DE102023111033A1

DE102023111033A1 - Leitungsdurchführung

Info

Publication number: DE102023111033A1
Application number: DE102023111033.0A
Authority: DE
Inventors: Patrick Hauck; Robert Meyer; Stefan Oltmann
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2023-04-28
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2024-10-31
Also published as: WO2024223756A1; CN121039934A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe (1), die von einem Nassläufermotor (2) angetrieben wird, wobei der Nassläufermotor (2) von einem Motorgehäuse (3) umgeben wird und eine Statorwicklung (24) aufweist. Das Motorgehäuse (3) umfasst eine Durchführungsanordnung (4) zur Stromversorgung der Statorwicklung (24) des Nassläufermotors (2). Die Durchführungsanordnung (4) weist an einem Teil (5) des Motorgehäuses (3) Öffnungen (6) auf, in die jeweils eine Leitungsdurchführung (7) mithilfe eines Halteelements (8) fixierend angeordnet ist. Die Leitungsdurchführung (7) weist je einen Leitkörper (9) sowie einen Isolierkörper (10) auf. Der Leitkörper (9) und die Statorwicklung (24) weisen eine Verbindung (15) auf, wobei die Verbindung (15) als Pressverbindung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe, die von einem Nassläufermotor angetrieben wird, wobei der Nassläufermotor von einem Motorgehäuse umgeben wird und eine Statorwicklung aufweist, wobei das Motorgehäuse eine Durchführungsanordnung zur Stromversorgung der Statorwicklung des Nassläufermotors umfasst und die Durchführungsanordnung an einem Teil des Motorgehäuses Öffnungen aufweist, in die jeweils eine Leitungsdurchführung mithilfe eines Halteelements fixierend angeordnet ist, wobei die Leitungsdurchführung je einen Leitkörper sowie einen Isolierkörper aufweist.
Eine solches Pumpenaggregat kann beispielsweise im Kraftwerksbau eingesetzt werden. Die Gehäuseteile bilden die Druckhülle, die einen Innenraum gegenüber einer umgebenden Atmosphäre begrenzt. Die Drückhülle ist meist für einen sehr hohen Systemdruck ausgelegt.
In der EP 1 910 685 B1 wird eine beispielhafte Vorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Pumpe, die von einem flüssigkeitsgefüllten Motor angetrieben wird. Der Motor weist ein Gehäuse auf, welches Teil der Druckhülle ist.
Die Umwälzpumpen ohne Wellendichtung werden auch als stopfbuchslose Umwälzpumpen bezeichnet und sind häufig Vertikalpumpen, die von Nassläufermotoren mit oder ohne Spaltrohr angetrieben werden.
Ein Nassläufermotor ist meist ein Asynchron-Kurzschlussläufermotor, dessen Läufer und Lagerung im Fördermedium betrieben werden. Nassläufermotoren erfordern bei der Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme besondere Aufmerksamkeit, damit deren Motorinnenräume zuverlässig befüllt und entlüftet sowie Festkörper im Fördermedium von den flüssigkeitsgeschmierten Gleitlagern ferngehalten werden.
Dabei befinden sich die Pumpe und der Elektromotor in einem gemeinsamen, druckfesten Gehäuse mit Wärmesperre zwischen Pumpen- und Motorteil. Die Wärmesperre kann als aktives oder passives Bauelement ausgeführt sein und erlaubt Temperaturen des Fördermediums bis zu 420 °C. Die Lager werden durch das Fördermedium geschmiert und darüber hinaus ist keine dynamische Dichtung erforderlich.
Der Nassläufermotor ist vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Mit dem Läufer und seiner Lagerung liegen auch der Stator und die Wicklung einschließlich der Zuleitungsanschlüsse in der Flüssigkeit. Voraussetzung ist eine wasserfeste und druckdichte Isolation aller spannungsführenden Teile. Der Nassläufermotor wird als Antriebsmotor für stopfbuchslose Umwälzpumpen in konventionellen Kraftwerken eingesetzt.
Bei herkömmlichen Durchführungsanordnungen zur Stromversorgung von Nassläufermotoren kann die Isolierung zweiteilig aufgebaut sein. Sie besteht aus einem inneren Isolierkörper und einem äußeren Isolierkörper.
Aus der US 3,043,903 A ist eine Durchführungsanordnung bekannt, die einen einzigen, einen Stromleiter umschließenden Isolierkörper aufweist.
