DE20305335U1 - Pumpe und Rotor dafür - Google Patents

Description

2003G00530 ÖL·'· ·^# ' * I ^l'l· *l l.*l

Ry/hk

Pumpe und Rotor dafür

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine mit einem Synchronmotor angetriebene Pumpe und einem Rotor für eine solche Pumpe.

Elektrische Synchronmotoren haben die Besonderheit, dass sie, wenn sie mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt werden, nicht sofort anlaufen, sondern dass ihre Welle unter dem Einfluss des im Inneren erzeugten oszillierenden Magnetfeldes zunächst nur eine Zitterbewegung ausführt, deren Amplitude im Laufe einiger Sekunden anwächst, um schließlich in eine Drehbewegung umzuschlagen. Solange die Zitterbewegung anhält, liefert ein solcher Motor nur ein sehr geringes Drehmoment, und ein zu hohes auf die Welle wirkendes Lastmoment kann das Anlaufen des Synchron motors erheblich verzögern, wenn nicht gar verhindern.

Wegen ihrer Einfachheit und Preisgünstigkeit werden Synchronmotoren gerne als Antriebe für Pumpen geringer Leistung eingesetzt, die z.B. als Laugenpumpen oder dergleichen eingesetzt werden können. Wenn bei einer solchen Pumpe die Welle des Motors starr an den Rotor der Pumpe gekoppelt ist und dieser in die zu pumpende Flüssigkeit eintaucht, kann das dadurch verursachte Lastmoment das Anlaufen des Motors behindern. Um dies zu verhindern, sind sogenannte Anlaufhilfen füj Synchronmotoren entwickelt worden, die jeweils einen drehfest mit der Welle verbundenen Mitnehmer und einen drehfest mit der Last verbundenen Mitnehmer umfassen, und die gegeneinander innerhalb eines bestimmten Drehspiels frei drehbar sind, so dass innerhalb dieses Spiels die Zitterbewegung unbehindert stattfinden kann und erst wenn der Motor stabil zu drehen begonnen hat, die Mitnehmer gegeneinander stoßen und so einen Drehmomentschluss zwischen dem Motor und der Last herstellen.

Der Einsatz derartiger Anlaufhilfen verursacht starke Betriebsgeräusche. Grund hierfür ist, dass der Rotor der Pumpe aufgrund seiner eigenen Trägheit und der der Last dazu neigt, gleichmäßig zu rotieren, während die Drehgeschwindigkeit der Welle eines Synchronmotors im Laufe einer Umdrehung oszilliert. Wenn sich die Welle verlangsamt, geht der Kontakt zwischen den Mitnehmern der Anlaufhilfe verloren und der Rotor läuft

2003G00530 UL·* .·* ' J I "I' ' I I. I

Ry/hk

zunächst frei weiter, doch sobald der Motor wieder beschleunigt, stoßen die Aufnehmer geräuschvoll aneinander.

Die Laufgeräusche einer durch einen Synchronmotor angetriebenen Pumpe lassen sich dämpfen, indem am Rotor der Pumpe, zu dem eine vom Motor angetriebene Welle und ein an der Welle über eine Anlaufhilfe mit einem Drehspiel befestigtes Schaufelrad gehören, zwischen der Welle und dem Schaufelrad ein Bremskörper angebracht wird, der mit dem Schaufelrad und der Welle in Kontakt steht und wenigstens relativ zu einem von beiden drehbar ist und die beiden Elemente mit einer so starken Reibung aneinanderkoppelt, dass die Zitterbewegung eines die Pumpe antreibenden Synchronmotors beim Anlaufen zwar noch nicht nennenswert beeinträchtigt ist, dass aber, wenn bei laufendem Motor dessen Drehgeschwindigkeit periodisch abnimmt, ein Vorauseilen des Schaufelrades verhindert wird.

Ein solcher Bremskörper ist bei jedem Anlaufen des Motors einem Reibverschleiß ausgesetzt. Wenn dieser ein solches Ausmaß erreicht hat, dass bei laufendem Motor ein Vorauseilen des Rotors gegenüber der Welle nicht mehr verhindert werden kann, geht der Verschleiß auch bei laufendem Motor weiter, so dass schnell ein Stadium erreicht wird, in dem der Bremskörper nicht mehr wirksam ist und die Laufgeräusche der Pumpe extrem zunehmen.
25

Aufgabe der Erfindung ist, einen Rotor für eine Pumpe, insbesondere für eine durch einen Synchronmotor angetriebene Pumpe zu schaffen, bei dem die Lebensdauer des Bremskörpers verlängert ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Indem der Bremskörper in zwei Raumrichtungen zwischen dem Schaufelrad einerseits und der Welle andererseits eingeklemmt ist, wird der auftretende Reibverschleiß auf eine große Oberfläche verteilt, so dass erst nach einer großen Anzahl von Anfahrvorgängen der Verschleiß ein kritisches Ausmaß erreicht.

