlegungstag 02.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse F04D 13/06
IPC-Nebenklasse F04D 15/00   F04D 29/40   F04D 29/18   B29C 70/00   H02K 19/02   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine steuerbare Förderpumpe (2) für Fluide, mit einem in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Rotor (8), der an seinem Umfang eine Mehrzahl von Permanentmagneten (12) und in gleichmäßiger Abfolge nebeneinander angeordnete Schaufelabschnitte (34) aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein verstellbares Förder-, Drossel- und Absperrelement (4) für Fluide, mit einem in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Rotor (8), der an seinem Umfang eine Mehrzahl von Permanentmagneten (12) und in gleichmäßiger Abfolge nebeneinander angeordnete Schaufelabschnitte (34) und Verschlussabschnitte (36) aufweist.
Im Gehäuse (6) sind jeweils zu beiden Seiten des Rotors (8) mit einer Gleichspannung beaufschlagbare Antriebsspulen (10) angeordnet, die als Stator einer Gleichstromsynchronmaschine fungieren und den Rotor (8) in Rotation versetzen können.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein eine Förderpumpe sowie ein verstellbares Förder-, Drossel- und Absperrelement für Fluide, insbesondere ein als Förderpumpe, Durchflussbegrenzer und/oder als Absperrelement verwendbares, elektrisch betriebenes Element.

Förderpumpen für Fluide sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Zur Förderung von Flüssigkeiten werden typischerweise Verdrängereinheiten, für Gase meist Strömungsmaschinen verwendet. Strömungsmaschinen eignen sich jedoch in gleicher Weise als Förderpumpen für Flüssigkeiten. Sollen besonders einfach und kostengünstig aufgebaute Förderpumpen zum Einsatz kommen, deren Wirkungsgrad keine hohe Priorität besitzt, eignen sich insbesondere einfach aufgebaute Strömungsmaschinen mit rotierenden Schaufelblättern o. dgl. Für viele Anwendungen ist eine Umkehrung der Strömungsrichtung sinnvoll, die jedoch bei typischerweise verwendeten elektrischen Antrieben nur durch eine aufwendige Ansteuerung realisierbar ist. Sollen weitere Aufgaben wie bspw. eine Durchflussbegrenzung oder eine Verschlussfunktion hinzu kommen, ist die Verschaltung mit zusätzlichen Bauteilen unumgänglich.

Ein der Erfindung zugrunde liegendes Problem wird insbesondere darin gesehen, ein variables und universelles Förderelement zur Verfügung zu stellen, das ggf. einen Durchfluss begrenzen oder verhindern kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen Merkmale aufgeführt sind, welche die Lösung in vorteilhafter und zweckmäßiger Weise weiter entwickeln.

Eine erfindungsgemäße Förderpumpe für Fluide mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist sehr einfach aufgebaut und lässt sich kostengünstig in großer Stückzahl, in Serien- und Massenfertigung herstellen. Der Förderantrieb umfasst einen elektrisch betriebenen Rotor mit einer Reihe von Permanentmagneten, der ein Rotor einer Synchronmaschine ist. Durch die Anordnung des Rotors zwischen einer Reihe von Spulenpaaren lässt sich durch geeignete elektronische Ansteuerung eine beliebige Drehrichtung wählen. Die Förderpumpe ist auf diese Weise für eine Förderung in verschiedene Richtungen vorgesehen. Die Förderrate lässt sich auf einfache Weise durch eine Drehzahlsteuerung des Rotors wählen.

Die zu beiden Seiten des scheibenförmigen Rotors angeordneten Spulen ermöglichen eine präzise Ansteuerung des Förderrotors und dessen Drehzahlregulierung. Die Spulen können in vorteilhafter Weise als auf einem Schaltungsträger aufgebrachte Flachspulen ausgebildet sein. Sie können bspw. als Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger angeordnet sein und lassen sich auf diese Weise leicht und kostengünstig herstellen.