Die JP S55 15968 U beschreibt ein an einem Kabel angebrachtes Isolationselement, das durch eine Kabeldurchführungsöffnung eines elektrischen Gerätehauptkörpers geführt ist. Ein flanschartiger Vorsprung ist in einem Abschnitt des Isolationselements ausgebildet, der an einer in dem Gerätehauptkörper ausgebildeten Schulter anliegt und mittels einer Befestigungshülse fixiert wird.
Bei bekannten Durchführungsanordnungen bildet der innere Isolierkörper den drucktragende Teil. Über den inneren Isolierkörper wird ein äußerer Isolierkörper angeordnet. Im Zusammenspiel benötigen beide Isolierkörper eine sehr lange Überdeckung, um die notwendigen Kriechstrecken zu erreichen. Dies vergrößert den Bauraum. Bei hohen Belastungen werden zur Absicherung Metallringe verwendet. Diese erfordern weitere Dichtstellen und können sich durch Wirbelströme erwärmen.
Die DE 10 2014 209 517 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einer Pumpe, die von einem Nassläufermotor angetrieben wird. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das eine Durchführungsanordnung zur Stromversorgung des Nassläufermotors umfasst. Die Durchführungsanordnung weist ein Leitungselement und einen Isolierkörper auf. Die Durchführungsanordnung umfasst ein Kraftübertragungselement.
Die Schwachstellen einer Leitungsdurchführung für einen Nassläufermotor, der insbesondere unter hohem Fluiddruck steht, sind die Abdichtung gegen den Umgebungsdruck sowie die Durchbruchsicherung im Falle einer Havarie.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe und mit einer Leitungsdurchführung bereitzustellen, die sehr kompakt aufgebaut ist. Zudem soll die Leitungsdurchführung ein hohes Maß an Sicherheit gewährleisten und einen möglichst geringen Bauraum einnehmen. Dabei sollen möglichst wenige Dichtstellen erforderlich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind den nebengeordneten Hauptansprüchen, den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß weisen der Leitkörper und die Statorwicklung eine Verbindung auf, wobei die Verbindung als Pressverbindung ausgebildet ist.
Eine Pressverbindung ist eine Verbindung zweier Teile, die sich die Reibung zwischen diesen beiden Teilen zu Nutzen macht. Pressverbindungen gehören zu den kraftschlüssigen Verbindungen der Fügetechniken und werden durch die DIN 8593 normiert.
Bevorzugt weist je ein Leitkörper eine Verbindung zu einem kunststoffisolierten Leitungsdraht der Statorwicklung des Nassläufermotors auf. Bei einer günstigen Variante der Erfindung ist die Verbindung als Pressverbindung ausgebildet.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist der Leitkörper einen Fortsatz auf, der als Hohlzylinder ausgebildet ist.
Idealerweise weist der Leitungsdraht der Statorwicklung mindestens ein Drahtende auf, das in den Hohlzylinder eingeführt ist. Dabei ist das Drahtende des kunststoffisolierten Leitungsdrahtes mit einer PE-Isolierung bis zu dem in den Hohlzylinder eingeführten Stück isoliert.
Vorteilhafterweise weisen der Hohlzylinder des Leitkörpers und das Drahtende des Leitungsdrahtes der Statorwicklung eine kraftschlüssige Verbindung auf.
Bei einer besonders günstigen Variante ist die Verbindung, insbesondere die Pressverbindung, als Crimpverbindung ausgeführt.
Unter Crimpen versteht man ein Fügeverfahren, bei dem zwei Komponenten durch plastische Verformung miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Bördeln, Quetschen, Kräuseln oder Falten. Eine Crimpverbindung ist nur bedingt lösbar und kann bei Reparaturen nur mit geeignetem Werkzeug erneuert werden.
Beim Crimpen entsteht bei korrekter Ausführung eine gasdichte Verbindung. Durch Verformung der Crimphülse in Form des Hohlzylinderfortsatzes des Leitkörpers und des Leitungsdrahtes entsteht eine Struktur, die weitgehend von Sauerstoff abgeschottet und somit im Inneren weitgehend vor Korrosion geschützt ist.
Idealerweise ist der Leitungsdraht und der Fortsatz des Leitkörpers aus dem gleichen Material, vorzugsweise aus Kupfer, ausgebildet. Kuper ist ein nahezu idealer Leiter, insbesondere für die Anwendung in Nassläufermotoren. Die kupferbasierte Crimpverbindung realisiert eine hervorragende und nahezu verlustfreie Leitfähigkeit.
