WO2014207030A1

WO2014207030A1 - Kreiselpumpe mit axial verschiebbarem, schliessbarem laufrad

Info

Publication number: WO2014207030A1
Application number: PCT/EP2014/063370
Authority: WO
Inventors: Thomas Blad
Original assignee: Grundfos Holdings AS
Current assignee: Grundfos Holdings AS
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: CN105339672A; EP2818725A1; US20160273542A1; CN105339672B; US10539142B2; EP2818725B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) und zumindest einem Laufrad (10; 10'), welches in axialer Richtung (X) zwischen zumindest zwei Funktionsstellungen bewegbar ist, wobei in einer Funktionsstellung ein Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') im Wesentlichen verschlossen und in einer anderen Funktionsstellung der Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') geöffnet ist, wobei das Laufrad (10; 10') in einer ersten Funktionsstellung durch eine magnetische Kraft (F_M) oder eine Federkraft gehalten wird und in einer zweiten Funktionsstellung durch eine hydraulische von einem geförderten Fluid erzeugte Kraft (F_H) gehalten wird sowie ein Laufrad für ein Kreiselpumpenaggregat.

Description

Titel: KREISELPUMPE MIT AXIAL VERSCHIEBBAREM, SCHLIESSBAREM LAUFRAD

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat sowie ein Laufrad für ein solches Kreiselpumpenaggregat.

Es sind Kreiselpumpenaggregate bekannt, welche eine axial ver- schiebbare Welle aufweisen, wodurch das Laufrad in zwei axiale Positionen gebracht werden kann, wobei in einer ersten Position der Strömungsweg durch das Laufrad verschlossen und in einer zweiten Position der Strömungsweg durch das Laufrad geöffnet ist. Solch eine Anordnung ist beispielsweise aus DE 101 15 989 AI bekannt. In der ersten Posi- tion, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad geschlossen ist, wird das Laufrad durch Federkraft gehalten, während es bei Bestro- mung des Antriebsmotors durch eine dann resultierende magnetische Axial kraft gegen die Federkraft in die zweite Position gezogen wird. D. h. um das Laufrad und die Pumpe zu öffnen, ist es erforderlich, dass der Antriebsmotor eine spezielle Ausgestaltung aufweist, welche eine magnetische Axialkraft zum Bewegen des Laufrades bei Bestromung erzeugt.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Kreiselpumpenaggregat bereit zu stel- len, welches eine Verschiebung des Laufrades zwischen einer ersten und einer zweiten Funktionsstellung ohne eine durch Bestromen des Antriebsmotors erzeugte magnetische Axialkraft ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kreiselpumpenaggregat mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Das erfindungsgemäße Kreiselpumpenaggregat weist einen elektri- sehen Antriebsmotor auf, welcher vorzugsweise als Permanentmagnetrotor ausgebildet ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Antriebsmotor um einen Spaltrohrmotor, d. h. einen nasslaufenden Motor. Der Antriebsmotor treibt zumindest ein Laufrad an. Dabei kann das Laufrad über eine Welle mit dem Rotor des Antriebsmotors verbunden sein. Al- ternativ ist es möglich, dass das Laufrad auch direkt mit einem wellenlos ausgebildeten Rotor verbunden oder einstückig mit zumindest einem Teil des Rotors ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Laufrad in axialer Richtung zwischen zumindest zwei Funktionsstellungen bewegbar. Dabei erfolgt die Bewegung des Laufrades vorzugsweise gemeinsam mit der Welle bzw. dem Rotor des elektrischen Antriebsmotors. In einer ersten Funktionsstellung ist ein Strömungsweg durch das Laufrad im Wesentlichen verschlossen, sodass das Laufrad in dieser Funktionsstellung eine Ventilfunktion übernehmen kann und einen Strömungsweg durch das Kreiselpumpenaggregat im Wesentlichen absperren kann. Das Ab- sperren im Wesentlichen bedeutet, dass ein geringer Restdurchgang bestehen bleiben kann und gegebenenfalls sogar erwünscht ist, wie unten dargelegt wird. In einer anderen Funktionsstellung, in welcher das Laufrad axial verschoben ist, ist hingegen der Strömungsweg durch das Laufrad und damit durch das Kreiselpumpenaggregat geöffnet und das Kreiselpumpenaggregat kann bei Antrieb des elektrischen Antriebsmotors durch Rotation des zumindest einen Laufrades ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, fördern.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Laufrad in einer ersten Funktionsstellung durch eine magnetische Kraft, insbesondere eine permanentmagnetische Kraft oder eine Federkraft, gehalten wird. Von der ersten in die zweite Funktionsstellung kann das Laufrad dann erfin- dungsgemäß durch eine hydraulische Kraft bewegt werden und auch in der zweiten Position durch eine hydraulische Kraft gehalten werden. Diese hydraulische Kraft ist eine von einem von dem Laufrad geförderten Fluid erzeugte hydraulische Kraft. D. h. hier erzeugt das Laufrad, wenn es von dem Antriebsmotor angetrieben wird, ausgangsseitig einen Druck, welcher wiederum so auf das Laufrad und/oder ein mit dem Laufrad zur Kraftübertragung gekoppeltes Bauteil wirkt, dass auf das Laufrad eine hydraulische Kraft wirkt, welche es in der zweiten Funktionsstellung hält. So kann auf sehr einfache Weise durch Ansteuerung des Antriebsmotors, d. h. durch Inbetriebnahme des Antriebsmotors, das Laufrad axial zum Öffnen des Strömungsdurchganges bewegt werden.

