DE2331917A1 - Pumpaggregat - Google Patents

Description

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Anwaltsakte 2*t O56 ^! - Mti !973

Fürstlich Hohenzollernsche Hüttenverwaltung Laucherthal

Laucherthai / Hohenzollern

"Purapaggregat"

Die Erfindung betrifft ein Purapaggregat zur Versorgung hydraulischer Arbeitssysteme mit tropfbarer Druckflüssigkeit mit einer Zahnradpumpe und einem diese antreibenden Elektromotor.

Derartige Pumpaggregate werden vielfach eingesetzt. Sie haben die Aufgabe, Druckflüssigkeit mit in der Regel verhältnismäßig hohen Drücken in der Größenordnung von 50

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ata bis mehreren hundert ata zu liefern. Bei ihnen wird in der Regel eine Zahnradpumpe von einem gesonderten Elektromotor über eine entsprechende Kupplung angetrieben.

Gegenüber diesem Stand der Technik schafft die Erfindung ein Pumpaggregat, welches sich in erster Linie durch Geräuscharmut bei geringem Fertigungsaufwand und großer Kompaktheit auszeichnet. Diese und andere Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Zahnradpumpe, der Antriebsmotor und eine zusätzliche Ansaugpumpe zu einem eine Einheit bildenden Aggregat mit nur einer Welle zusammengefaßt v/erden, wobei der den Elektromotor umgebende Gehäuseteil geräuschdämpfend von der Flüssigkeit durchströmt ist. Dementsprechend ist das Aggregat gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der angetriebene Rotor der Zahnradpumpe und der Motorlaufer auf einer gemeinsamen Welle sitzen, daß das Pumpengehäuse am Motorgehäuse sitzt, daß die Welle auf der der Zahnradpumpe abgewandten Seite des Motorläufers den Läufer einer Ansaugkreiselpumpe trägt, deren Gehäuse ebenfalls vom Motorgehäuse getragen ist, und daß die Flüssigkeit vom Auslaß der Ansaugpumpe zum Einlaß der Zahnradpumpe durch den hohl ausgebildeten Mantel des Motorgehäuses strömt.

Dadurch, daß die Welle alle drei Läufer trägt und durch die Vereinigung der Gehäuse des Motors mit den beiden Pum-

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pengehäuse wird die oben erwähnte Kompaktheit erzielt. Diese erlaubt es, ohne übermäßigen Aufwand die Hauptgeräuschquelle zu isolieren, indem der Motormantel von der Flüssigkeit durchströmt v/ird. Die Flüssigkeit steht dabei nur unter dem Niederdruck der Ansaugpumpe, so daß keine besondere Druckfestigkeit des Gehäuses benötigt wird. Da die Flüssigkeit auch die Verlustwärme des Motors zum größten Teil abführt, kann ein Lüfterrad für den Motor entfallen, was ebenfalls zur Geräuschdämpfung beiträgt.

Die Geräuscharmut wird noch durch die Anordnung der Ansaugpumpe gefördert, welche die sonst bei Zahnradpumpen großer Förderhöhe auftretenden Ansauggeräusche vermeidet.

Das erfindungsgemäße Aggregat wird vorteilhaft mit einem Flansch versehen, mit dessen Hilfe es an der gewünschten Stelle eingebaut werden kann. Es ist nur wenig größer als der elektrische Antriebsmotor selbst. Die Hydraulikflüssigkeit führenden Teile des Aggregates sind vorteilhaft gegen das Innere des Motors abgedichtet. Es besteht jedoch dem Grunde nach auch die Möglichkeit, diese Abdichtung nach ari sich bekannten Prinzipien nur mangelhaft durchzuführen, indem beispielsweise die Welle zwischen dem Läufer des Motors und den beiden Pumpen in mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydrauliksystem beaufschlagten Gleitlagern gelagert wird. In letzterem Falle muß natürlich dafür

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gesorgt sein, daß die Abführung von Leckflüssigkeit aus dem Motorinneren in üblicher V/eise gewährleistet ist.