Vorteilhafterweise ist der hohlzylindrische Fortsatz des Leitkörpers ein ideal integrierter Anschlussbolzen, der einstückig mit dem Leitkörper ausgeführt ist. Somit wird kein zusätzliches Bauteil benötigt, wodurch ein weiterer Montageaufwand eingespart und Leitungsverluste durch die Verwendung eines weiteren Bauteils vermieden werden. Die Crimpverbindung zwischen Leitungsdraht und Leitkörper ist vorteilhaft direkt realisiert.
Vorzugsweise wird der zylinderförmiger Verbindungs- oder Wickeldraht in Form des Leitungsdrahtes direkt in den zylinderförmigen Hohlraum des Fortsatzes unterhalb des Doppelkegels des Leitkörpers eingeführt und kraftschlüssig ideal leitend verbunden.
Im Vergleich zu bekannten Leitungsdurchführungen für Nassläufermotoren ist kein Hartverlöten erforderlich. Somit wird ein zu hoher Wärmeeintrag in die Verbindung vermieden, wodurch keine Belastung der Leitverbindung und keine Alterung der Isolierung erfolgen kann. Weiterhin kann auf das nicht immer ideal leitende Lötzinn verzichtet werden.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst die Verbindung zumindest teilweise mindestens vier, vorzugsweise mindestens sechs Außenflächen, wobei jeweils zwei Außenflächen einander gegenüber angeordnet sind. Die Crimpverbindung verformt den zylinderförmigen Fortsatz des Leitkörpers vorzugsweise in einen hexagonalen Körper, wodurch der eingeführte zylinderförmige Leitungsdraht kraftschlüssig im Fortsatz des Leitkörpers fixiert wird.
Vorzugsweise wird die Verbindung und der Leitkörper bis mindestens zum Isolierkörper mit einem Schrumpfschlauch überdeckt.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist der Isolierkörper zumindest teilweise kegelförmige Flächen auf, die mit dem Leitkörper zusammenwirken.
Ein Kegel ist ein geometrischer Körper, der entsteht, wenn man alle Punkte eines in einer Ebene liegenden, begrenzten und zusammenhängenden Flächenstücks geradlinig mit einem Punkt außerhalb der Ebene verbindet. Beim Sonderfall des kreisförmigen Flächenstücks wird der Körper auch Kreiskegel genannt. Steht die Achse senkrecht zur Basisebene, so liegt ein gerader Kreiskegel vor.
Idealerweise sind die kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers als Teilflächen eines geraden Kreiskegels ausgebildet.
Bevorzugt weist der Leitkörper zumindest teilweise kegelförmige Flächen auf. Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers als Teilflächen eines geraden Kreiskegels ausgebildet.
Vorteilhafterweise wirken die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers mit den kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers zusammen. Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers mit den kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers als zueinander korrespondierendes Wirkflächenpaar ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst der Leitkörper einen stabförmigen Teil und einen Teil in Form eines Doppelkegels. Der Leitkörper ist bevorzugt als ein länglicher, weitestgehend zylinderförmiger Stab ausgebildet, an dessen Ende die Verbindung zum Leitungsdraht der Statorwicklung angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist am Ende des Leitkörpers und vor der Verbindung zum Leitungsdraht eine Verdickung in Form eines Doppelkegels ausgebildet, der die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers bildet.
Idealerweise ist der Isolierkörper auf den Leitkörper aufgeschrumpft ausgebildet. Dabei erstreckt sich der Schrumpfverbund weitestgehend über die Länge des stabförmigen Teils des Leitkörpers und mündet am Übergang zum Doppelkegel. Dabei bilden die kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers und die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers ein besonders stabiles Endstück des Schrumpfverbundes. Idealerweise wird der Isolierkörper durch das Aufschrumpfen am Doppelkegel deutlich weniger mechanisch belastet und ist dadurch auch im Betriebseinsatz langlebiger ausgeführt.
Zudem bietet das Aufschrumpfen des Isolierkörpers auf den Leitkörper einen vorteilhaften Verdrehschutz, insbesondere im Vergleich zu bisher geklebten Verbindungen.