Um den Reibverschleiß gering zu halten, ist es auch wünschenswert, die beim Anfahren auftretenden Relativgeschwindigkeiten und Bewegungshübe zwischen dem Bremskörper

III ·* I I . I I I I

III ·* I I . I I I I · ^"ETP:Äv1CHv2pAT1.&1CH&Sh4.COM:9090/WEBDAV/17576.RTF

Ry/hk

und der relativ zu ihm gleitenden Oberfläche - der Welle oder des Schaufelrades - klein zu halten. Hierfür sollte der Bremskörper auf einem bezüglich der Welle möglichst kleinen Radius, vorzugsweise unmittelbar an der Welle selbst, angeordnet sein.

Ein zu der Welle gehörender Mitnehmer gehörender Mitnehmer ist vorzugsweise in einem zentralen Innenraum des Schaufelrades aufgenommen und auf diese Weise vor dem Kontakt mit zu pumpender Flüssigkeit geschützt. Bei einer solchen Konstruktion kann der Bremskörper zweckmäßigerweise gleichzeitig als Dichtung für eine Öffnung des Schaufelrades dienen, durch die die Welle in den Innenraum eindringt.

Der Mitnehmer umfasst vorzugsweise eine auf den Schaft der Welle fest aufgezogene, ebenfalls in dem Innenraum untergebrachte Hülse, und die Klemmung des Bremskörpers in axialer Richtung ist eine Klemmung zwischen einer Stirnfläche der Hülse und einer die Öffnung umgebenden Wand des Rotors.

Ein Mitnehmer des Schaufelrades, der gemeinsam mit dem Mitnehmer der Welle die Anlauf hilfe bildet, ist radial in den Innenraum des Schaufelrades gerichtet.

Um einen harten, geräuschvollen Zusammenstoss zwischen den Mitnehmern auch während der Zitterbewegung zu vermeiden, sind an deren sich gegenüberliegenden seitlichen Flanken jeweils elastische Pufferkörper angebracht.

Bei dem Bremskörper handelt es sich vorzugsweise um einen Ring aus einem Elastomermaterial. Ein solcher Ring kann auch an die Welle oder an das Schaufelrad angespritzt sein. Wenn dies der Fall ist, können der Bremskörper und die Pufferkörper vorteilhaft einteilig ausgebildet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
35

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rotors;

ttBSH^

Ry/hk

2003G00530 &Ggr;3&Egr;,^: -' ' ^! * "" * * *

Fig. 2 eine Vorderansicht des Rotors bei entferntem Deckel;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Nabe des Rotors in der in Fig. 1 mit Ill-Ill bezeichneten Ebene;

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors; und

Fig. 5 einen Schnitt durch die Nabe des Rotors aus Fig. 4 entlang der mit V-V bezeichneten Ebene.

15

Der in Fig. 1 gezeigte Rotor umfasst eine Welle 1, die gleichzeitig Welle eines zum Antreiben des Rotors dienenden Synchronmotors sein oder an eine solche Welle starr gekoppelt sein kann. Auf das mit einer Riffelung versehene freie Ende der Welle 1 ist eine Hülse 2 aus Kunststoff form- und kraftschlüssig aufgezogen. An die im wesentlichen zylindrische Hülse 2 ist einteilig ein radial abstehender Mitnehmer 3 (siehe Fig. 2 oder 3) in Gestalt einer sich in Längsrichtung der Welle 1 erstreckenden Rippe angeformt. Die Hülse 2 mit dem Mitnehmer 3 ist in einer zur Welle 1 koaxialen inneren Kammer 4 eines aus Kunststoff geformten Schaufelrades 5 aufgenommen. Schaufeln 6 stehen radial von einer umlaufenden Wand 7 der Kammer 4 ab. Eine erste Stirnwand 8 mit einer zentralen Öffnung, durch die sich die Welle 1 erstreckt, ist einteilig mit der Wand 7 ausgebildet. Eine gegenüberliegende zweite Stirnwand ist durch eine auf die Wand 7 aufgesteckte und durch Kleben, Ultraschallschweißen oder andere Weise dicht an der Wand 7 befestigte Kappe 9 gebildet. In einer Ausnehmung an der Innenseite der Stirnwand 8 ist ein O-Ring 10 aufgenommen. Dieser ist in radialer Richtung zwischen einer umlaufenden Wand der Ausnehmung und der Welle 1 und in axialer Richtung zwischen der Stirnwand 8 und der Hülse 2 eingeklemmt und dichtet die Kammer 4 gegen eine zu pumpende Flüssigkeit ab, in die das Schaufelrad 5 eingetaucht ist. Die Klemmung des O-Rings 10 ist einerseits schwach genug, um eine Drehung des Schaufelrades 5 gegen die Welle 1 zuzulassen, wenn diese beim Start des antreibenden Synchronmotors eine Zitterbewegung ausführt, andererseits stark genug, um ein Vorauseilen des Schaufelrades zu unterbinden, wenn die Welle 1 vom laufenden Synchronmotor mit oszillierender Geschwindigkeit angetrieben wird.