Vorzugsweise wird der Mantel des Motorgehäuses doppelwandig ausgebildet. In diesem Fall dient der ^Lindrische Spalt zwischen den beiden Wänden als Flüssigkeitsleitung. Eine derartige Ausbildung gewährleistet eine gute Kühlung des Motors. Um die Flüssigkeit gleichmäßig an allen Stellen des Ständerumfangs axial strömen zu lassen, muß man dafür sorgen, daß die Flüssigkeit entsprechend gleichmässig in diesen Spalt eintritt. Das erfordert einen gewissen konstruktiven Aufwand. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man den Spalt mit einer schraubenlinienförmigen Ringrippe versieht, welche im zylindrischen Spalt eine koaxiale schraubenlinienförmige Strömung erzwingt. Eine derartige Zwangsführung der Hydraulikflüssigkeit im Zylinderspalt ist manchmal vorzuziehen. Konstruktiv wird der Mantel vorzugsweise mit einem inneren Gußkörper ausgebildet, welcher z.B. axiale oder wendelförmig verlaufende Flüssigkeitsführungsrippen und dergleichen bereits trägt. Außen kann dieser Gußkörper dann mit einem einfachen Blechmantel überzogen sein, welcher den Hydraulikflüssigkeitskanal nach außen abschließt. An den beiden Enden besitzt der innere Gußkörper dann vorteilhaft Zu- und Abflußanschlüsse für die Hydraulikflüssigkeit, welche mit entsprechenden Anschlüssen der beiden Stirnplatten des Motors in

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Verbindung stehen. Da der Wärmeübergang mit wachsender Geschwindigkeit der Flüssigkeit wächst, läßt sich der von der Flüssigkeit durchströmte Querschnitt im Mantel entsprechend dimensionieren.

Ist die im Motor entstehende Wärme so groß, daß sie durch die im Mantel und den Stirnplatten des Motors strömende Flüssigkeit nicht mehr ausreichend abgeführt wird, so kann man die Welle mit einem Lüfterrad versehen, welches Luft im Kreislauf durch den Innenraum des Motors und durch Rückleitungen führt, welche im Wärmeaustausch mit der Flüssigkeitsleitung im Mantel des Motors stehen.

Die Welle ist vorzugsweise zu beiden Seiten des Läufers der Pumpe, und zwar vorzugsweise im Pumpengehäuse gelagert. Vorzugsweise trägt die Welle den Motorläufer und den Ansaugpumpenrotor fliegend. Die insbesondere bei der bevorzugten Ausführung der Zahnradpumpe mit einem angetriebenen Ritzel und einem vom Ritzel angetriebenen Hohlrad erforderliche Dimensionierung der Pumpenlager erlaubt es, auf eine gesonderte Lagerung des Motorläufers zu verzichten. Im Betrieb reicht die Stützung des Motorlaufers durch das Motordrehfeld aus. Die Lagerung nur im Pumpenbereich erlaubt es, die bei Elektromotoren üblichen Wälzlager wegzulassen, was wesentlich zur Geräuschdämpfung beiträgt. Vorzugsweise ist hierbei das Innere des Motors

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gegen die Pumpen lediglich durch entsprechende Wellendichtungen abgeschlossen, die das Motorinnere von Hydraulikflüssigkeit frei halten. Wenn gewünscht, kann auch an der Ansaugpumpenseite ein Lager, vorzugsweise ein leichtes Gleitlager, vorgesehen sein. Unabdingbar ist das aber nicht. Der fliegend gelagerte rotierende Teil muß natürlich ausreichend fein ausgewuchtet sein.

