德国专利DE102004003400A1 Kreiselpumpenaggregat

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专利摘要:
DieErfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat, mit mindestens eineminnerhalb eines Pumpengehäusesangeordneten Laufrad, einer das Pumpengehäuse (1) durchdringenden Pumpenwelle(3) und einem an das Pumpengehäuse(1) angrenzenden Antrieb (2). Im Bereich des Antriebes (2) ist aufder Pumpenwelle (3) ein mit Dauermagneten (6) bestückter Antriebsrotor(4) befestigt und äußere Antriebselemente(5) übertragenein Drehmoment auf den Antriebsrotor (4). Der Antriebsrotor (4)als ein Gleichteil für äußere Antriebselemente(5) ist in Form einer permanent erregten äußeren Magnetkupplungshälfte, inForm einer Hysteresewerkstoffe aufweisenden Hysteresekupplungshälfte oderin Form eines Motorständersmit einer ein Drehfeld erzeugenden Wicklung ausgebildet (Fig. 1).
公开号:DE102004003400A1
申请号:DE102004003400
申请日:2004-01-23
公开日:2005-08-11
发明作者:Peter Dr. Greilach；Jürgen Gröschel；Gerhard Prof. Dr. Huth；Bernd Köhler
申请人:KSB SE and Co KGaA；
IPC主号:H02K5-128

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat, mit mindestens eineminnerhalb eines Pumpengehäusesangeordneten Laufrad, einer ein Pumpengehäuse durchdringenden Pumpenwelleund einem an das Pumpengehäuseangrenzenden Antrieb, im Bereich des Antriebes ist auf der Pumpenwelleein mit Dauermagneten bestückterAntriebsrotor befestigt und äußere Antriebselemente übertragenein Drehmoment auf den Antriebsrotor.
[0002] Beisolchen gattungsgemäßen Kreiselpumpenaggregatenist üblicherweiseunmittelbar angrenzend an das Pumpengehäuse der Antrieb angebaut. Einsolches Kreiselpumpenaggregat findet häufig als Kreiselpumpe nachBauart einer HeizungsumwälzpumpeVerwendung und ist üblicherweisemit einem drehzahlveränderbarenMotor ausgerüstet,um über dessenvariable Antriebsdrehzahl einen besseren Gesamtwirkungsgrad innerhalbeines Rohrleitungssystem zu erzeugen. Bekannt ist dies beispielsweise beiden Grundfos HeizungsumwälzpumpenTyp MAGNA, deren Antriebsmotor als Permanent- oder Dauermagnetmotorausgebildet ist und mit einer elektronischen Drehzahlregelung versehenist. Solche elektronisch kommutierten Antriebe mit ihrem permanent erregtenAC-Servomotor verbessern den Wirkungsgrad einer Heizungsanlage.
[0003] Anderegattungsgemäße Kreiselpumpenaggregateverwenden als Antrieb einen mit dem Pumpengehäuse verbundenen Magnetkupplungsantrieb. SolcheKreiselpumpenaggregate finden häufigim Bereich der FörderunggefährlicherMedien Verwendung, insbesondere im Bereich der Chemie. Beide Bauformendieser Kreiselpumpenaggregate sind mit oder ohne einem Spalttopfbzw. Spaltrohr zwischen dem Antriebsrotor und dem äußeren Antriebselementausgerüstet.
[0004] BeiKreiselpumpenaggregaten mit einem Antrieb durch eine Magnetkupplungist es durch die EP 0814 268 B1 bekannt, den Magnetkupplungsantrieb modularaufzubauen. Dazu ist bei einer Magnetkupplungspumpe zwischen einemsogenannten Kernelement, bestehend aus einem Pumpengehäuse mit Welle,Wellenlagerung, permanent- oder dauermagnetischem Antriebsrotorund Spalttopf, und einem Antrieb noch eine zusätzliche Baugruppe angeordnet.Diese zusätzlicheBaugruppe umfasst eine Laterne, äußere Magnetträger unddiverse Flansche, um damit verschiedene Bauarten von Block- und Normalausführungeneines solchen Kreiselpumpenaggregates realisieren zu können.
[0005] DerErfindung liegt das Problem zu Grunde, für Kreiselpumpenaggregate, beidenen auf der Pumpenwelle ein mit Dauermagneten bestückter Antriebsrotorangeordnet ist, den Anwendungsbereich solcher Kreiselpumpenaggregatezu vergrößern. Die Lösung diesesProblems sieht vor, dass der Antriebsrotor als ein Gleichteil für äußere Antriebselementein Form einer permanent erregten äußeren Magnetkupplungshälfte, inForm einer Hysteresewerkstoffe aufweisenden Hysteresekupplungshälfte oderin Form eines Motorständersmit einer ein Drehfeld erzeugenden Wicklung ausgebildet ist.