Idealerweise wirken die kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers mit den kegelförmigen Flächen des Leitkörpers zusammen. Dieses Zusammenwirken wird durch das Aufschrumpfen des Isolierkörpers auf den Leitkörper initiiert. Zusätzlich sind am Übergang der kegelförmigen Flächen ein dichtender O-Ring in den Leitkörper eingelassen, so dass eine redundante Sicherung gegen ein Fluidaustritt besteht, sollten die kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers auf den kegelförmigen Flächen des Leitkörpers eine Schädigung der Verbindung erleiden.
Vorteilhafterweise ist am Ende des Leitkörpers und vor der Verbindung zum Leitungsdraht eine Verdickung in Form eines Doppelkegels ausgebildet, der die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers bildet. Dieser Doppelkegel realisiert eine vorteilhafte Durchbruch- bzw. Durchschlagsicherung der Leitungsdurchführung.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Isolierkörper aus einem Hochleistungskunststoff ausgebildet. Hochleistungskunststoffe sind eine Untergruppe der thermoplastischen Kunststoffe, die sich von technischen Kunststoffen und Standardkunststoffen insbesondere durch ihre Temperaturbeständigkeit, aber auch in Bezug auf Chemikalienbeständigkeit und mechanische Eigenschaften vorteilhaft unterscheiden.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Isolierkörper aus Polyetheretherketon (PEEK) ausgebildet.
Polyetheretherketon ist ein hochtemperaturbeständiger, thermoplastischer Kunststoff und gehört zur Stoffgruppe der Polyaryletherketone. Seine Schmelztemperatur beträgt 335 °C. PEEK ist gegenüber fast allen organischen und anorganischen Chemikalien, hoch energetischen elektromagnetischen Wellen wie Gamma-, Röntgenstrahlung und bis etwa 280 °C auch gegen Hydrolyse beständig. Peek wird vorzugsweise in der Hochvolttechnik als Isolationswerkstoff wegen seinem guten elektrischen Isolationswiderstand sowie dem geringen dielektrischen Verlustfaktor verwendet.
Vorzugsweise weist der Isolierkörper eine längliche Form mit innenliegendem zylindrischem Hohlraum auf. In den Hohlraum wird der Leitkörper eingeführt und der Isolierkörper auf den Leitkörper aufgeschrumpft. Im mittleren Teil des Isolierkörpers ist bevorzugt eine Verdickung angeordnet, die als Sitz der Leitungsdurchführung für die Öffnung des Gehäuses ausgebildet ist. Dazu weist die Verdickung in Richtung der Öffnung des Gehäuses eine erste Aussparung zur Implementierung eines O-Rings auf, der die Aufgabe der Abdichtung der Leitungsdurchführung in der Öffnung des Gehäuses übernimmt.
Zusätzlich weist die Verdickung des Isolierkörpers eine weitere Aussparung in der Mitte der Verdickung auf, in die ein weiterer O-Ring zur Abdichtung implementiert werden kann. Dieser zweite O-Ring ist vorteilhafterweise als redundante Abdichtung der Leitungsdurchführung in der Öffnung des Gehäuses vorgesehen. In einem ungünstigen Havariefall, bei dem zum sehr hohen Druck auch eine erhöhte Temperatur kommt, kann nach dem Verlust der Dichtwirkung des ersten O-Rings ein weiterer O-Ring die Dichtwirkung aufrechterhalten. Dazu ist die Platzierung des zweiten O-Rings so ausgeführt, dass zunächst kein direkter Kontakt und im Schadensfall des ersten O-Rings kein massiver Kontakt zu einer heißen Flüssigkeit besteht.
Weiterhin weist die Verdickung auf der O-Ring abgewandten Seite einen Sitz für einen Ring auf, der als Durchbruchssicherung ausgebildet ist. Dieser Ring kann idealerweise als Metallring ausgeführt sein, wobei der metallische Werkstoff, beispielsweise Messing oder Eisen, nicht magnetisch ausgeführt ist. Darüber hinaus sind auch hochtemperaturfeste Kunststoffe geeignet. Im Falle eines sogenannten Durchbruchs, d. h. der Isolierkörper bricht und der Leitkörper wird aus der Leitungsdurchführung gedrückt, verhindern der Ring zur Durchbruchssicherung in Kombination mit dem doppelkegelförmigen Teil des Leitkörpers einen tatsächlichen Durchbruch bzw. Durchschlag und dichten den im Nassläufermotor anstehenden Fluiddruck vorteilhaft ab.