Besonders bevorzugt wird das Laufrad in der ersten Funktionsstellung durch eine permanentmagnetische Kraft gehalten, welche insbesondere zwischen einem mit dem Laufrad verbundenen Permanentmagnetrotor und dem umgebenden Stator des Antriebsmotors wirkt. So kann auf zusätzliche Bauteile zum Erzeugen einer permanentmagnetischen Kraft verzichtet werden. Darüber hinaus sind diese Krafterzeu- gungsmittel im Wesentlichen verschleißfrei, sodass eine hohe Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Pumpenaggregates gewährleistet wird. Besonders bevorzugt wird das Laufrad in der ersten Funktionsstellung durch eine permanentmagnetische Kraft gehalten, welche aus einem axialen Versatz des Permanentmagnetrotors relativ zu dem Stator des Antriebsmotors resultiert. Ein Permanentmagnetrotor ist in axialer Richtung bestrebt, sich in dem Eisenkreis des Stators in axiale Richtung zu zentrieren. Wenn nun der Rotor in axialer Richtung aus dieser zentrierten Position herausbewegt wird, führt dies zu einer permanentmagnetischen Rückstellkraft, welche bestrebt ist, den Rotor wieder in die zentrierte Position zu ziehen. Diese permanentmagnetische Rückstellkraft wird erfindungsgemäß dazu genutzt, das Laufrad in der ersten Funktionsstellung zu halten und gegebenenfalls aus der zweiten Funkti- onsstellung in die erste Funktionsstellung zu bewegen, wenn die hydraulische Kraft, welche das Laufrad in der zweiten Funktionsstellung hält, wegfällt. D. h. bei dieser Ausgestaltung ist das Kreiselpumpenaggregat so ausgebildet, dass die hydraulische Kraft, welche das Laufrad in der zweiten Funktionsstellung hält, größer ist als die permanentmagnetische Kraft, welche das Laufrad in der ersten Funktionsstellung hält. Dies führt dann dazu, dass beim Abschalten des Antriebsmotors die hydraulische Axialkraft wegfällt und das Laufrad durch die permanentmagnetische Kraft zurück in die erste Funktionsstellung bewegt wird. Wird der An- triebsmotor eingeschaltet, erzeugt das Laufrad ausgangsseitig einen Druck und es wird die genannte hydraulische Axialkraft aufgebaut, welche größer als die permanentmagnetische Rückstellkraft ist, sodass das Laufrad dann aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung bewegt wird.