Die Gehäusehälften des Gehäuses weisen vorzugsweise jeweils eine Trichterform auf, die sich von einem Leitungsanschluss jeweils in Richtung einer Verbindungsebene erweitert, so dass die Gehäusehälften jeweils einen Verbindungsflansch zur lösbaren und dichtenden Verbindung aufweisen. Der scheibenförmige Rotor ist vorzugsweise ungefähr auf gleicher Höhe mit diesem als Flansch ausgestalteten Verbindungsabschnitt angeordnet, da diese Stelle den größten Durchmesser aufweist. Um den Rotor aufnehmen zu können, weist der Verbindungsabschnitt eine flachzylindrische Kontur von geringer Höhe auf. Außen können die beiden Gehäuseflansche bspw. miteinander verschraubt oder auf andere Weise lösbar oder unlösbar verbunden sein. So ist bspw. auch ein Verkleben oder Verschweißen möglich.

Der Rotor sowie das Gehäuse können in vorteilhafter Weise aus Kunststoff, insbesondere aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt sein und zur Verbesserung der Festigkeit jeweils eine Faserverstärkung aufweisen. Die Permanentmagnete des Rotors können vorzugsweise vom Kunststoff umspritzt sein, so dass sie aufgrund eines dünnen Kunststoffüberzugs nicht mit dem geförderten Medium in Kontakt kommen. Wenn auch die Spulen in gleicher Weise im Kunststoff des Gehäuses eingebettet sind, kann die Förderpumpe auch aggressive und korrosive Fluide und Medien fördern, ohne dass eine Beschädigung oder ein Verschleiß zu befürchten ist. Um die Resistenz gegen Medieneinflüsse weiter zu verbessern, können die Oberflächen ggf. mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen sein, die alle Poren verschließt und einen Schutz gegen Korrosion und Abrieb bieten kann.

Ein erfindungsgemäßes Förder-, Drossel- und Absperrelement für Fluide mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 23 umfasst einen in einem Gehäuse drehbaren Rotor, der Schaufel- und Verschlussabschnitt aufweist, die mit entsprechenden Verschlusssegmenten des Gehäuses korrespondieren. Das erfindungsgemäße Element kann durch geeignete Ansteuerung des Rotors als Drosselelement bzw. als Verschlusselement fungieren. Die übrige Ansteuerung des drehbaren Rotors mit den Antriebsspulen entspricht der bereits oben beschriebenen Förderpumpe. Hinzu kommen die Funktionen der präzisen Positionierung des Rotors in bestimmten Winkelstellungen, die mit geeigneten Positionierungsspulen realisiert werden kann. Auch diese Positionierungsspulen wirken mit den Permanentmagneten des Rotors zusammen und können den Rotor in bestimmte Winkelstellungen bringen, in denen der Durchfluss begrenzt oder völlig unterbunden wird.

Die Anzahl der Positionierungsspulen und der Antriebsspulen sowie die Anzahl der Permanentmagneten bestimmt das erzielbare Fördervolumen sowie den realisierbaren Fördergrad der Pumpe.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe eignet sich bspw. als Umwälzpumpe für Flüssigkeiten in einer Vielzahl von Anwendungen. So kann sie bspw. als Kühlmittel- Umwälzpumpe im stationären oder mobilen Betrieb eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Förder-, Drossel- und Absperrelement kann insbesondere als Förderpumpe für eine Heizungsanlage oder bspw. für ein Blockheizkraftwerk eingesetzt werden. Hier ist insbesondere die Drehrichtungsumkehr von Vorteil, da auf diese Weise ein kalter Motor vor dem Start mit erwärmtem Wasser aus einem Wasserspeicher gespült werden kann. Hierzu kann das Wasser in einem oberen Bereich des Speichers entnommen werden. Anschließend kann die Drehrichtung umgekehrt werden und das durch die Motorabwärme erhitzte Wasser wieder in den Speicher gefördert werden.