Bei einer günstigen Variante der Erfindung weist der Isolierkörper eine Metallisierung auf.
Dazu ist die Metallisierung vorzugsweise in Form einer substituierten Nickelschicht ausgeführt, die eine reproduzierbare Leitfähigkeit durch eine definierte Schichtdicke realisiert. Die Nickelschicht wird vorzugsweise im inneren Hohlzylinder des Isolierkörpers aufgebracht. Dies stellt insbesondere im Vergleich zu sonst bekannten, händisch aufgetragenen Leitlacken eine enorme Verbesserung hinsichtlich reproduzierbarer Leitfähigkeit dar.
Die Kombination aus Aufschrumpfen des Isolierkörpers und Metallisierung der Innenseite des Isolierkörpers erzielt einen spiel- und luftfreien Kontakt zwischen Leitkörper und Isolierkörper. Somit wird besonders wirksam eine Teilentladung aufgrund der Ausführung der Leitungsdurchführung wirksam vermieden bzw. deutlich reduziert.
Im Vergleich zu bekannten Leitungsdurchführungen benötigt die erfindungsgemäße Leitungsdurchführung weder ein Dichtband noch ein Leitlack und ebenfalls keinen Kleber, wodurch eine äußerst robuste Verbindung zwischen Leitkörper und Isolierkörper erzielt werden kann, der zudem auch eine verbesserte Charakteristik der Feldsteuerung aufweist.
Idealerweise weist die Leitungsdurchführung einen Feldsteuerlack auf. Bei einer günstigen Variante der Erfindung weist die Leitungsdurchführung ein Feldsteuerelement auf, wodurch die maximalen Feldstärken deutlich reduziert werden und gleichzeitig die Teilentladungseinsetzspannung erhöht werden kann.
Die sogenannte Feldsteuerung umfasst alle Maßnahmen, die dazu dienen, lokale elektrische Feldstärken so weit zu senken, dass die elektrischen Festigkeiten der Isoliermaterialien und der Grenzflächen an keiner Stelle überschritten werden.
Beispielsweise weist der Feldsteuerlack oder das Feldsteuerelement eine deutlich erhöhte Dielektrizitätskonstante im Vergleich zum Isolierkörper auf, wodurch eine gezielte Reduktion der ursprünglichen Feldstärke erreicht werden kann.
Bei einer günstigen Variante der Erfindung weist die Leitungsdurchführung einen weiteren, äußeren Isolierkörper auf. Vorzugsweise ist der weitere, äußere Isolierkörper über den aufgeschrumpften Isolierkörper und innerhalb der nicht magnetischen Gewindebuchse, die die Leitungsdurchführung in der Öffnung des Gehäuses fixiert, positioniert. Zusätzlich kann der äußere Isolierkörper am oberen Ende mit einem Fixierelement justiert sein. Vorzugsweise ist die Gewindebuchse als M64 Außengewinde ausgeführt.
Bei einer günstigen Variante der Erfindung umfasst die Durchführungsanordnung drei Leitungsdurchführungen. Bei einer alternativen Variante können auch sechs Leitungsdurchführungen in einer Durchführungsanordnung realisiert sein.
Erfindungsgemäß wird ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe, die von einem Nassläufermotor angetrieben wird, wobei eine Durchführungsanordnung zur Stromversorgung des Nassläufermotors mindestens eine Leitungsdurchführung umfasst, die einen Leitkörper und einen Isolierkörper aufweist, in einem Verfahren hergestellt, bei dem der Isolierkörper auf den Leitkörper aufgeschrumpft wird und je Leitungsdurchführung ein Drahtende der Statorwicklung in den Hohlzylinder des Leitkörpers eingeführt und mithilfe eines Presswerkzeuges eine formschlüssige Verbindung erzeugt wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe in einem Kraftwerkkreislauf mit hohem Systemdruck zur Abdichtung der Stromversorgung des Nassläufermotors gegen hohen Systemdruck mithilfe von Leitungsdurchführungen verwendet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
Dabei zeigt:

1 eine Schnittdarstellung eines Motor-Pumpenaggregats,
2 eine perspektivische Darstellung einer Durchführungsanordnung,
3 eine Schnittdarstellung der Durchführungsanordnung,
4 eine Schnittdarstellung der Leitungsdurchführung,
5 eine Detaildarstellung der Leitungsdurchführung.