Vorzugsweise bildet das Gehäuse der Ansaugpumpe zugleich die rückwärtige Stirnplatte des Motorgehäuses. Zu diesem Zweck ist die rückwärtige Stirnplatte des Motorgehäuses vorteilhaft in der Mitte als Pumpengehäuse ausgeführt, welches auf der einen Seite eine Dichtung für die Welle des Elektromotors bildet. Zwischen einen diese Dichtung tragenden inneren Plattenteil und einem äußeren Plattenteil der rückwärtigen Stirnplatte ist dann der Förderraum der Ansaugkreiselpumpe vorgesehen. Die beiden Plattenteile der Stirnplatte lassen zwischen sich radiale Strömungskanäle für die Hydraulikflüssigkeit frei. Durch diese Kanäle kann die Flüssigkeit über den ganzen Umfang des Motors gleichmäßig verteilt werden. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß man den Förderraum der Ansaugpumpe umgebend ein Ringfilter vorsehen kann, mit dessen Hilfe eine Zentrifugalfilterung der Druckflüssigkeit möglich ist. Bei zweiteiliger Ausbildung der rück-

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wärtigen Stirnplatte kann nach Abnehmen der äußeren Teilplatte auch ein derartiger Zentrifugalfilterring ausgewechselt oder gereinigt werden.

Der Zentrifugalfiltering kann auch als Nachleitapparat für die Kreiselpumpe ausgebildet sein und erfüllt so eine dreifache Funktion, nämlich Erhöhung des Förderdruckes, gleichmäßige radiale Verteilung des Öles und das Auffangen der radial nach außen geschleuderten Schmutzteilchen.

Die Ansaugpumpe, die nur eine geringe Förderhöhe aufweist, besitzt vorzugsweise einen zentralen axialen Einlaß, so daß eine gesonderte Leitung wegfällt, wenn man das Aggregat mit der öffnung der Ansaugpumpe in den Hydraulikflüssigkeit svorrat eintauchen läßt. Es können aber auch Mittel zum Anschluß eines Ansaugstutzens vorgesehen sein.

Vorzugsweise hält man den Durchmesser der Ansaugpumpe etwa gleich dem Durchmesser des Läufers des Elektromotors. Eine derartige Dimensionierung reicht für die gewünschten Zwekke aus und erlaubt es gleichzeitig, die Ständerwicklungen des Motors in Axialrichtung über den Bereich der Ansaügpumpe hinausragen zu lassen. Die radialen Abmessungen der Zahnradpumpe werden in der Regel ebenfalls nicht größer, da deren Fördervolumen im Hinblick auf die große Förderhöhe normalerweise klein ist und die Zahnradpumpe dementspre-

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chend klein dimensioniert ist.

Vorzugsweise bildet die vordere Stirnplatte des Motors zugleich einen Teil des Gehäuses der Zahnradpumpe und enthält auch das eine Lager der Zahnradpumpe bzw. der Welle des Aggregats. Vorzugsweise liegt in diesem Gehäusebereich die EinlaßöffnurLg der Zahnradpumpe, welche vorteilhaft mit dem Inneren des Motormantels durch entsprechende Radialleitungen verbunden ist. Durch eine relativ große Zahl derartiger Radialleitungen kann man eine gleichmäßige axiale Strömung im Motormantel bei entsprechender Ausbildung der Radialleitungen in der rückwärtigen Stirnplatte erreichen. Diese Radialleitungen münden dann zweckmäßig in eine schneckenförmige Zulaufleitung der Zahnradpumpe. Je nach der gewünschten Konstruktion kann die Auslaßleitung der Zahnradpumpe so wie die Einlaßleitung derselben auf der dem Motor zugewandten Seite der Zahnradpumpe oder aber auf der dem Motor abgewandten Seite sitzen. Letzteres empfiehlt sich bei Anordnung einer Einlaßschnekke für die Zahnradpumpe.

Vorteilhaft trägt die vordere Stirnplatte des Gehäuses auch die zahnradpumpenseitige Dichtung der Welle. Diese Stirnplatte kann einstückig ausgebildet sein. Sie bildet dann vorteilhaft zugleich die eine Stirnplatte der Zahnradpumpe, welche den Mantel der Zahnradpumpe und die an-

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dere Stirnplatte dieser Pumpe trägt. Die Zahnradpumpe weist vorteilhaft als Läufer ein angetriebenes Ritzel auf, welches mit einem innenverzahnten Zahnkranz diesen antreibend kämmt. Derartige Zahnradpumpen sind bekannt.