[0006] Mitdieser Lösungist es erstmals möglich,für ansich völligverschiedene Bauarten von Kreiselpumpenaggregaten ein zentralesfunktionelles Antriebselement in Form eines Gleichteiles Anwendung findenzu lassen, welches einen gemeinsamen Rotor für an sich unterschiedlichePumpenbauarten darstellt. Somit wird in entscheidender Weise derlogistische Aufwand bei der Herstellung und der Wartung von Kreiselpumpenverringert und es werden die Fertigungskapazitäten optimiert.
[0007] Eineweitere Verringerung des gesamten Entwicklungs- und Herstellungsprozessesergibt sich, wenn der Antriebsrotor und eine damit verbundene Pumpenwelleals ein gemeinsames Gleichteil ausgebildet sind. Somit kann mitnur einem zentralen Bauteil füreine Vielzahl von Pumpentypen die Förderprobleme in den verschiedenstenEinsatzbereichen in einfachster Weise gelöst werden.
[0008] NachAusgestaltungen der Erfindung ist der Antriebsrotor zylinderförmig und/oderscheibenförmigausgebildet. Ebenso kann das äußere Antriebselementhohlzylinderförmigund/oder scheibenförmig ausgebildetsein. Somit ist die Erfindung sowohl bei den üblichen Antriebsformen zylindrischerBauart als auch bei den sogenannten Scheibenläufer-Bauformen verwendbar.
[0009] Die Übertragungsleistungverbessern andere Ausgestaltungen, wonach der Antriebsrotor an seinerdem äußeren Antriebselementzugekehrten Flächemit Seltenerd-Dauermagnetenbestücktist. Weiter muss die mit dem Seltenerd-Dauermagneten ausgeführte Polzahl2p der Grundpolzahl des äußeren Antriebselementesentsprechen, damit ein stationärersynchroner Betrieb stattfinden kann. Und zum Schutz der Magnetevor einem zu förderndenaggressiven, korrosiven, erosiven der in sonstiger Weise gefährlichenFluid sind die Magnete und/oder der Antriebsrotor von einer Hülse ausamagnetischem Material, zum Beispiel amagnetischem Stahl, umgeben.
[0010] Eineweitere Ausgestaltung sieht die Ausbildung der Hülse als Dämpferelement vor. Mittels dieserMaßnahmenach Art eines Dämpferkäfigs kann derVerwendungszweck des Antriebsrotors in einfachster Weise erweitertwerden hin zu Antriebsmotoren, die für einen gesteuerten Betriebdurch einen Frequenzumformer ausgelegt sind. Dazu kann auch, ähnlich wiebei einem Käfigläufermotor,ein Dämpferelementzusätzlichoder ausschließlichunterhalb der Magnete angeordnet sein.
[0011] Weiterist in an sich bekannter Weise zwischen Antriebsrotor und äußeren Antriebselement einSpaltelement angeordnet. Hierbei handelt es sich um bekannte Bauteilein Form eines Spalttopfes, Spaltrohres oder einer Spaltwand. Somitkann diese Lösungsowohl bei trockenen Antrieben als auch bei nassen Antrieben inForm von Spaltrohr, Spaltwandmotoren oder hermetisch dichten MagnetkupplungsantriebenAnwendung finden. Dazu ist lediglich am Antriebsrotor oder am äußeren Antriebselementeine entsprechende Durchmesseranpassung vorzunehmen, um den Platzbedarffür dieSpaltelemente zu berücksichtigen.In vorteilhafter Weise ist dabei ein Spaltelement in Form einesSpalttopfes mit seiner Öffnungam Pumpengehäusebefestigt. Damit kann in einem Servicefall das äußere Antriebselement gewechseltwerden, ohne dabei einen sogenannten nassen Bereich einer Pumpe öffnen zumüssen.
[0012] Nacheiner anderen Ausgestaltung ist im Spaltelement eine an sich bekannteLagerstelle für denAntriebsrotor angeordnet. Dies ermöglicht die Beherrschung größerer Antriebskräfte.
[0013] Für eine Vielzahlvon Baugrößen solcher Kreiselpumpenaggregat-Baureihenwird durch eine Standardisierung des Antriebsrotors eine wesentlicheFertigungsvereinfachung erreicht sowie der Aufwand für Wartungund Reparaturen erheblich reduziert.