Besonders bevorzugt ist der Strömungsweg durch das Laufrad in der ersten Funktionsstellung geschlossen und in der zweiten Funktionsstellung geöffnet. Alternativ ist jedoch auch eine umgekehrte Ausgestaltung möglich, bei welcher der Strömungsweg durch das Laufrad in der zweiten Funktionsstellung geschlossen und in der ersten Funktionsstellung geöffnet ist. In der ersten Funktionsstellung ist darüber hinaus das Laufrad bevorzugt näher zum Stator gelegen als in der zweiten Funktionsstellung. In der zweiten Funktionsstellung ist das Laufrad vorzugsweise weiter zur Saugseite hin bewegt als in der ersten Funktionsstellung. Auch hier ist jedoch auch eine umgekehrte Ausgestaltung möglich.

Ferner ist vorzugsweise ein Verschlusselement vorhanden, welches in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad verschlossen ist, eine Austrittsöffnung oder Eintrittsöffnung des Laufrades zumindest großteils, vorzugsweise zu mehr als 90 %, verschließt. Durch das Verschlusselement wird somit das Verschließen des Strömungsweges erreicht, wobei es wie oben beschrieben, möglich ist, dass in dem Strömungsweg eine Restöffnung verbleibt, welche eine Strömung beim Anlaufen des Laufrades in der geschlossenen bzw. versperrten Funktionsstellung ermöglicht, um einen Druckaufbau an der Ausgangsseite des Laufrades auch in dieser Funktionsstellung zu ge- währleisten, um die gewünschte hydraulische Kraft zum Verschieben des Laufrades in die zweite Funktionsstellung zu erzeugen. Eine solche Restöffnung ist vorzugsweise kleiner als 10 % des Gesamtströmungswe- ges, weiter bevorzugt kleiner als 5 % oder 2 % des Gesamtströmungs- weges. Eine solche Restöffnung ist bei vielen Anwendungen, bei wel- chen ein Absperren des Strömungsweges erwünscht ist, jedoch tolerierbar. Weiter bevorzugt ist das Kreiselpumpenaggregat derart ausgebildet, dass das Verschlusselement in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad im Wesentlichen verschlossen ist, die Eintrittsöffnung oder die Austrittsöffnung großteils, aber nur so weit verschließt, dass beim Anlaufen des Laufrades ein Druckaufbau ausgangsseitig des Laufrades möglich ist. D. h. die Restöffnung des Laufrades wird vorzugsweise so klein wie möglich, jedoch so groß wie nötig zum Druckaufbau im geschlossenen Zustand gewählt. Um ein Öffnen und Schließen des Strömungsweges durch das Verschlusselement zu ermöglichen, ist das Laufrad bevorzugt zwischen der ersten und der zweiten Funktionsstellung relativ zu dem Verschlusselement bewegbar. Dabei ist das Verschlusselement vorzugsweise feststehend und das Laufrad, wie beschrieben, axial verschiebbar. Das Ver- Schlusselement kann vorzugsweise das Laufrad umfangsseitig umgeben und das Laufrad taucht mit seiner Außenwandung in den Innenumfang des Verschlusselementes ein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Laufrad eine axialseitige oder radialseitige Eintrittsöffnung aufweisen und das Verschlusselement kann in einer Funktionsstellung die Eintrittsöffnung im Wesentlichen überdecken, um das Verschließen des Strömungsweges durch das Laufrad zu bewirken, wobei, wie oben beschrieben, eine gewisse Resföffnung, vorzugsweise kleiner als 10 % oder 5 %, weifer bevorzugt kleiner 2 % verbleiben kann. Wenn die Ein- fritfsöffnung axialseitig gelegen ist, ist das Verschlusselement vorzugs- weise so ausgerichtet, dass es sich quer zur Längs- bzw. Drehachse des Laufrades erstreckt und stirnseifig die Einfritfsöffnung verschließt. Für den Fall, dass die Eintriftsöffnung radialseifig gelegen ist, vorzugsweise als eine ringförmige sich über den Außenumfang des Laufrades erstreckende Eintriftsöffnung, ist das Verschlusselement bevorzugt als ringför- mige Wandung ausgebildet, welche das Laufrad außenumfänglich überdecken kann.