Auch andere Anwendungen sind möglich und sinnvoll, bspw. ein Einsatz in der chemischen Industrie, wo oftmals aggressive Medien gefördert werden müssen. Ein Verschleiß und unerwarteter Pumpenausfall kann hier zu Problemen führen. Die erfindungsgemäße Förderpumpe bzw. das erfindungsgemäße Förder-, Drossel- und Absperrelement kann für diese Probleme eine Abhilfe bieten.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Förderpumpe bzw. des erfindungsgemäßen Förder-, Drossel- und Absperrelements,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Bauteils gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Explosionsdarstellung des Bauteils gemäß Fig. 1,

Fig. 4 und 5 eine schematische Darstellung eines Rotors in Draufsicht und im Schnitt,

Fig. 6 und 7 jeweils schematische Darstellungen von Gehäusehälften des erfindungsgemäßen Bauteils in Draufsicht und

Fig. 8 und 9 schematische Darstellungen der antriebserzeugenden Komponenten des erfindungsgemäßen Bauteils.

Anhand der folgenden Fig. 1 bis 9 wird ein erfindungsgemäßes Bauteil erläutert, das je nach Gestaltung eines weiter unten zu erläuternden Rotors sowie einer von zwei aneinander gefügten Gehäusehälften eine Förderpumpe 2 oder ein steuerbares Förder-, Drossel- und Absperrelement 4 sein kann. Aus Vereinfachungsgründen wird in diesem Zusammenhang entweder von einer Förderpumpe 2 bzw. einer Pumpe 2 oder einem Element 4 die Rede sein. Das mit Element 4 bezeichnete Bauteil weist die genannten steuerbaren Funktionen der Förderung, der Drosselung und/oder der Absperrung auf. Gleiche Teile sind in den Fig. 1 bis 9 grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen versehen und brauchen daher nicht mehrfach erläutert werden.

Das Element 4 umfasst ein Gehäuse 6, das aus einer ersten Gehäusehälfte 18 (in den Fig. 1 bis 3 jeweils oben) und aus einer zweiten Gehäusehälfte 20 (in den Fig. 1 bis 3 jeweils unten) besteht. Beide Gehäusehälften 18, 20 sind im zusammen gebauten Zustand an einem mittleren Verbindungsabschnitt 26 lösbar oder unlösbar miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 26 ist als Flansch ausgestaltet, der gleichzeitig eine Führungs-, Positionierungs- und Dichtungsfunktion erfüllt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite (untere) Gehäusehälfte 20 einen umlaufenden Zentriersteg 38 auf, den der Flansch der ersten Gehäusehälfte 18 dichtend und formschlüssig umgreift (vgl. Fig. 2 und 3).

Beide Gehäusehälften 18, 20 sind trichterförmig ausgestaltet und verjüngen sich in entgegen gesetzter Richtung jeweils zu einem Leitungsanschluss 24. Dieser kann je nach Bedarf eine beliebige Gestaltung aufweisen, bspw. ebenfalls als Verbindungsflansch oder als Schlauchanschluss o. dgl. ausgestaltet sein. Die beiden Gehäusehälften 18, 20 können entweder miteinander verschraubt sein, wodurch sie lösbar miteinander verbunden sind. Es sind jedoch auch andere lösbare Verbindungsarten möglich, bspw. mittels Klammern, Schellen, Rasthaken o. dgl. Sollen die Gehäusehälften 18, 20 nach der Montage nicht mehr voneinander getrennt werden, so können sie auch miteinander verklebt, verschweißt oder vernietet werden. In diesem Fall kann bei einem Defekt nur noch das gesamte Bauteil ausgetauscht werden, nicht mehr einzelne Teile.

