DE3418991A1

DE3418991A1 - Pumpenaggregat, insbesondere fuer zierbrunnen oder dergleichen

Info

Publication number: DE3418991A1
Application number: DE19843418991
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing. Wien Thiele
Original assignee: SPRINGER INGRID
Current assignee: SPRINGER INGRID
Priority date: 1983-05-26
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1984-11-29
Also published as: ES533188A0; ES8505040A1

Description

Patentanwälte

Dr. Hugo Wltcken

Dipl.-lng, Thomas Wilcken

Musterbahn 1'2400 Lübeck 1

Frau

Ingrid Springer

Calle Barcelona 48.,

Tarragona/Spanien

Pumpenaggregat insbesondere für Zierbrunnen oder dergleichen

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat insbesondere für Zierbrunnen od.dgl. nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zum Antrieb kleiner Pumpen insbesondere zur Kreislaufspeisung von Zierbrunnen oder dergleichen verwendet man üblicherweise- Elektromotoren mit einer flüssigkeitsdichten unmagnetischen Hülse im Luftspalt zwischen Stator und Rotor, die auf ihrer der Flüssigkeit zugewandten Seite offen ist. Auf diese Weise wird eine reibungsbehaftete und wartungsintensive Stoffbüchse zwischen Motor und Pumpe vermieden, da der innerhalb der Hülse befindliche Rotor in die Flüssigkeit eintaucht und über eine gemeinsame Achse das ebenfalls innerhalb der Flüssigkeit rotierende Pumpenlaufrad unmittelbar und ohne störende Lagerreibung antreiben kann.

Infolge dieser Ausführung mit außerordentlich gro-ßem, durch die Wandstärke der Hülse bedingtem Luftspalt ist die Typenauswahl der Elektromotoren praktisch auf Synchronmotoren beschränkt. Diese Motortype, der bekanntlich schon in Normalausführung gewisse Anlaufschwierigkeiten anhaften, besitzt aber u.a. die nachteilige Eigenschaft, daß die Drehrichtung völlig vom Zufall abhängig ist. Somit bietet sich als einziges rotierendes Pumpenlaufrad, bei welchem die·

Drehrichtung keine Rolle spielt, ein Zentrifugalpumpenrad mit radialsymmetrischem Aufbau an.

Es sind Pumpenaggregate mit radialsymmetrisch ausgebildeten Zentrifugalpumpenrädern bekannt, bei welchen die periphere Ableitung der Flüssigkeit über einen radial nach "außen gerichteten Kanal erfolgt. Bei einem verbesserten Pumpenaggregat dieser Art ist vor dem Kanal eine drehbare Klappe vorgesehen, die je nach Drehrichtung des Pumpenrades den Raum zwischen Pumpenrad und dem übergang zwischen Kanal und Pumpengehäuse abdeckt, so daß eine gerichtete Strömung entsteht. Dennoch bilden sich unerwünschte Strömungsturbulenzen aus, die den Wirkungsgrad und damit die Leistung . des Pumpenaggregates verschlechtern.

Ein weiteres Problem bildet der Änschwingvorgang des Synchronmotors, welcher bei der üblichen Ausbildung der Polschuhe des Synchronmotors nicht bei jeder Einschaltung gesichert ist. Die Masse der zwischen den Flügeln des Laufrades enthaltenen Flüssigkeit bildet zusammen mit den magnetischen Stellkräften des Motors zwischen Rotor und Stator ein schwingungsfähiges System, welches durch die verschiedenen Reibungskräfte, wie Lagerreibung, Strömungswiderstände usw. gedämpft wird. Vor allem wirken sich die Strömungswiderstände für den Anschwingvorgang des Motors nachteilig aus.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Pumpenaggregates, welches im Vergleich zu bekannten Pumpenaggregaten einen erhöhten Wirkungsgrad und damit eine erhöhte Förder-

leistung aufweist, wobei gleichzeitig die mit dem Anschwingvorgang des Motors verbundenen Schws?igkeiten vermieden werden sollen.

Das Pumpenaggregat der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß durch das Merkmal des Patentanspruches gekennzeichnet.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen

Pig. 1 das erfindungsgemäße Pumpenaggregat im Aufriü teilweise im Schnitt,

Fig..2 das Pumpenaggregat nach Fig. 1 im Grundriß im Schnitt nach den Linien -II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 die Unteransicht des in Fig. 1 dargestellten Synchronmotors,

Fig. 4 die Unteransicht einer Variante eines Laufrades für das Pumpenaggregat,

Fig. 5 das Laufrad nach Fig. 4 im Schnitt nach den Linien V-V in Fig. 4,

Fig. 6 die Unteransicht einer weiteren Variante eines Laufrades,

Fig. 7 das Laufrad nach Fig. 6 im Schnitt nach den Linien VII-VIl in Fig. 6, und die

Fig. 8 und 9 zwei Varianten der Polschuhausführungen für den Synchronmotor.