1 zeigt ein Motor-Pumpenaggregat mit einem Nassläufermotor 2. Ein Motorgehäuse 3 bildet einen Teil der Druckhülle. Das Innere des Nassläufermotors 2 ist mit Flüssigkeit gefüllt und weist eine Wärmesperre 25 auf. Zur Abfuhr der elektrischen Verlustleistung ist ein Kühlsystem 17 vorhanden. Der Nassläufermotor 2 umfasst zwei Radial- 13, 14 und ein Axiallager 40.
Die Antriebskraft des Nassläufermotors 2 wirkt auf einen Wellenstrang 18 und überträgt damit ein Drehmoment auf eine Pumpe 1. Die Pumpe 1 umfasst ein Pumpengehäuse 19, in dem ein Laufrad 20 und eine Leiteinrichtung 21 angeordnet sind. Das Pumpengehäuse 19 ist über wenigstens vier Zuganker 22 mit dem Motorgehäuse 3 verbunden.
Das Motorgehäuse 3 und das Pumpengehäuse 19 bilden gemeinsam die Druckhülle. Diese ist für einen hohen Systemdruck ausgelegt.
Der im Ausführungsbeispiel gezeigte Nassläufermotor 2 ist vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Mit dem Läufer 23 und seiner Lagerung liegen auch die Statorwicklung 24 und der Statorwickelkopf 16 einschließlich der Zuleitungsanschlüsse in der Flüssigkeit. Zur Stromversorgung des Nassläufermotors 2 ist im Motorgehäuse 3 eine Durchführungsanordnung 4 vorgesehen. Dazu sind die kunststoffisolierten Kupferdrähte 27, die in dieser Ausführungsvariante eine PE-Isolierung aufweisen, von den mehrlagigen Spulen der Statorwicklung 24 mithilfe einer Verbindung 15 an die Leitungsdurchführungen 7 angeschlossen.
Die Durchführungsanordnung 4 umfasst ein Teil 5, welcher von einer kragenförmigen Erhebung gebildet wird. Der Teil 5 ist einstückig mit dem Motorgehäuse 3 ausgebildet, wodurch auch hohen Fluiddrücken standgehalten werden kann. Der Teil 5 des Motorgehäuses 3 weist Öffnungen 6 auf, in die jeweils eine Leitungsdurchführung 7 angeordnet ist. Die Zahl der Öffnungen 6 entspricht der Anzahl an Leitungsdurchführungen 7, die zum Betreiben des Nassläufermotors 2 erforderlich sind. Jede der Öffnungen 6, wie aus 4 ersichtlich wird, weist einen Abschnitt 43 mit verringertem Innendurchmesser und einen Abschnitt 42 mit vergrößertem Innendurchmesser auf.
An der Durchführungsanordnung 4 ist ein Klemmenkasten 28 angeordnet, in den die Leitungsdurchführungen 7 münden. Im Klemmenkasten 28 ist je eine Stütze 29 für die mechanische Entkoppelung des sogenannten leitenden Dehnbandes 30 positioniert. Die Stützen 29 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Epoxidharzisolatoren ausgeführt.
Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Durchführungsanordnung 4 mit drei Leitungsdurchführungen 7. In Verbindung mit 3 ist ersichtlich, dass die Leitungsdurchführungen in den Öffnungen 6 des Teils 5 des Motorgehäuses 3 mithilfe je eines Halteelements 8 fixierend angeordnet sind. Ein äußerer Isolierkörper 26 bedeckt das Halteelement 8. Dazu steckt der äußere Isolierkörper 26 auf einem inneren Isolierkörper 10 und ist oben mit einer Scheibe 32 und einer Mutter 31 fixiert.
Das Halteelement 8 ist als nicht magnetische Gewindebuchse beispielsweise mit M64 Außengewinde ausgeführt. Der Klemmenkasten 28 sitzt im gezeigten Ausführungsbeispiel direkt auf der kragenförmigen Erhebung des Teils 5 des Motorgehäuses 3. In den Klemmenkasten 28 münden die drei Leitungsdurchführungen 7 und weisen je eine Verbindung mit dem leitenden Dehnband 30 auf, das wiederum an je eine Stütze 29 zur mechanischen Entkoppelung angeschlossen ist.