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann das Laufrad eine radialseifige Ausfritfsöffnung aufweisen und das Verschlusselemenf in einer Funktionssfellung die Austriftsöffnung überdecken. D. h. bei dieser Ausführungsform ist das Kreiselpumpenaggregat so ausgestaltet, dass der Strömungsweg durch das Laufrad durch Verschließen der radial- bzw. umfangsseifigen Ausfritfsöffnung bewirkt wird. Das Verschlusselement ist dabei vorzugsweise als eine Ringwandung ausgebildet, welche in einer Funkfionsstellung, d. h. der Funkfionsstellung, in welcher der Sfrömungsweg im Wesentlichen verschlossen wird, die Austriftsöffnung umfänglich umgibt. Auch dabei kann eine Restöffnung in der oben beschriebenen Weise verbleiben. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Kreiselpumpenaggregat derart ausgestaltet, dass in der Funktionssfellung, in welcher der Sfrömungsweg durch das Laufrad verschlossen ist, das Laufrad mit einer die Austriftsöffnung begrenzenden Umfangskanfe an einer Sfirnkante der Ringwandung anliegt. So kann der Strömungsweg zwischen der ersten Umfangskanfe, welche bevorzugt der anderen Funktionssfellung zugewandt ist, und der Ringwandung bevorzugt im Wesentlichen dicht verschlossen werden. Weiter bevorzugt kann je- doch zwischen einer dieser ersten Umfangskante gegenüberliegenden zweiten Umfangskante und der Ringwandung in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad im Wesentlichen verschlossen ist, ein Strömungsdurchgang verbleiben, welcher zu einer axialen Stirnseite des Laufrades geöffnet ist. Dies ist vorzugsweise eine druckseitige axiale Stirnseite an der Außenseite des Laufrades. Weiter bevorzugt ist diese axiale Stirnseite bevorzugt in einem von der Ringwandung umschlossenen Raum gelegen, welcher, wenn das Laufrad mit seiner ersten Stirnkante, welche die Austrittsöffnung begrenzt, an der Ringwandung anliegt, zu einem Druckkanal hin vollständig verschlossen ist. Auf diese Weise wird der Strömungsweg nach außen vollständig unterbrochen. Es verbleibt jedoch ein Strömungsweg aus der Austrittsseite des Laufrades zu einer druckseitigen Stirnseite, sodass sich bei Rotation des Laufrades in diesem Bereich ein Druck aufbauen kann, welcher auf die Stirnseite des Laufrades wirkt und so eine hydraulische Kraft erzeugt, welche das Laufrad aus dieser Funktionsstellung in die andere Funktionsstellung, gegebenenfalls gegen eine wirkende permanentmagnetische Kraft oder Federkraft verschiebt. Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus auch ein Laufrad für ein Kreiselpumpenaggregat. Dieses Laufrad kann insbesondere in einem Kreiselpumpenaggregat, wie es vorangehend beschrieben wurde, Verwendung finden, könnte jedoch auch unabhängig in einem anderen Kreiselpumpenaggregat eingesetzt werden. Das Laufrad weist zu- mindest eine Austrittsöffnung und eine Eintrittsöffnung auf. Erfindungswesentliches Merkmal ist, dass die Eintrittsöffnung nicht axialseitig sondern in einem Umfangsabschnitt des Laufrades gelegen ist, d. h. zum Außenumfang bzw. radialseitig geöffnet ist. Ein solches Laufrad ermöglicht die oben beschriebene Ventilfunktion, könnte jedoch nicht nur zum Verschließen des Strömungsweges eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch dazu, durch axiale Verschiebung zwischen zwei mög- liehen Strömungswegen zu wechseln bzw. umzuschalten oder eine Mischfunktion zu bewirken.