In Fig. 1 bzeichnet 1 ein zylindrisches Pumpengehäuse, dessen nach unten verjüngtes Ende mit.,einem Innengewinde versehen ist₃ welches mit einem Außengewinde 2 einer Hülse 3 im Eingriff steht. Auf das Außengewinde.2 ist auch eine Gegenmutter 4 aufgeschraubt, welche an der mit einer Bohrung 5 für die Hülse 3 versehenen Bodenwanne 6 eines Springbrunnens od.dgl. anliegt. Auf der anderen Seite der Bohrung 5 bildet ein Flansch 7 zusammen mit einer Dichtscheibe 8 ein GegqiLager, so daß die Hülse wasserdicht in der Bohrung 5 eingeklemmt ist. Vom Flansch 7 ausgehend erstreckt sich die Hülse 3 dünnwandig nach unten und weist am Boden 9 ein Lager 10 zur Aufnahme der Welle 11 eines Synchronmotors 12 auf, dessen Stator 13 die Hülse 3 umschließt. Der Rotor 14 befindet sich im Inneren der Hülse 3 zwi- ■ sehen den Polen 15 des Stators 13 auf der Welle 11. Die Welle 11 ist an ihrem oberen Ende im Boden eines zylindrischen Topfes l6 zentrisch gelagert, welcher in das Pumpengehäuse 1 eingesetzt ist. Im freibleibenden Raum zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Topf 16 befindet sich ein Laufrad 17' auf der Welle 11. Das Laufrad ist in diesem Ausführungsbeispiel mit sechs sternförmig angeordneten Flügeln versehen, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Ein Deckel ¹ 18 ist am Oberteil des Pumpengehäuses 1 aufgeschraubt und trägt ein zentrisches Steigrohr 19· Im Anschluß an den zylindrischen Abschnitt 20 zwischen den Enden des Laufrades 17 und dem Pumpengehäuse 1 ist zur peripheren Ableitung der Flüssigkeit ein rotationssymmetrischer Ring-

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spalt 21 als Diffusor vorgesehen, welcher durch die Wandung des Topfes 16 und das Pumpengehäuse 1 gebildet wird. Der Ringspalt mündet über radiale öffnungen 22 in das Innere des Topfes 16, welcher einen Sammelraum 23 bildet, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise Leitschaufeln 24 vorgesehen sind, welche die radialen öffnungen 22 freilassen. Die Leitschaufeln 24 ragen an ihrem oberen Ende in der Art eines umgekehrten L's radial nach außen und werden durch das Anschrauben des Deckels 18 am Pumpengehäuse 1 in axialer und radialer Richtung fixiert. Die Leitschaufeln können sich aber auch ein Stück nach innen in den Sammelraum 23 hineinerstrecken, um eine bessere Leitwirkung zu erzielen.

Im nach unten verjüngten und mit einem Innengewinde versehenen Ende des Pumpengehäuses 1 sind Einströmöffnungen beispielsweise in Form von vier radialen Schlitzen 25 vorgesehen.

Die Flüssigkeit wird über diese Schlitze 25 angesaugt, vom Laufrad 17 radial nach außen gedrängt, steigt im Ringspalt 21 hoch, wird über die öffnungen 22 bzw. Leitschaufeln 24 radial nach innen in den Sammelraum 23 geleitet, und steigtschließlich im Steigrohr 19 hoch, wie in Fig. 1 mit Pfeilen dargestellt.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Pole 15 des Stators 13 eine von den Polen herkömmlicher Synchronmotoreabweichende Form aufweisen. Von den Rändern der Polenden ausgehend ist der Luftspalt zwischen Stator 13 und Rotor 14 zunächst

gleichbleibend und nimmt danach bis zur vertikalen Symmetrieachse der Polenden, welche mit der Richtung des vom Stator erzeugten Magnetfeldes übereinstimmt. Durch die Ausbildung der Pole 15 wird erreicht, daß sich die Pole des Rotors 13 im stromlosen Zustand der Statorwicklung 26 quer zur Richtung des Stator-Magnetfeldes einstellt, d.h. nach Fig. 3 in horizontaler Richtung. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Motor sicher anläuft, wobei die Drehrichtung von der momentanen Richtung des Stator-Magnetfeldes im Einschaltzeitpunkt und von der Ausrichtung des Rotor-Magnetfeldes (N-S-Richtung nach links oder rechts in Fig. 3)_s vor dem EinsehaltZeitpunkt abhängt.