Bei dem erfindungsgemäßen Aggregat kann die Ansaugöffnung der Zahnradpumpe aber auch radial außen liegen, wobei dann das Ansaugen durch Radialbohrungen des innenverzahnten Hohlrades und gegebenenfalls auch von der Seite erfolgen kann.

Nachfolgend ist eine Ausfuhrungsform eines Aggregats gemäß der Erfindung anhand der ein Aggregat im Axialschnitt zeigenden Zeichnung als erläuterndes Beispiel beschrieben.

Das Aggregat besteht im wesentlichen aus der in der Mitte den Motorläufer 2 tragenden Welle 1, dem Ständer 3 des Motors, dem Motorgehäusemantel ¹I, der rückwärtigen Stirnplatte 5 des Motors, welche zugleich die Ansaugpumpe 6 trägt, der vorderen Stirnplatte 7 des Motors und der mit letzterer eine Einheit bildenden Zahnradpumpe 8.

Wie man aus der Zeichnung erkennt, bildet das Motorgehäuse ¹I, 5, 7 fast das ganze Gehäuse des Aggregats, aus welchem lediglich die Zahnradpumpe 8 etwas hervorragt.

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Der Motormantel 4 besitzt einen vorzugsweise im Druckguß hergestellten Zylinderkörper 10, welcher zwischen sich und einem aufgepreßten zylindrischen Blechmantel 11 einen Zylinderringspalt 12 für den Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit aufweist.

Zu diesem Zweck besitzt der Mantelkörper 10 an seinen beiden Stirnenden Bunde 13 und I^, auf welche der Blechzylinder 11 aufgezogen ist. Die Hydraulikflüssigkeitsleitung 12 ist durch die angedeuteten O-Ringdichtungen abgedichtet. Im Zylinderringspalt wird die Flüssigkeit im wesentlichendrdian^gBsaieIi^gaifpen 15des Mantelkcrpers 10 zu einem axialen Strömen gezwungen, Der rückwärtige, also in der Zeichnung rechte, Bund I^ des Mantelkörpers trägt eine Vielzahl von Axialkanälen 16, die gleichmässig über den Umfang verteilt sind und der Zuleitung von Hydraulikflüssigkeit zum Zylinderringspalt 12 dienen.

Auf der Innenseite trägt der Mantel 10 den Ständer 3 des Elektromotors im wärmeableitender Anordnung.

An die rückwärtige Stirnfläche des Mantelkörpers 10 ist die rückwärtige Stirnplatte 5 angeflanscht. Diese besteht aus einer inneren Teilplatte 17 und einer äußeren Teilplatte 18. Die innere Teilplatte 17 ist am Mantelkörper

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10 zentriert, während die äußere Teilplatte 18 in diesem Beispiel an der inneren Teilplatte 17 zentriert ist. Beide Teilplatten sind, wie gezeigt, mit Hilfe von Schrauben am Mantelkörper 10 befestigt. Sie halten auch den Blechzylinder 11 in seiner Lage. O-Ringe gewährleisten die erforderliche Abdichtung der Kanäle 16.