Besonders bevorzugt weist dieses erfindungsgemäße Laufrad eine ge- schlossene saugseitige axiale Stirnseite auf, an welche der Umfangsab- schnitt mit der Eintrittsöffnung angrenzt. D. h. das zu fördernde Fluid strömt im Wesentlichen nicht in axialer Richtung sondern im Wesentlichen in radialer Richtung durch die Eintrittsöffnung in das Laufrad ein. Die geschlossene axialseitige Stirnseite an der Saugseite des Laufrades kann gleichzeitig die Funktion einer Steuerscheibe übernehmen, indem unterschiedliche hydraulische Drücke auf beiden Seiten dieser Stirnseite wirken, d. h. einmal an der Innenseite des Laufrades und einmal an der abgewandten Außenseite des Laufrades. Diese hydraulischen Kräfte können zur axialen Positionierung bzw. Verschiebung des Laufrades ge- nutzt werden, je nachdem an welcher Seite des Laufrades eine größere Kraft wirkt. Die geschlossene axiale Stirnseite kann einstückig bzw. einteilig mit den weiteren Teilen des Laufrades ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, diese geschlossene Seite in Form einer separaten Scheibe auszubilden, welche direkt auf einer Welle des Rotors, wie auch das Laufrad fixiert wird. Eine solche Scheibe kann axial beabstandet zu dem Laufrad angeordnet werden, sodass zwischen der Scheibe und dem saugseitigen Axialende des Laufrades ein Spalt verbleibt, welcher die ringförmige radialseitige Eintrittsöffnung bildet. So kann mit einem herkömmlichen Laufrad mit axialer Eintrittsöffnung und einem zusätzlichen Element, nämlich der Scheibe, ein erfindungsgemäßes Laufrad geschaffen werden, welches eine zum Außenumfang geöffnete Eintrittsöffnung aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Eintrittsöff- nung als eine sich über den gesamten Umfang des Laufrades erstreckende ringförmige Öffnung ausgebildet. Dabei können in der Öffnung gegebenenfalls Stege in axialer Richtung ausgebildet sein, welche die Umfangskanten, welche die Öffnung begrenzen, miteinander verbinden, um die Struktur des Laufrades zu stabilisieren. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch eine geschlossene axiale Stirnseite des Laufrades mit den übrigen Teilen des Laufrades über die Welle oder ein Verbindungselement im Inneren des Laufrades verbunden sein, um eine Verbindung über die ringförmige Öffnung hinweg zu gewährleisten. Die beschriebene Öffnung weist vorzugsweise eine Fläche auf, welche 50 bis 150 % der Querschnittsfläche im Inneren des Laufrades in diesem Bereich entspricht, wobei diese Querschnittsfläche sich quer zur Längs- bzw. Drehachse des Laufrades erstreckt. Die Öffnung des Laufrades ist vorzugsweise so groß gewählt, dass keine zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten in diesem Bereich auftreten.

Weiter bevorzugt weist das Laufrad an seiner Saugseite einen verlängerten zylindrischen Abschnitt mit konstantem Querschnitt auf, welcher vorzugsweise eine Außenfläche aufweist, welche einer Größe von 50 bis 150 % eines Innenquerschnittes (quer zur Längsachse des Laufrades) im Inneren dieses Abschnittes entspricht. In diesem zylindrischen Abschnitt kann die vorangehend beschriebene ringförmige oder radial geöffnete Öffnung, welche die Eintrittsöffnung des Laufrades bildet, liegen. Der zylindrische Abschnitt des Laufrades ermöglicht eine Axial bewegung des Laufrades in einem Pumpenaggregat, wie dies vorangehend beschrieben wurde, wobei der Eintrittsbereich bzw. die Eintrittsöffnung in jeder Position des Laufrades ausreichend nach außen abgedichtet werden kann, um die Druck- und die Saugseite des Laufrades in jeder Position voneinander zu trennen.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 schematisch die erste Ausführungsform der Erfindung, mit dem Laufrad in einer ersten Funktionsstellung, Hg. 2 schematisch ein Kreiselpumpenaggregat gemäß Fig. 1 mit dem Laufrad in einer zweiten Funktionsstellung, Fig. 3 schematisch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kreiselpumpenaggregates mit dem Laufrad in einer ersten Funktionsstellung und