Wie schon eingangs erwähnt, bildet die gesamte Anordnung ein mit Dämpfung behaftetes schwingungsfähiges System. Die Dämpfung wird durch die Anordnung des Ringspaltes 21 wesentlich reduziert, so daß der Anlauf rascher und sicherer erfolgen kann und auch nach Erreichen des Synchronlaufes eine verminderte Dämpfung zu einer Erhöhung der Pumpenleistung führt. Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat weist im Vergleich •zu -einem herkömmlichen Pumpenaggregat, bei gleicher elektrischer .Anschlußleistung, das dreifache Fördervolumen und die dreifache Förderhöhe auf, so daß sich die Pumpenleistung um den Faktor 9 erhöht.

Die Masse des schwingungsfähigen Systems wird zum Großteil durch die zwischen den Flügeln des Laufrades 17 befindliche Flüssigkeitsmenge bestimmt. Auch die im unteren Teil des Ringspaltes 21 befindliche Flüssigkeitsmenge trägt auch einen Anteil zur Masse bei, da die Flüssigkeit im

Übergangsbereich zwischen Laufrad 17 und Ringspalt 21 beim Anlaufvorgang mitschwingt. Durch entsprechende Dimensionierung des Laufrades bzw, des Ringspaltes kann diese Masse so festgelegt werden, daß eine Resonanzabstimmung auf die Netzfrequenz erzielt werden kann. Die Ausführungsformen des Laufrades nach Fig. <4, 5 und Fig. 6, 7 bewirken eine Reduzierung dieser Masse. Bei dem in' Fig. 4 und 5 dargestellten Laufrad 17a sind sechs Flügel 27 vorgesehen, die vom Rand radial bis zur Mitte verlaufen. Zwischen diesen Flügeln 27 sind sechs weitere Flügel 28 angeordnet, die vom Rand ausgehen und etwa halb so lang sind wie die Flügel 27· Im Gegensatz dazu sind bei dem. in Fig. 6 und 7 dargestellten Laufrad 17b sechs nutenförmige Vertiefungen 29 vorgesehen, die vom Rand radial nach innen nahezu bis zur Bohrung für die Welle 11 verlaufen. Dazwischen Sind sechs weitere nutenförmige Vertiefungen 30 vorgesehen, die vom Rand ausgehen und etwa halb so lang sind wie die Vertiefungen 29· Im Vergleich zum Laufrad 17 nach Fig. 1 ist die mitgeführte Masse der Flüssigkeit beim Laufrad 17a etwa um den Faktor 1, 3 und beim Laufrad 17b etwa um den Faktor 2, 1 geringer.

Fig. 8 und 9 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Pole 15 des Synchronmotors 12, welche den Anlaufvorgang mit Sicherheit ermöglichen. Beim Beispiel nach Fig. 8 ist der Luftspalt von den Polenden ausgehend zunächst gleichbleibend und nimmt dann abrupt zu, da in der Polmitte eine rechteckförmige Ausnehmung vorhanden ist. Durch diese"Maßnahme stellen sich die Pole N-S des Rotors 14 wieder quer zur Magnetisierungsrichtung des

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Stators, wenn sich der Motor im stromlosen Zustand befindet .

Im Beispiel nach Fig. 3 wird die Verbreiterung des Luftspaltes durch eine bogenförmige Ausnehmung an den Polenden erzielt, deren Mittelpunkt auf der Symmetrieachse der Polenden liegt. Uach Fig. 9 ist vorgesehen, daß ebenfalls eine bogenförmige Ausnehmung vorgesehen ist, deren Mittelpunkt auf einer Achse liegt, die zur Symmetrieachse der Polenden schräg geneigt ist und durch den Mittelpunkt des Rotors 14 hindurchgeht, so daß sieh die Pole N-S des Rotors schräg zur Magnetisierungsrichtung des Stators einstellen, wenn der Motor stromlos ist. Durch die Schrägstellung des Rotors erhöht sich das Anlaufdrehmoment, wodurch die Sicherheit des Anlaufens zusätzlich erhöht wird.