4 zeigt eine detaillierte Schnittdarstellung der Leitungsdurchführung 7. Die Leitungsdurchführung 7 umfasst einen Leitkörper 9, der einen stabförmigen Teil 11 und einen Doppelkegel 12 aufweist. Der Doppelkegel 12 realisiert die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers 9, die als Teilflächen eines geraden Kreiskegels ausgebildet sind. Der Leitkörper 9 ist weitgehend als ein länglicher, zylinderförmiger Stab ausgebildet, an dessen Ende bei Bezugszeichen 44 eine nicht dargestellte Verbindung zum kunststoffisolierten Kupferdraht 27 der Statorwicklung 24 angeordnet ist. Die kegelförmigen Flächen des Leitkörpers 9 wirken mit den kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers 10 zusammen und bilden ein zueinander korrespondierendes Wirkflächenpaar 41.
Der Isolierkörper 10 ist aus Polyetheretherketon (PEEK) und auf den Leitkörper 9 aufgeschrumpft ausgebildet. Dabei erstreckt sich der Schrumpfverbund mindestens über die Hälfte der Länge des stabförmigen Teils 11 des Leitkörpers 9 und mündet am Übergang zum Doppelkegel 12. Durch das Aufschrumpfen am Doppelkegel 12 wird der Verbund aus Isolierkörper 10 und Leitkörper 9 deutlich weniger mechanisch belastet und dadurch auch im Betriebseinsatz langlebiger ausgeführt.
Der Isolierkörper 10 weist eine Metallisierung in Form einer substituierten Nickelschicht auf, die im inneren Hohlzylinder des Isolierkörpers 10 aufgebracht ist. Dadurch wird eine reproduzierbare Leitfähigkeit durch eine definierte Schichtdicke realisiert.
Die Leitungsdurchführung 7 weist einen weiteren, äußeren Isolierkörper 26 auf und ist über den aufgeschrumpften Isolierkörper 10 und innerhalb der nicht magnetischen Gewindebuchse 8, die die Leitungsdurchführung 7 in der Öffnung 6 des Gehäuses 3 fixiert, positioniert. Der äußere Isolierkörper 26 ist am oberen Ende mit einer Scheibe 32 und einer Mutter 31 justiert. Die Gewindebuchse 8 ist mit einem Außengewinde ausgeführt. Die Distanzhülse 46 ist aus PEEK ausgebildet und positioniert das Feldsteuerelement 45.
Im mittleren Teil des Isolierkörpers 10 ist eine Verdickung 33 angeordnet, die als Sitz der Leitungsdurchführung 7 innerhalb der Öffnung 6 des Gehäuses 3 ausgebildet ist. Dazu weist die Verdickung 33 im Bereich des Abschnitts 42 der Öffnung 6 des Gehäuses 3 eine erste Aussparung oder Anfasung 34 zur Implementierung eines ersten O-Rings 35 auf, der die Aufgabe der Abdichtung der Leitungsdurchführung 7 in der Öffnung 6 des Gehäuses 3 übernimmt.
Zusätzlich weist die Verdickung 33 des Isolierkörpers 10 eine zweite Aussparung 36 in Form einer radial umlaufende Nut in der Mitte der Verdickung 33 auf, in die ein zweiter O-Ring 37 zur Abdichtung implementiert werden kann. Dieser zweite O-Ring 37 ist vorteilhafterweise als redundante Abdichtung der Leitungsdurchführung 7 in der Öffnung 6 des Gehäuses 3 vorgesehen. In einem ungünstigen Havariefall, bei dem zum sehr hohen Druck auch eine erhöhte Temperatur kommt, kann nach dem Verlust der Dichtwirkung des ersten O-Rings 35 der zweite O-Ring 37 die Dichtwirkung aufrechterhalten.
Die Verdickung 33 weist auf der dem ersten O-Ring 35 abgewandten Seite einen Sitz für einen Ring 38 auf, der als Durchbruchssicherung ausgebildet ist. Dieser Ring 38 ist als Metallring ausgeführt. Der Metallring ist vorzugsweise als Messingring oder als Ring aus nichtmagnetischem Eisen ausgebildet. Im Falle eines sogenannten Durchbruchs, d. h. der Isolierkörper 10 bricht und der Leitkörper 9 wird aus der Leitungsdurchführung 7 gedrückt, verhindern der Ring 38 zur Durchbruchssicherung in Kombination mit dem Doppelkegel 12 des Leitkörpers 9 einen Austritt aus dem Isolierkörper 10.