Hg. 4 das Kreiselpumpenaggregat gemäß Fig. 3 mit dem Laufrad in seiner zweiten Funktionsstellung.

Das Pumpenaggregat gemäß der ersten Ausführungsform in Figuren 1 und 2 weist einen elektrischen Antriebsmotor 2 auf, welcher einen Stator 4 sowie einen darin um die Längsachse X drehbaren Rotor 6 aufweist. Der Antriebsmotor ist als nasslaufender Motor ausgebildet und weist zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 6 ein Spaltrohr 7 auf. Dieses kann vollständig geschlossen ausgebildet sein und trennt Rotorraum und Statorraum. Der Rotor ist als Permanentmagnetrotor 6 ausgebildet und drehfest mit einer sich längs der Längsachse X erstreckenden Welle 8 verbunden, welche vorzugsweise aus Keramik gefertigt ist und über ihre gesamte Länge auf Lagerqualität bearbeitet ist. Die Welle wiederum ist drehfest mit einem Laufrad 10 verbunden, welches vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist. Der Rotor 6 ist gemeinsam mit der Welle 8 und dem Laufrad 10 axial beweglich in seinen Lagern 12 angeordnet, so- dass das Laufrad eine in Fig. 1 gezeigte erste axiale Funktionsstellung und eine in Fig. 2 gezeigte axial beabstandete zweite Funktionsstellung einnehmen kann. Dabei liegt das Laufrad in der ersten Funktionsstellung näher zum Stator 4 als in der zweiten Funktionsstellung. Das Laufrad 10 weist an seiner axialen Stirnseite eine Eintrittsöffnung 14 in Form eines Saugmundes auf. Durch diese kann ein zu förderndes Fluid, insbesondere eine zu fördernde Flüssigkeit in axialer Richtung X in das Laufrad 10 einströmen. In dem Laufrad 10 wird die Strömung dann durch die bei Rotation des Laufrades herrschenden Fliehkräfte radial nach außen beschleunigt und kann durch ein an dem der Eintrittsöffnung 14 abgewandten Axialende gelegene umfängliche Austrittsöff- nung aus dem Laufrad 10 austreten. Die Austrittsöffnung 1 6 ist als ringförmige Öffnung im Umfangsbereich des Laufrades angrenzend an eine druckseitige axiale Stirnseite 18 des Laufrades ausgebildet.