[0014] Durchdie Ausbildung des äußeren Antriebselementesals ein mit Magnetwerkstoffen ausgeprägter Hystereseeigenschaftenversehener Außenrotorbilden Außenrotorund Antriebsrotor eine Hysteresekupplung. Somit ergibt sich eineabrisssichere Bauart eines mit einem Magnetkupplungsantrieb ausgerüsteten Kreiselpumpenaggregat.Durch diesen Antrieb bleibt im Gegensatz zu üblichen Magnetkupplungen beiunerwarteten Überlastungendes Kreiselpumpenaggregat dessen Fördereigenschaft gewährleistet.
[0015] Zurdirekten Erfassung von Rotordrehzahl und/oder Rotorlage sind amAntriebsrotor und äußerem AntriebselementSensorelemente angeordnet, die eine elektronische Regelung und Überwachung einessolchen Antriebes ermöglichen.Die Erfassung dieser Größen istjedoch auch im Sinne einer sensorlosen Regelung indirekt möglich. Somitkönnendas äußere Antriebselementund der Antriebsrotor einen elektronisch kommutierten AC-Servomotorbilden. Auch hierbei sind das äußere Antriebselementin Form eines Motorständersoder in Form einer äußeren Magnetkupplungshälfte oderin Form einer äußeren Hysteresekupplungshälfte auswechselbarausgebildet. Dies vereinfacht in einem eventuellen Wartungsfallden Austausch von Komponenten. Beim Vorhandensein von eines Spalttopfesist ein solcher Austausch möglich,ohne die Dichtigkeit des Pumpenaggregates zu gefährden.
[0016] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden imFolgen näherbeschrieben. Es zeigen die
[0017] 1 & 2 Ausbildungenmit EC-Servomotor, die
[0018] 3 eineAusbildung mit Magnetkupplung und die
[0019] 4 & 2 verschiedeneAusbildungen des Antriebsrotors
[0020] 1 zeigtin schematischer Darstellung den Aufbau des Antriebes eines Kreiselpumpenaggregates.Von einem Pumpengehäuse 1 istlediglich eine Wand dargestellt, an der ein Antrieb 2 für ein – hier nichtdargestelltes – Kreiselpumpenlaufradangeordnet ist. Das Kreiselpumpenlaufrad ist im Pumpengehäuse 1 aufeiner Pumpenwelle 3 befestigt. Auf der Welle 3 befestigtist ein Antriebsrotor 4, der als inneres Antriebselementmit einem äußeren Antriebselement 5 desAntriebes 2 zusammenwirkt. Das äußere Antriebselement 5 desAntriebes 2 bildet hier ein Motorständer mit einer Wicklung zurErzeugung eines umlaufendes Drehfeldes. Dieses Drehfeld wirkt aufMagnete 6 ein, die am Außenumfang des Antriebsrotors 4 befestigtsind.
[0021] Jenach Ausbildung des Antriebes 2 kann zwischen ihm und demPumpengehäuse 1 bzw.zwischen dem äußeren Antriebselement 5 unddem Antriebsrotor 4 ein Spaltelement 7 angeordnetsein. Ebenso könnenSpaltrohre oder SpaltwändeAnwendung finden. In diesem Ausführungsbeispielist das Spaltelement 7 als ein Spalttopf ausgebildet, dermit seiner Öffnungam Pumpengehäuse 1 flüssigkeitsdichtbefestigt ist. Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigtenAbständezwischen äußeren Antriebselement 5 undAntriebsrotor 4 sowie dem Spaltelement 7 sindschematischer Art und entsprechen nicht tatsächlich auszuführendenProdukten.
[0022] AmAntriebsrotor 4 und am äußeren Antriebselement 5 sindSensoren 8.1 und 8.2 angeordnet, mit deren Hilfeeine Überwachungeiner Rotorlage und/oder der Drehzahl möglich ist.
[0023] 2 zeigtgegenüberder 1 eine Abwandlung, gemäß der im Spaltelement 7,dem hier dargestellten Spalttopf, eine zusätzliche Lagerung 9 für die Pumpenwelle 3 angeordnetist. Somit kann der Antriebsrotor 4 im Antrieb 2 undim Pumpengehäuse 1 miteiner beidseitigen Lagerung versehen sein.