In einer Ebene ungefähr auf Höhe des Verbindungsabschnittes 26 ist ein Rotor 8 drehbar gelagert, der anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert wird. Der Rotor 8 weist eine flachzylindrische Kontur auf, mit einer Nabe 30, einem Umfangsring 32 und dazwischen angeordneten Schaufelblattabschnitten 34 und Verschluss- bzw. Scheibenabschnitten 36. Mit seiner Nabe 30 ist der Rotor 8 drehbar auf einer Steckachse 28 der zweiten Gehäusehälfte 20 gelagert. Diese Lagerung kann wahlweise eine Gleit- oder Wälzlagerung sein. Sobald sich der Rotor 8 dreht, wird er von seinen Antriebselementen sowie von den an ihn angreifenden Strömungskräften des geförderten Fluids zentriert, so dass er im Idealfall den berührenden Kontakt mit der Steckachse 28 verliert und gleichsam eine fliegende Lagerung bzw. eine Strömungslagerung aufweist.

Als Antrieb des Rotors 8 kommt eine an sich bekannte Gleichstromsynchronmaschine zum Einsatz. Zu diesem Zweck weist der Rotor 8 in seinem Umfangsring 32 eine Reihe von regelmäßig voneinander beabstandeten Permanentmagneten 12 auf, die bspw. als kleine, zylindrische Einheiten fest im Umfangsring 32 verankert sein können. Im Verbindungsabschnitt 26 sind jeweils oberhalb und unterhalb des Rotors 8, auf gleichem Umfang wie dessen Permanentmagneten 12, Antriebsspulen 10 angeordnet, die durch geeignete Ansteuerung für eine Rotation des Rotors 8 sorgen können. Die Antriebsspulen 10 können bspw. als gedruckte Schaltungen auf einem ringförmigen Schaltungsträger 16 aufgebracht sein. Jeweils oberhalb und unterhalb des Rotors 8 ist ein mit Antriebsspulen 16 versehener Schaltungsträgerring 16 angeordnet. Die Antriebsspulen 10 stehen sich vorzugsweise immer paarweise gegenüber, so dass sie für ein magnetisches Feld in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der rotierenden Permanentmagneten 12 sorgen können.

Das Antriebsprinzip des Synchronmotors ist anhand der schematischen Darstellungen der Fig. 8 und 9 verdeutlicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein Permanentmagnet 12 des Rotors 8 eine Bewegung von links nach rechts vollführen, die entsprechend der perspektivischen Darstellung einer Rotation entgegen des Uhrzeigersinns entspricht. Die Polung der sich jeweils paarweise gegenüber stehenden Antriebsspulen 10 wird so gewählt, das der Permanentmagnet 12 in Richtung des Spulenpaars 10 gezogen wird. Kurz bevor der Magnet 12 das Spulenpaar 10 passiert, wird die Spannung abgeschaltet, so dass der Magnet antriebslos vorbei streicht. Kurz nachdem der Magnet 12 das Spulenpaar 10 passiert hat, wird die Spannung umgepolt, so dass der Magnet 10 von den Spulen 10 abgestoßen wird. Die Drehzahl des Rotors 8 kann durch entsprechende Ansteuerung der Spulen gesteuert werden.

Um den Rotor 8 in gleichmäßige und ruckfreie Rotation zu versetzen, arbeitet der Antrieb vorzugsweise mit "Handshake". Damit ist eine Abschaltung des elektrischen Feldes kurz vor Passieren des Magneten gemeint. Eine solche Drehmomentlücke kann zweckmäßigerweise ca. 4° betragen und wird insgesamt durch die Mehrzahl von Magneten und Spulenpaaren ausgeglichen.

Durch Anlegen einer Spannung an die Spulen fließt durch diese ein Strom. Dieser Strom ruft in der Spule jeweils ein Magnetfeld hervor, das sich auch im Luftspalt aufbaut. In diesem Luftspalt befindet sich nun das Laufrad mit den Dauermagneten. Auf Grund des oben genannten Feldes werden die Magneten angezogen. Befinden sie sich ca. 2° vor der absoluten Überlappung, wird der Strom abgeschaltet und gewartet, bis der Magnet 2° nach der absoluten Überlappung steht. Nun wird die Spule mit einer entgegen gesetzten Phasenlage und Spannung beaufschlagt, so dass sich nun das Magnetfeld umkehrt und den Magneten abstößt.