Die innere Teilplatte 17 trägt die rückwärtige Wellendichtung 19 für den Motor des Aggregats. Eine über die Dichtung 19 hinausragende Verlängerung der Welle 1 trägt den Rotor 20 der Kreiselpumpe 6. Dieser ist in üblicher Weise ausgebildet. Das Gehäuse der Kreiselpumpe v/ird in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise von den beiden Teilplatten 17 und 18 gebildet. Die Teilplatte 18 enthält und bildet zugleich den Einlaßkanal 21 für die Kreiselpumpe 6, der sich vor der Mitte des Rotors 20 ringförmig nach außen zu dem Bereich der Schaufeln 21 des Rotors 20 öffnet. Den Auslaßbereich des Rotors 20 umgebend ist, wie in der Zeichnung dargestellt, mittels eines Distanzringes in der inneren Teilplatte 17 gehalten ein Zentrif ugalf ilterring "22 im Weg "der Hydraulikflüssigkeitsströ- ~~ mung vorgesehen. Der Distanzring gewährleistet die für die Schwerschmutzabscheidung erforderliche Umlenkung der Strömung, Die Teilplatte 18 trägt Radialrippen 2H, welche ein radialesNachaußenströmen der Flüssigkeit zu den Durchlässen 16 sicher stellen. Diese gewährleisten ferner eine

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gleichmäßige Verteilung der Hydraulikflüssigkeit über den ganzen Umfang durch den Spalt 25 zwischen den beiden Teilplatten 17 und 18, so daß die Leitung oder der Hohlraum 12 des Mantels gleichmäßig mit Flüssigkeit beaufschlagt wird.

Am vorderen, in der Zeichnung linken, Ende besitzt das Aggregat die Stirnplatte 7> die einteilig ebenso wie die beiden Teilplatten 17 und 18 im Druckgußverfahren hergestellt sein kann. Die Stirnplatte 7 ist, wie gezeigt, mit Hilfe von Schrauben am vorderen Bund 13 des Mantels 4 befestigt. Sie ist an diesem zentriert und trägt in der Mitte die vordere Motorraumdichtung 30 für die Welle 1, die dort mit Hilfe eines Flansches 31 befestigt ist. Die vordere Stirnplatte 7» an, bzw. nahe der die Welle 1 gelagert ist, ragt radial über den Mantel ^ hinaus und bildet so einen Befestxgungsflansch 32. Die vordere Stirnplatte 7 besitzt im Ausführungsbeispiel zwei um etwa 30° gegeneinander versetzte Radialbohrungen 33» von denen nur eine in der Zeichnung ersichtlich ist. Diese Bohrungen sind nachträglich von außen eingebracht und mit Hilfe von Stopfen 3*i in üblicher Weise verschlossen. Beide Bohrungen münden in entsprechende Axialbohrungen 35» welche radial auf gleicher Höhe wie eine Ringkammer 36 in dem vorderen Bund 13 des Mantels k liegen. Diese

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Ringkammer 36 ist wiederum durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Bohrungen 37 mit dem der Kühlung dienenden ölführungsraum 12 verbunden und besitzt im Bereich der Radialbohrungen 33 eine größere axiale Tiefe als an der gegenüberligenden Seite, um die Verteilung der ölgeschwindigkeit über dem Mantelumlauf konstant zu halten. An dieser Stelle sei bemerkt, daß die Rippen 15 im ölführungsraum die Kühlung wesentlich begünstigen.

Die Hydraulikflüssigkeit strömt aus dem Raum 12 durch die Bohrungen 37 in den Ringraum 36, wo sie sich über den Umfang verteilt und durch die beiden Bohrungen 33 radial nach innen zum Einlaß 38 der Zahnradpumpe strömen kann. Der mittlere Teil der vorderen Stirnplatte 7 bildet zugleich die rechte oder rückwärtige Stirnplatte der Zahnradpumpe 8, welche zugleich das eine Lager ^l\8 der Welle 1 zwischen dem Rotor *J3 und der Dichtung 30 enthält.

Das Gehäuse der Zahnradpumpe 8 v/ird ferner vom Zahnradpumpenmantel HO und der linken Stirnplatte kl der Zahnradpumpe gebildet. Der Mantel ^iO und die linke Stirnplatte 4l sind, wie aus der Zeichnung erächtlich, mit Hilfe von Schrauben gegen den mittleren Teil der vorderen Stirnplatte 7 des Motors ge&pannt und bilden so das Gehäuse der Zahnradpumpe. Im Innenraum der Pumpe 8 trägt die Welle

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1 das Ritzel 4j5 der Zahnradpumpe, welches mit dem Hohlrad 44 der Pumpe kämmt. Ein übliches Füllstück 45 dient im Pumpenhohlraum der Abdichtung.