[0024] 3 zeigteine Ausführungsform,bei der als Antrieb 2 fürden Antriebsrotor 4 eine permanent erregte äußere Kupplungshälfte inForm einer Magnetkupplung oder Hysteresekupplung als äußeres Antriebselement 5 Anwendungfindet. Der Antrieb 2 ist mit einem – hier nicht dargestellten – Motorverbunden und auf einer Motorwelle 10 gelagert. Der Antriebsrotor 4 istanalog der 1 gelagert und weist in diesemAusführungsbeispielkeine Sensorelemente auf. Durch den als Gleichteil ausgebildeten Antriebsrotor 4 kannein Kreiselpumpenaggregat erzeugt werden, welches aus Pum pengehäuse, Antriebsrotor,Pumpenwelle und Laufrad besteht und wahlweise mit oder ohne Spaltelement 7 versehen ist.Somit kann in einfachster Weise ein solches Pumpenbauteil mit einemAntrieb in Form eines Motorständersoder mit einem Magnetkupplungsteil ausgestattet werden.
[0025] Das äußere Antriebselement 5 inForm eines Magnetkupplungsteiles ist zwecks Ausbildung als Hysteresekupplungmit einem Hysteresewerkstoff versehen. Somit ist die Bildung einerabreißsicheren Kupplungmöglich.Bei knapper Dimensionierung der Magnetkupplung besteht die Gefahr,dass bei einem äußeren Antriebselement 5 inForm einer permanent erregten äußeren Kupplungshälfte bei Überlastungender Kraftschluss zwischen Antriebsrotor 4 und äußeren Antriebselement 5 abreißen kann.In einem solchen Fall müssteder Antrieb 2 bis zum Stillstand abgebremst werden, umin diesem Zustand wieder einen magnetischen Kraftschluss zwischenden treibenden und anzutreibenden Bauteilen herzustellen. Nach einemerneuten Hochfahren des Antriebes 2 kann dann die Förderleistungwieder aufgenommen werden.
[0026] Demgegenüberhat ein äußeres Antriebselement 5 inForm einer Hysteresekupplungshälftemit Hysteresewerkstoffen den Vorteil, dass bei einer Überlastungder Pumpe zwischen äußerem Antriebselement 2 undAntriebsrotor 4 ein Schlupf auftreten kann und nach Erreichendes normalen Betriebszustandes wieder der ursprüngliche Kraftschluss hergestelltwird.
[0027] Diein 3 gezeigte Ausführungsform kann bei Kreiselpumpenaggregatenmit oder ohne Spaltelement 7 Anwendung finden. Für diejenigenFälle,bei denen auf den Einsatz eines Spaltelementes 7 verzichtetwird, sind entsprechende Dichtungselemente zwischen Pumpengehäuse 1 undPumpenwelle 3 angeordnet. Eine Durchmesserabstufung zwischenAntriebsrotor 4 und äußerem Antriebselement 5 istin Abhängigkeitvon einem Spaltelement 7 gestaltet. Die Verwendung einesals Gleichteil ausgebildeten Antriebsrotor 4 für die verschiedenenAntriebsmöglichkeiten,reduziert den Herstellungs- und Handhabungsaufwand eines solchenKreiselpumpenaggregates in vielfacher Weise.
[0028] 4 zeigteinen Antriebsrotor 4 gemäß einer Bauart nach 2,wobei dem eine Hülseaus amagnetischem Material schützendum die Dauermagnete 6 des Antriebsrotors 4 angeordnetist. Mit dieser Maßnahmewird verhindert, dass ein von der Krei selpumpe zu förderndesund negative Eigenschaften aufweisendes Fluid in nachteiliger Weise aufdie Dauermagnete einwirken kann. Die Magnete 6 können alsSeltenerd- Dauermagnete ausgebildet sein.
[0029] 5 zeigteine Variante des Antriebsrotors nach 4, bei derzusätzlichund unterhalb der Dauermagnete 6 ein Dämpferelement 12 inForm eines sogenannten Kurzschlusskäfigs angeordnet ist. DiesesDämpferelementist gegenüberder Lage der Dauermagneten 6 am Antriebsrotor 4 aufkleinerem Durchmessser angeordnet. Auch die Hülse 11 kann in analogerWeise als Dämpferelementausgebildet sein. Mit Hilfe dieser Dämpferelemente ist ein verbesserterBetrieb eines solchen Antriebsrotors 4 in Verbindung miteinem Motorständermöglich,der von einem gesteuerten U-f-Umrichtergespeist wird.