Zusätzlich ist am Übergang der kegelförmigen Flächen von Isolierkörper 10 und Leitkörper 9 ein dichtender dritter O-Ring 39 in den Leitkörper 9 eingelassen, so dass eine redundante Sicherung gegen ein Fluidaustritt besteht, sollten die kegelförmigen Flächen des Isolierkörpers 10 auf den kegelförmigen Flächen des Leitkörpers 9 eine Schädigung der Verbindung erleiden.
5 zeigt eine Detaildarstellung der Leitungsdurchführung 7, insbesondere der Verbindung 15, die als Press- bzw. Crimpverbindung ausgeführt ist. Der Leitkörper 9 weist einen Fortsatz auf, der als Hohlzylinder 47 ausgebildet ist. In den Hohlzylinder 47 ist das zylinderförmige Drahtende 18 des Leitungsdrahtes 27 eingeführt und mit einem Presswerkzeug zu einer kraftschlüssigen Verbindung 15 vereinigt.
Der Leitungsdraht 27, inklusive des zylinderförmigen Drahtendes 18 sowie der Fortsatz des Leitkörpers 9 sind aus Kupfer ausgebildet. Die kupferbasierte Crimpverbindung realisiert eine hervorragende und nahezu verlustfreie Leitfähigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1910685 B1 [0003]
US 3043903 A [0009]
JP 55015968 U [0010]
DE 102014209517 A1 [0012]

Claims

Pumpenaggregat mit einer Pumpe (1), die von einem Nassläufermotor (2) angetrieben wird, - wobei der Nassläufermotor (2) von einem Motorgehäuse (3) umgeben wird und eine Statorwicklung (24) aufweist, - wobei das Motorgehäuse (3) eine Durchführungsanordnung (4) zur Stromversorgung der Statorwicklung (24) des Nassläufermotors (2) umfasst und die Durchführungsanordnung (4) an einem Teil (5) des Motorgehäuses (3) Öffnungen (6) aufweist, in die jeweils eine Leitungsdurchführung (7) mithilfe eines Halteelements (8) fixierend angeordnet ist, - wobei die Leitungsdurchführung (7) je einen Leitkörper (9) sowie einen Isolierkörper (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (9) und die Statorwicklung (24) eine Verbindung (15) aufweisen, wobei die Verbindung (15) als Pressverbindung ausgebildet ist.
Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (9) einen Fortsatz aufweist, der als Hohlzylinder (47) ausgebildet ist.
Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (24) mindestens ein Drahtende (18) aufweist, das in den Hohlzylinder (47) eingeführt ist.
Pumpenaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (47) und das Drahtende (18) eine kraftschlüssige Verbindung (15) aufweisen.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (15) zumindest teilweise mindestens vier, vorzugsweise mindestens sechs Außenflächen umfasst, wobei jeweils zwei Außenflächen einander gegenüber angeordnet sind.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (10) zumindest teilweise kegelförmige Flächen aufweist, die mit dem Leitkörper (9) zusammenwirken.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (9) zumindest teilweise kegelförmige Flächen aufweist.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (9) einen stabförmigen Teil (11) und einen Teil in Form eines Doppelkegels (12) umfasst.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (10) auf den Leitkörper (9) aufgeschrumpft ausgebildet ist.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (10) aus einem Hochleistungskunststoff ausgebildet ist.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (10) eine Metallisierung aufweist.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsdurchführung (7) ein Feldsteuerelement (45) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Pumpenaggregats mit einer Pumpe (1), die von einem Nassläufermotor (2) angetrieben wird, wobei eine Durchführungsanordnung (4) zur Stromversorgung des Nassläufermotors (2) eine Leitungsdurchführung (7) umfasst, die einen Leitkörper (9) und einen Isolierkörper (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass je Leitungsdurchführung (7) ein Drahtende (18) der Statorwicklung (24) in den Hohlzylinder (47) des Leitkörpers (9) eingeführt und mithilfe eines Presswerkzeuges eine formschlüssige Verbindung (15) erzeugt wird.
Verwendung eines Pumpenaggregats mit einer Pumpe (1) in einem Kraftwerkkreislauf mit hohem Systemdruck zur Abdichtung der Stromversorgung des Nassläufermotors (2) gegen hohen Systemdruck mithilfe einer Leitungsdurchführung (7).