Claims

Patentansprüche

1. Pumpenaggregat insbesondere für Zierbrunnen oder dergleichen, bestehend aus einem elektrischen Synchronmotor mit einem zweipoligen, vorzugsweise einem diametral magnetisierten Dauermagneten enthaltenen Rotor und mit einer flüssigkeitsdichten unmagnetischen Hülse im Luftspalt zwischen Stator und Rotor, die auf ihrer der Flüssig- keit zugewandten Seiten offen ist, wobei der innerhalb der Hülse befindliche Rotor über eine gemeinsame Achse mit einem Zentrifugalpumpenlaufrad verbunden ist, das sich innerhalb eines feststehenden zylindrischen Pumpengehäuses befindet, welches für einen axialen Flüssigkeitszutritt und eine periphere Ableitung der in Rotation versetzten und dadurch in radialer Richtung geförderten Flüssigkeitsmenge ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daJ3 zur peripheren Ableitung ein rotationssymmetrischer Ringspalt (21) als Diffusor im Anschluß an den zylindrischen Abschnitt (20) zwischen den Enden des Laufrades (17) und dem Pumpengehäuse (1) vorgesehen ist, wobei der Ringspalt (21) über radiale öffnungen (22) in einen Sammelraum (-23) übergeht, an welchem ein Steigrohr (19) angeschlossen ist.

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Laufrades (17) ein Topf (16) im Pumpengehäuse (1) angeordnet ist, dessen zylindrische Wand mit dem Pumpengehäuse (1) den Ringspalt (21) bildet.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (11) des Laufrades (17) zentrisch im Topf (16) gelagert ist,

4. Pumpenaggregat nach den Ansprüche1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf (16) den Sammelraum (23) bildet, in welchen die öffnungen (22) radial einmünden.

5. Pumpenaggregat nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet j daß die öffnungen (22) durch radiale Leitschaufeln (24) begrenzt sind.

6. Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf (16) in das Pumpengehäuse (1) eingesetzt und mittels eines Deckels (18) festgeschraubt ist, welcher das Steigrohr (19) trägt.

7· Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die Masse der im Laufrad (17, 17a, 17b) und im Ringspalt (21) enthaltenen Flüssigkeit zusammen mit den magnetischen Stellkräften zwischen Rotor (14) und Stator (13) des Synchronmotors (12) ein schwingungsfähiges System bildet.

8. Pumpenaggregat nach Anspruch J₉ dadurch gekennzeichnet, daJ3- zur Reduzierung der Masse der im Laufrad (17a) enthaltenen Flüssigkeit■zwischen den Flügeln (27) des Laufrades (17a) zusätzliche Flügel (28) angeordnet sind, welche im wesentlichen halb so lang wie die ersteren Flügel (27) sind (Fig. 4, 5).

9. Pumpenaggregat nach Anspruch 7? dadurch.gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der Masse der im Laufrad (17b) enthaltenen Flüssigkeit anstelle von Flügeln nutenförmige Vertiefungen (29) vorgesehen sind, die vom Rand radial nach innen verlaufen, wobei zusätzliche nutenförmige Vertiefungen (30) zwischen ersteren Vertiefungen (29) vorgesehen sind, welche im wesentlichen halb so lang wie die ersteren Vertiefungen (29) sind (Fig. 6, 7).

10. Pumpenaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daJ3 der Luftspalt zwischen Stator (13) und Rotor (1*0 des Synchronmotors (12) von den Rändern der Polenden des Stators ausgehend zunächst gleichbleibend ist und danach bis zur Symmetrieachse der Polenden zunimmt (Fig. 3, 8 und 9)·

11. Pumpenaggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden des Stators (13) eine bogenförmige Ausnehmung aufweisen, welche zur Verbreiterung des LuftSpaltes führt, wobei der Mittelpunkt der bogenförmigen Ausnehmung auf der Symmetrieachse der Polenden liegt (Fig. 3)·

12. Pumpenaggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden des Stators (13) eine rechteckförmige Ausnehmung in der Polmitte aufweisen, welche zur Verbreiterung des Luftspaltes führt (Fig. 8).

1-3. Pumpenaggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden des Stators (13) eine bogenförmige Ausnehmung aufweisen, welche.zur Verbreiterung des Luftspaltes führt, wobei der Mittelpunkt der bogenförmigen Ausnehmungen

auf einer Achse liegt, die zur Symmetrieachse der Polendeh schräg geneigt ist (Fig. 9).