Die Drehzahl lässt sich auf einfache Weise durch elektronische Ansteuerung der Antriebsspulen 10 regulieren. Ebenso einfach kann die Drehrichtung des Rotors 8 und damit die Förderrichtung der Pumpe 2 bzw. des Elements 4 umgekehrt werden.

Der Rotor 8 weist die zur Fluidförderung notwendigen Schaufelblattabschnitte 34 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils von Verschlussabschnitten 36 getrennt sind. Soll das erfindungsgemäße Bauteil lediglich als Förderpumpe 2 betrieben werden, können auch ausschließlich Schaufelabschnitte 34 vorgesehen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils fünf Schaufelabschnitte 34 und fünf Verschlussabschnitte 36 vorgesehen (vgl. Fig. 4 und 5). Jeweils in gleicher Position wie die Schaufelabschnitte 34 sind im Umfangsring 32 Permanentmagneten 12 angeordnet, im gezeigten Ausführungsbeispiel somit fünf. Es können jedoch auch wesentlich mehr Magneten 12 vorgesehen sein, womit die Förderleistung des Antriebs entsprechend erhöht werden kann. Je mehr Magnete und Spulen vorhanden sind, desto höher ist die erzielbare Förderleistung. Allerdings ist die Anzahl der Spulen durch den im Schaltungsträgerring 16 zur Verfügung stehenden Platz begrenzt. Soll die Förderleistung dennoch erhöht werden, so kann es notwendig sein, den Außendurchmesser des Verbindungsabschnittes 26 und damit des Schaltungsträgerrings 26 sowie des Rotors 8 zu vergrößern.

Die Schaufelabschnitte 34 bestehen aus schräg gestellten Blättern, die zwischen Nabe 30 und Umfangsring 32 des Rotors 8 angeordnet sind. Die Schrägstellung der Blätter ist vorzugsweise so bemessen, dass der Rotor 8 eine gewünschte Länge nicht überschreitet. Die im gezeigten Bild (Fig. 4) nach unten weisenden Kanten der Schaufelblätter 34 grenzen jeweils an eine Kante eines benachbarten Verschlussabschnittes 36, die vorzugsweise eine gleiche Breite wie die Schaufelblätter 34, jedoch keine Neigung aufweisen. D. h., sie sind als flache Scheibensegmente ausgestaltet, die bei einer Rotation des Rotors 8 in geringem Abstand abwechselnd über Verschlusssegmente 40 und Trichtersegmente 44 der zweiten Gehäusehälfte 20 streichen.

Deren Gestaltung wird anhand der Draufsicht der Fig. 6 verdeutlicht. Eine gleiche Anzahl von Trichtersegmenten 44, von Verschlusssegmenten 40 wie von Verschlussabschnitten 36 am Rotor 8 ermöglicht je nach dessen Steuerung eine Durchflussbegrenzung oder einen Verschluss des Elements 4. Zu diesem Zweck sind neben den Antriebsspulen 10 jeweils eine Reihe von Positionierungsspulen 14 vorgesehen, die in Zusammenwirkung mit den Permanentmagneten 12 eine gezielte Drehwinkelpositionierung des Rotors 8 ermöglichen. Da der Rotor 8 im gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Permanentmagneten 12 aufweist, im Verbindungsabschnitt 26 jedoch nur jeweils vier Positionierungsspulen 14 vorgesehen sind, kann der Rotor 8 in nahezu jede gewünschte Stellung gebracht werden. Bei dieser festen Positionierung sind die Antriebsspulen 10 abgeschaltet.