In der in Fig. 1 gezeigten ersten Funktionsstellung ist die Austrittsöffnung 1 6 durch ein Verschlusselement in Form einer Ringwandung 20 verschlossen. Die Ringwandung 20 erstreckt sich ausgehend von einer den Pumpenraum begrenzenden Wandung, in diesem Fall einem Lagerträger 22 in eine von dem Stator 4 abgewandte Richtung. Dabei weist die Ringwandung 20 eine solche axiale Länge auf, dass sie in der ersten Funktionsstellung die axiale Erstreckung der Austrittsöffnung 1 6 vollständig überdeckt und mit einer ersten Umfangskante 24, welche die Austrittsöffnung 1 6 an einer Axialseite begrenzt, zur Anlage kommt. Die erste Umfangskante 24 ist dabei die der Saugseite des Laufrades 10 zugewandte Umfangskante, welche die Austrittsöffnung 1 6 begrenzt. Die näher zur Druckseite hin gelegene gegenüberliegende zweite Umfangskante 26, welche die Austrittsöffnung 1 6 zum druckseitigen Axialende hin begrenzt, weist einen geringeren Durchmesser als die erste Umfangkante 24 bzgl. der Längsachse X auf und liegt in der ersten Funktionsstellung derart im Inneren der Ringwandung 24, dass zwischen dem Innenumfang der Ringwandung 24 und der zweiten Umfangskante 26 ein Ringspalt 28 verbleibt. Der Ringspalt 28 bildet einen Strömungsdurchgang aus dem Inneren des Laufrades durch die Austrittsöffnung 1 6 zu der druckseitigen Stirnseite 18 des Laufrades 10. Dieser Strömungsweg ist auch dann offen, wenn die Ringwandung 20 an der ersten Umfangskante 24 anliegt und so den Strömungsweg durch das Laufrad nach außen in einen Druckkanal 30 verschließt. So kann in der ersten Funktionsstellung zwar kein Fluid aus dem Saugkanal 32 in den Druckkanal 30 strömen, jedoch, wenn das Laufrad durch Antrieb des Anfriebsmotors 2 rotiert wird, in den Raum im Inneren der Ringwandu ng 20 angrenzend an die druckseitige Stirnseite 1 8 bzw. druckseitige Deckscheibe des Laufrades 1 0. So wird in diesem Bereich beim Anlaufen des Laufrades aus der ersten Funktionssfellung, welche in Fig. 1 gezeigf ist, einen Druck und eine hydraulische Axialkraff FH erzeugt, welche parallel zur Längsachse X auf die druckseifige Stirnseite 1 8 des Laufrades 1 0 wirkt und so das Laufrad 1 0 in Richtung A in die in Fig. 2 gezeigte zweite Funktionssfellung verschiebt.

In dieser zweiten Funkfionsstellung liegt die Austriftsöffnung 1 6 in axialer Richtung verschoben außerhal b der Ringwandung 20, d. h. die Um- fangskanfe 24 ist von der Stirnkante der Ringwandung 20 außer Eingriff getreten und die Ringwandung 20 überlappt die ringförmige Ausfritfs- Öffnung 1 6 im Wesentlichen nicht mehr, sodass das bei Rotation von dem Laufrad 1 0 geförderte Fluid aus der Austriftsöffnung 1 6 in den Druckkanal 30 austreten kann. Dabei wirkt auf die druckseifige Stirnseite 1 8 des Laufrades 1 0 weifer die hydraulische Kraft FH aufgrund des Druckes im Druckkanal 30. Diese hydraulische Kraft FH hält das Laufrad 1 0 in der in Fig. 2 gezeigten zweiten Funkfionsstellung.

In der ersten Funktionssfellung ist, wie in Fig. 1 gezeigt, der Rotor 6 gegenüber dem umgebenden Stator 4 in axialer Richtu ng X zentriert, d. h. die axiale Mitte S des Stators und die axiale Mitte R des Rotors liegen im Wesentlichen übereinander. Wenn der Rotor, wie in Fig. 2 gezeigf, um das Maß a gegenüber dem Stator 4 verschoben wird, um das Laufrad 1 0 in die gezeigte zweite Funkfionsstellung zu bringen, verschiebt sich dabei die axiale Mitte R des Rotors 6 gegenüber der axialen Mitte S des Stators 4 ebenfalls u m das Maß a, wie in Fig. 2 gezeigf. Daraus resultiert eine magnetische Rücksfellkraff FM. Bei dieser handelt es sich, da der Rotor 6 ein Permanenfmagnetrofor ist, um eine permanentmagnefische Kraft. Die magnetische Rücksfellkraff FM ist bestrebt, den Rotor 6 wieder in die in Fig. 1 gezeigte axial zentrierte Position zu bewegen. D. h. die magnetische Rückstellkraft FM wirkt der hydraulischen Kraft FH entgegen. So lange die hydraulische Kraft FH größer als diese magnetische Rückstellkraft FM ist, verbleibt das Laufrad 1 0 in der in Fig. 2 gezeigten zweiten Funktionsstellung. Durch entsprechende Dimensionierung des Antriebsmotors und des Laufrades 1 0 kann dies sichergestellt werden. Darüber hinaus kann der Antriebsmotor 2 so geregelt werden, dass stets ein ausreichender Druck im Druckkanal 30 sichergestellt wird, um im Betrieb das Laufrad 1 0 in der gezeigten zweiten Funktionsstellung zu halten. Wenn der Antriebsmotor 2 ausgeschaltet wird, fällt die hydraulische Axial kraft FH weg und es wirkt nur noch die magnetische Rückstellkraft FM, wodurch dann das Laufrad 1 0 über die Welle 8 gemeinsam mit dem Rotor 6 wieder in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangslage zurückbewegt wird, in welcher sich das Laufrad 1 0 dann in der ersten Funktionsstellung befindet, in welcher die Austrittsöffnung 1 6 durch die Ringwandung 20 verschlossen ist.