[0030] 6 zeigteinen Schnitt durch den Antriebsrotor 4 nach 5.Daraus ist ersichtlich, dass das Dämpferelement 12 ausmehreren, den Antriebsrotor in Achsrichtung durchdringenden Stäben gebildetist. Das Dämpferelementist hier nach Art eines Kurzschlussläuferkäfigs gestaltet.

权利要求:
Claims (20)
[1] Kreiselpumpenaggregat, mit mindestens einem innerhalbeines Pumpengehäusesangeordneten Laufrad, einer das Pumpengehäuse (1) durchdringendenPumpenwelle (3) und einem an das Pumpengehäuse (1)angrenzenden Antrieb (2), auf der Pumpenwelle (3)ist ein mit Dauermagneten (6) bestückter Antriebsrotor (4)befestigt und äußere Antriebselemente(5) übertragenein Drehmoment auf den Antriebsrotor (4), dadurch gekennzeichnet, dassder Antriebsrotor (4) als ein Gleichteil für äußere Antriebselemente(5) in Form einer permanent erregten äußeren Magnetkupplungshälfte, inForm einer Hysteresewerkstoffe aufweisenden Hysteresekupplungshälfte oderin Form eines Motorständersmit einer ein Drehfeld erzeugenden Wicklung ausgebildet ist.
[2] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass Antriebsrotor (4) und eine damit verbundene Pumpenwelle(2) als ein Gleichteil ausgebildet sind.
[3] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass der Antriebsrotor (4) zylinderförmig und/oderscheibenförmigausgebildet ist.
[4] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass das äußere Antriebselement(2) hohlzylinderförmigund/oder scheibenförmig ausgebildetist.
[5] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsrotor (4) anseiner dem äußeren Antriebselement(2) zugekehrten Flächemit Seltenerd-Dauermagneten (6) bestückt ist.
[6] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die mit den Seltenerd-Dauermagneten (6) ausgeführte Polzahl2p der Grundpolzahl des äußeren Antriebselementes (2)entspricht.
[7] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1–6, dadurchgekennzeichnet, dass die Dauermagnete und/oder der Antriebsrotor(4) von einer Hülse(11) aus amagnetischem Material umgeben sind.
[8] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Hülse(11) als Dämpferelementausgebildet ist.
[9] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurchgekennzeichnet, dass am Antriebsrotor (4) ein Dämpferelement(12) unterhalb der Magnete (6) angeordnet ist.
[10] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise zwischenAntriebsrotor (4) und äußeren Antriebselement(2) ein Spaltelement (7) angeordnet ist.
[11] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltelement (7) inForm eines Spalttopf mit seiner Öffnungam Pumpengehäuse(1) befestigt ist.
[12] Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 10 oder 11,dadurch gekennzeichnet, dass im Spaltelement (7) eine Lagerstellefür denAntriebsrotor (4) angeordnet ist.
[13] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis12, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Antriebselement (2)als ein mit Magnetwerkstoffen ausgeprägter Hystereseeigenschaftenversehener Rotor ausgebildet ist und dass Antriebselement (2)und Antriebsrotor (4) eine Hysteresekupplung bilden.
[14] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis12, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Antriebselement (2)als ein mit Seltenerd-Dauermagneten versehener Rotor ausgebildetist und dass Antriebselement (2) und Antriebsrotor (4)eine Magnetkupplung bilden.
[15] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis14, dadurch gekennzeichnet, dass am Antriebsrotor (4) und/oderam äußerem Antriebselement(2) ein oder mehrere Sensorelemente (8.1, 8.2) alsRotorlage-/Drehzahlsensoren angeordnet sind.
[16] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis15, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Antriebselement (2)und der Antriebsrotor (4) einen EC-Servomotors bilden.
[17] Kreiselpumpenaggreggat nach einem der Ansprüche 1 bis16, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Antriebselement (2)und ein mit Dämpferelementen(11, 12) versehener Antriebsmotor (4)einen Synchronmotor bilden.
[18] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis17, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Antriebselement (2)in Form eines Motorständersoder in Form einer äußeren Magnetkupplungshälfte auswechselbarausgebildet sind.
[19] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis18, dadurch gekennzeichnet, dass identische Antriebsrotoren (4)als Läufer-Aktivteileeines permanent erregten AC-/EC-Servomotors, eines permanent erregtenSynchromotors, einer Magnetkupplung oder einer Hysteresekupplungausgebildet sind.
[20] Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis19, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Antriebselement (2)in Form eines Motorständersmit einer ein Drehfeld erzeugenden Wicklung austauschbar ausgebildetist.

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优先权:

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