So kann der Rotor 8 durch geeignete Ansteuerung der Positionierungsspulen 14 bspw. in eine Stellung gebracht werden, bei der jeweils ein Verschlussabschnitt 36 deckungsgleich über einem Verschlusssegment 40 der zweiten Gehäusehälfte 20 angeordnet ist. In diesem Fall kann die Strömung den Rotor 8 ungehindert passieren. Es erfolgt keine Förderung. Werden dagegen die Verschlussabschnitte 36 des Rotors 8 in deckungsgleiche Position über die Trichtersegmente 44 gebracht, so ist das Element 4 verschlossen; es kann kein Fluid mehr hindurch fließen. Dazwischen sind beliebige Zwischenstellungen möglich, in denen das Element 4 als variabler Durchflussbegrenzer fungiert. Bei abgeschalteten Positionierungsspulen 14 und geeigneter Ansteuerung der Antriebsspulen 10 kann das Element 4 in beliebige Richtung und mit variabler Förderrate fördern.

Die in der zweiten Gehäusehälfte 20 befindlichen Positionierungsspulen 14 lassen sich vorzugsweise derart ansteuern, dass der Rotor 8 auf die Stirnfläche der zweiten Gehäusehälfte 20 gezogen wird und dort fest aufliegt. Durch eine ausreichend präzise Fertigung kann auf diese Weise eine annähernde Dichtheit des geschlossenen Rotors 8 erzielt werden, so dass einem gewissen Fluiddruck standgehalten werden kann.

Wie anhand des Längsschnittes der Fig. 2 sowie der Draufsicht der Fig. 6 verdeutlicht ist, grenzen die sternförmig nach innen weisenden Verschlusssegmente 40 mittig nicht aneinander, sondern lassen einen mittigen Querschnitt frei, der dem inneren Querschnitt des Leitungsanschlusses 24 entspricht. An der Auflagefläche des Rotors sind die oberen Bereiche der Verschlusssegmente 40 jeweils durch den Ringabschnitt 42 verbunden, in dessen Mitte die senkrecht nach oben ragende und den Rotor 8 fest legende Steckachse 28 angeordnet ist. Die sich mit den Verschlusssegmenten 40 regelmäßig abwechselnden Trichterabschnitte 44 weisen annähernd die gleiche Kontur auf wie der entsprechende Trichterabschnitt 22 der ersten (oberen) Gehäusehälfte 18.

Deren Gestaltung und glatter Übergang in den oberen Leitungsanschluss 24 ist anhand der schematischen Draufsicht der Fig. 7 verdeutlicht.

Weiterhin verdeutlichen die Fig. 6 und 7 die Anordnung der ringförmigen Schaltungsträger 16 mit den darauf angeordneten Antriebsspulen 10 und Positionierungsspulen 14.

Der Rotor 8 kann in vorteilhafter Weise aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt sein, der bspw. eine versteifende Faserverstärkung aufweist. Vorzugsweise sind die Magnete 12 gekapselt, so dass sie nicht mit dem geförderten Medium in Kontakt kommen. Die Permanentmagneten 12 können bspw. in die Spritzgussform eingelegt und anschließend in einem Schuss mit Kunststoff umspritzt werden. Auf dieser Weise kann der Rotor 8 in gewünschter Gestaltung auf sehr kostengünstige Weise in hohen Stückzahlen hergestellt werden.

In gleicher Weise können die beiden Gehäusehälften 18, 20 aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt werden. Auch der hierfür verwendete Kunststoff kann eine Faserverstärkung aufweisen. Auch hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Spulen 10, 14 gekapselt sind, um nicht mit dem geförderten Medium in Kontakt zu kommen. Die Schaltungsträgerringe 16 können in gleicher Weise in eine Spritzgussform eingelegt und umspritzt werden. Die Anschlusskontakte zur Ansteuerung der Spulen 10, 14 können aus dieser Form herausgeführt werden und dabei hermetisch umspritzt werden.

Ein sinnvoller Trichterwinkel der beiden Gehäusehälften 18, 20 kann bspw. in einem Winkel von ca. 20 bis 60° zur Längsachse liegen. Vorzugsweise beträgt der Winkel ca. 35 bis 45°, so dass sich relativ günstige Strömungsverhältnisse ergeben.