Die verschiedenen Teile des Pumpengehäuses sind in üblicher Weise gegeneinander zentriert und, wie aus der Zeichnung ersichtlich, ebenso wie die Stirnplatte 7 und der Mantel 4 mit Hilfe von O-Ringen gegeneinander abgedichtet.

Das linke Ende der Welle 1 ist in der linken Stirnplatte 41 der Zahnradpumpe noch einmal bei 50 gelagert. Diese Lagerung wird mit Hilfe von durch die Zahnradpumpe 8 gelieferter Druckflüssigkeit geschmiert.

Trotz des geringen Abstand&der beiden Lager der Welle 1 in der Zahnradpumpe 6 ist diese Lagerung ausreichend, da das Drehfeld des Motors dessen Rotor 2 zentriert und die Lager 48 und 50, Präzisions- und Hochleistungslager, vorzugsweise derartige hydrostatische Gleitlager sind.

Der Auslaß der Zahnradpumpe 8 ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Er befindet sich in der Stirnplatte 4l.

- 15 Ansprüche:

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Claims (13)

1. Ansprüche :

   Γΐ·) Pumpaggregat zur Versorgung hydraulischer Arbeitssysteme mit Druckflüssigkeit, mit einer Zahnradpumpe und einem diese antreibenden Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß der angetriebene Rotor (^3) der Zahnradpumpe (8) und der Motorlaufer (2) auf einer gemeinsamen Welle (1) sitzen, daß das Pumpengehäuse (7, ¹JO, ¹Jl) am Motorgehäuse (4,5,7) sitzt, daß die Welle (1) auf der der Zahnradpumpe (8) abgewandten Seite des Motorläufers (2) den Läufer einer Ansaugkreiselpumpe (6) trägt, deren Gehäuse (17, 18) ebenfalls vom Motorgehäuse (5, 7, ¹J) getragen ist, und daß die Flüssigkeit vom Auslaß der Ansaugpunpe (6) zum Einlaß der Zahnradpumpe (8) durch den hohl ausgebildeten Mantel des Motorgehäuses strömt.
2. 2. Pumpaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (¹I) des Motorgehäuses doppelwandig (10, 11) a usgebildet ist und daß die Flüssigkeit durch den Spalt (12) zwischen den beiden Wänden geführt ist.
3. 3. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) zu beiden Seiten des Rotors (Ί3) der Zahnradpumpe gelagert ist.
4. 4. Pumpaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich-

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   net, daß die Welle (1) den Motorläufer (2) und den Ansauspumpenrotor (20) fliegend trägt.
5. 5. Pumpaggregat nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17, 18) der Ansaugpumpe (6) zugleich die rückwärtige Stirnplatte (5) des Motorgehäuses (4, 5, 7) bildet.
6. 6. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugpumpe (6) einen zentralen axialen Einlaß (23) besitzt.
7. 7· Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Stirnplatte (7) des Motors zugleich einen Teil des Gehäuses (7, 40, ¹H) der Zahnradpumpe (8) bildet.
8. 8. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradpumpe (8) als Läufer ein angetriebenes Ritzel (43) aufweist, welches mit einen drehbar gelagerten innenverzahnten Zahnkranz (4*1) diesen antreibend kämmt.
9. 9. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der FOtcr einen Käfig-Kurzschlußläufer aufweist.

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10. 10. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen Schleifringläufer aufweist.
11. 11. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß cer Motor als Drehstrom-Nebenschlußmotor ausgebildet ist.
12. 12. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als Drehstrommotor mit Phasenanschnittsteuerung ausgebildet ist.
13. 13. Pumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als Tyristor-gesteuerter Gleichstrommotor ausgebildet ist.

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