2003G00530 Df ..\. ·..· : =.,5 ·.,:

Ry/hk

Ein Mitnehmer 11, der einteilig von der Wand 7 ins Innere der Kammer 4 vorsteht, ist in den Fig. 2 und 3 zu erkennen. Der Mitnehmer 11 hat die Form einer hohlen Rippe, von deren Scheitel zwei Flügel 12 in Umfangsrichtung abstehen. Zwei Pufferkörper 13 aus Elastomermaterial sind zwischen den Flügeln 12 und der Wand 7 eingeklemmt und mit Hilfe von Zähnen 14, die von der Wand 7 bzw. den Flügeln 12 vorstehen, fest gehalten.

Bei der in Fig. 2 und 3 gezeigten Orientierung liegt eine seitliche Flanke des Mitnehmers 3 an einem der Pufferkörper 13 an, so dass das Schaufelrad 5 von der im Uhrzeigersinn rotierenden Welle 1 mitgenommen wird. Im Gegenuhrzeigersinn hingegen könnte die Welle 1 etwas mehr als eine halbe Umdrehung zurücklegen, bevor der Mitnehmer 3 an den zweiten Pufferkörper 13 stieße und das Schaufelrad 5 dadurch angetrieben würde.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Rotors in einem Schnitt analog dem der Fig. 1. Der O-Ring 10 ist bei dieser Ausgestaltung durch einen an das Schaufelrad 5 angespritzten Ring 15 ersetzt, der die gleiche Funktion wie der O-Ring aus Fig. 1 hat. In dem Schnitt der Fig. 5 ist der Ring 15 in Draufsicht zu sehen, und hier ist zu erkennen, dass der Ring 15 über Elastomermaterial, das zwei radiale Kanäle 16 in der Stirnwand 8 ausfüllt, einteilig mit den die seitlichen Flanken des Mitnehmers 11 schützenden Pufferkörpern 13 ausgebildet ist. Die Pufferkörper 13 entstehen somit in einem Arbeitsgang zusammen mit dem Ring 15, und ein aufwändiges Einfügen vorgefertigter Pufferkörper zwischen die Flügel 12 und die Wand 7 wird vermieden.

Während bei der Ausgestaltung der Fig. 1 sowohl die Welle 1 innerhalb des O-Rings 10 als auch der O-Ring 10 zusammen mit der Welle 1 in der Aussparung der Stirnwand 8 hin- und hergleiten könnte, ist bei dieser zweiten Ausgestaltung der Ring 15 nur in Bezug zur Welle 1, nicht aber zum Rotor 5 verschiebbar. Im Prinzip wäre es auch denkbar, einen Elastomerring wie den Ring 15 an die Welle 1 anzuformen und gegebenenfalls einteilig mit von deren Mitnehmer getragenen Pufferkörpern auszubilden, doch würde dies eine Gleitbewegung am äußeren Umfang des Rings und dementsprechend mit höherer Geschwindigkeit und höherem Reibverschleiß implizieren als im Falle der Fig. 4, wo der Reibverschleiß sich auf den inneren Umfang des Rings 15, wo sich Ring 15 und Welle 1 mit minimalem Radius berühren, und die der Hülse 2 zugewandte Stirnfläche des Rings verteilt.

Claims (11)

1. Rotor für eine Pumpe, mit einer Welle (1), einem an der Welle mit einem Drehspiel befestigten Schaufelrad (5) und einem zwischen der Welle (1) und dem Schaufelrad (5) eingeschlossenen, mit dem Schaufelrad (5) und der Welle (1) in Kontakt stehenden und wenigstens relativ zur Welle oder relativ zum Schaufelrad unter Reibung drehbaren Bremskörper (10, 15), dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (10, 15) sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Welle (1) zwischen einer Oberfläche der Welle (1) einerseits und einer Oberfläche des Schaufelrades (5) andererseits eingeklemmt ist.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (10, 15) einen zylindrischen Schaft der Welle unmittelbar berührt.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (5) einen zentralen Innenraum (4) aufweist, der einen Mitnehmer (11) der Welle (1) umgibt.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (5, 15) eine Dichtung für eine Öffnung des Schaufelrades (5) bildet, durch die die Welle (1) in den Innenraum (4) eindringt.

5. Rotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (11) an einer auf einen Schaft der Welle (1) aufgezogenen Hülse (2) ausgebildet ist, und dass der Bremskörper (10, 15) zwischen einer Stirnfläche der Hülse (2) und einer die Öffnung umgebenden Wand des Schaufelrades (5) eingeklemmt ist.

6. Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (3) der Welle (2) mit einem radial in den Innenraum gerichteten Mitnehmer (11) des Schaufelrades (5) wechselwirkt.

7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einander gegenüberliegenden seitlichen Flanken der zwei Mitnehmer (3, 11) jeweils elastische Pufferkörper (13) angebracht sind.

8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (10, 15) ein Ring aus einem Elastomermaterial ist.

9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (15) an die Welle (1) oder an das Schaufelrad (5) angespritzt ist.

10. Rotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper und die Pufferkörper (13) einteilig ausgebildet sind.

11. Pumpe mit einem Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem elektrischen Synchronmotor zum Antreiben des Rotors.