Als Faserverstärkung eignet sich insbesondere Glasfaser oder Kohlefaser. Als Kunststoff eignet sich grundsätzlich jeder spritzgießbare Thermoplast. Ggf. können die Bauteile auch in einem Moldingverfahren aus duroplastischem Kunststoff hergestellt werden. Die Verwendung von Kunststoff hat insbesondere Vorteile hinsichtlich der Medienresistenz der Oberflächen sowie hinsichtlich der Herstellungskosten von großen Stückzahlen.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe eignet sich als kostengünstiges Massenprodukt, bspw. als Umwälzpumpe eines Kühlkreislaufs eines Kraftfahrzeuges o. dgl. Sie eignet sich hervorragend als Umwälzpumpe einer Heizungsanlage oder auch als Förderpumpe für die chemische Industrie. Bezugszeichenliste 2 Förderpumpe

4 Förder-, Drossel- und Absperrelement

6 Gehäuse

8 Rotor

10 Antriebsspule

12 Permanentmagnet

14 Positionierungsspule

16 Schaltungsträger/Schaltungsträgerring

18 erste Gehäusehälfte

20 zweite Gehäusehälfte

22 Trichterabschnitt

24 Leitungsanschluss

26 Verbindungsabschnitt

28 Steckachse

30 Nabe (Rotor)

32 Umfangsring (Rotor)

34 Schaufelabschnitt/Schaufelblattabschnitt (Rotor)

36 Verschlussabschnitt/Scheibenabschnitt (Rotor)

38 Zentriersteg (zweite Gehäusehälfte)

40 Verschlusssegment (zweite Gehäusehälfte)

42 Ringabschnitt (zweite Gehäusehälfte)

44 Trichtersegment (zweite Gehäusehälfte)


Anspruch[de]
  1. 1. Steuerbare Förderpumpe (2) für Fluide, mit einem in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Rotor (8), der an seinem Umfang eine Mehrzahl von Permanentmagneten (12) und in gleichmäßiger Abfolge nebeneinander angeordnete Schaufelabschnitte (34) aufweist, wobei im Gehäuse (6) jeweils zu beiden Seiten des Rotors (8) mit einer Gleichspannung beaufschlagbare Antriebsspulen (10) angeordnet sind, die als Stator einer Gleichstromsynchronmaschine fungieren und den Rotor (8) in Rotation versetzen können.
  2. 2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderrichtung je nach Ansteuerung der Antriebsspulen (10) beliebig umkehrbar ist.
  3. 3. Förderpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fördergrad in beliebiger Förderrichtung durch entsprechende Ansteuerung der Antriebsspulen (10) variierbar ist.
  4. 4. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördergrad durch Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Rotors (8) variierbar ist.
  5. 5. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (10) jeweils zu beiden Seiten des flachen Rotors (8) angeordnet sind.
  6. 6. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (10) als gegenüber liegend angeordnete Spulenpaare ausgebildet sind.
  7. 7. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (10) jeweils als Flachspulen ausgebildet sind.
  8. 8. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (10) jeweils als Leiterbahnen eines ringförmigen Schaltungsträgers (16) ausgebildet sind.
  9. 9. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) aus wenigstens zwei miteinander verbindbaren Hälften (18, 20) besteht.
  10. 10. Förderpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gehäusehälfte (18) einen Leitungsanschluss (24) aufweist, der sich trichterförmig in Richtung eines Verbindungsabschnitts (26) zu einer zweiten Gehäusehälfte (20) erweitert.
  11. 11. Förderpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gehäusehälfte (20) einen weiteren Leitungsanschluss (24) aufweist, der sich trichterförmig in Richtung des Verbindungsabschnitts (26) zur ersten Gehäusehälfte (18) erweitert.
  12. 12. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) ungefähr in einer Verbindungsebene des Verbindungsabschnitts (26) der beiden Gehäusehälften (18, 20) angeordnet ist.
  13. 13. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (26) der beiden Gehäusehälften (18, 20) eine flachzylindrische Kontur aufweist.
  14. 14. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) auf einer Steckachse (28) mittig in der zweiten Gehäusehälfte (20) rotiert.
  15. 15. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften (18, 20) lösbar miteinander verbunden, insbesondere verschraubt sind.
  16. 16. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) aus Kunststoff gefertigt ist und dass die Permanentmagneten (12) darin eingeformt sind.
  17. 17. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt ist.
  18. 18. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (12) jeweils eine zylindrische Kontur aufweisen und dass ihre Stirnflächen jeweils von einer dünnen Schicht des Kunststoffes bedeckt sind, aus dem der Rotor (8) gefertigt ist.
  19. 19. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften (18, 20) jeweils aus Kunststoff, insbesondere aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt sind.
  20. 20. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Kunststoff gefertigte Rotor (8) eine Faserverstärkung, insbesondere mit Glasfasern oder mit Kohlefasern o. dgl., aufweist.
  21. 21. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Kunststoff gefertigten Gehäusehälften (18, 20) eine Faserverstärkung, insbesondere mit Glasfasern oder mit Kohlefasern o. dgl., aufweisen.
  22. 22. Förderpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanschlüsse (24) der Gehäusehälften (18, 20) jeweils als Schlauchanschlüsse o. dgl. ausgebildet sind.
  23. 23. Verstellbares Förder-, Drossel- und Absperrelement (4) für Fluide, mit einem in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Rotor (8), der an seinem Umfang eine Mehrzahl von Permanentmagneten (12) und in gleichmäßiger Abfolge nebeneinander angeordnete Schaufelabschnitte (34) und Verschlussabschnitte (36) aufweist, wobei im Gehäuse (6) jeweils zu beiden Seiten des Rotors (8) mit einer Gleichspannung beaufschlagbare Antriebsspulen (10) angeordnet sind, die als Stator einer Gleichstromsynchronmaschine fungieren und den Rotor (8) in Rotation versetzen können.
  24. 24. Element nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) Schaufelblattabschnitte (34) aufweist, zwischen denen jeweils flache Scheibenabschnitte (36) angeordnet sind.
  25. 25. Element nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenabschnitte (36) des Rotors (8) jeweils teilweise oder vollständig deckungsgleich über korrespondierende Verschlusssegmente (40) der zweiten Gehäusehälfte (20) bringbar sind und auf diese Weise für eine Durchflussbegrenzung oder einen Verschluss sorgen können.
  26. 26. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusssegmente (40) in der zweiten Gehäusehälfte (20) sternförmig angeordnet sind.
  27. 27. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine gleiche Anzahl von Schaufelblattabschnitten (34) und Scheibenabschnitten (36) des Rotors (8) sowie von Verschlusssegmenten (40) der zweiten Gehäusehälfte (20) vorgesehen sind.
  28. 28. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Mittelachse der zweiten Gehäusehälfte (20) weisenden Bereiche der Verschlusssegmente (40) in einem unteren Bereich voneinander beabstandet sind und in einem oberen Bereich durch einen Ringabschnitt (42) mit der daran angeordneten Steckachse (28) verbunden sind.
  29. 29. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und zweiten Gehäusehälfte (18, 20) jeweils zusätzliche Positionierungsspulen (14) angeordnet sind.
  30. 30. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine kleinere Anzahl von Positionierungsspulen (14) vorgesehen ist als Permanentmagneten (12) im Rotor (8) vorhanden sind.
  31. 31. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsspulen (14) jeweils zwischen nebeneinander angeordneten Antriebsspulen (10) auf dem Schaltungsträger (16) aufgebracht sind.
  32. 32. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine größere Anzahl von Antriebsspulen (10) vorgesehen ist als Permanentmagneten (12) im Rotor (8) vorhanden sind.
  33. 33. Element nach einem der Ansprüche 23 bis 32, das bis auf den modifizierten Rotor (8) und die zusätzlichen Positionierungsspulen (14) der Förderpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 entspricht.






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