Wenn der Antriebsmotor nicht so geregelt wird, dass der Druck im Druckkanal 30 stets so ist, dass das Laufrad im Betrieb in seiner zweiten in Fig. 2 gezeigten Funktionsstellung gehalten wird, kann eine automatische mechanische Mengenbegrenzung erreicht werden. Wenn das Pum penaggregat in einem Betriebszustand mit hohem Durchfluss und geringem Druck gerät, führt dies dann dazu, dass der Druck im Druckkanal 30 so weit abnimmt, dass die hydraulische Kraft FH kleiner als magnetische Rückstellkraft FM wird und das Laufrad 1 0 sich in Richtung seine ersten Funktionsstellung, welche in Fig. 1 gezeigt ist, bewegt. Dabei wird dann die Austrittsöffnung 1 6 des Laufrades zumindest teilweise geschlossen, sodass der Durchfluss durch das Laufrad verringert wird. Dabei kann sich dann ausgangsseitig des Laufrades im Druckkanal 30 wieder ein Druck einstellen, welcher der magnetischen Rückstellkraft FM entgegenwirkt und das Laufrad 1 0 in seiner zweiten Funktionsstellung oder in einer Funktionsstellung zwischen der ersten und der zweiten Funktionsstellung hält. Eine solche Ausgestaltung ist von Vorteil, wenn das Pumpenaggregat keine elektronische Mengenbegrenzung aufweist und beispielsweise nicht von außen ansteuerbar ist, um die Durchflussmenge in bestimmten Betriebszuständen zu reduzieren.

Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Kreiselpumpenaggregat ist der Antriebsmotor 2 identisch zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbespiel ausgebildet, sodass auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Auch dieser Antriebsmotor 2 ist so ausgestaltet, dass durch Verschieben des Rotors 6 relativ zu dem Stator 4 um das Maß a die axiale Mitte des Rotors 6 von der axialen Mitte S des Stators 4 au ßer Deckung kommt, sodass eine magnetische Rückstellkraft FM resultiert, wie es vorangehend am ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass von dem Laufrad 1 0' , welches mit der Welle 8 verbunden ist, in der ersten Funktionsstellung nicht die Austrittsöffnung 1 6 ' sondern die Eintrittsöffnung 1 4' verschlossen wird. Gemäß dieser Ausführungsform bleibt die Austrittsöffnung 1 6 ' in beiden Funktionsstellungen in fluidleitender Verbindung mit dem Druckkanal 30. Allerdings ist in der ersten Funktionsstellu ng, welche in Fig. 3 gezeigt ist, die Verbindung zwischen dem Saugkanal 32' und der Eintrittsöffnung 1 4' im Wesentlichen verschlossen.

Die Eintrittsöffnung 1 4' ist bei diesem erfindungsgemäßen Laufrad 1 0' als umfangsseitige bzw. radialseitige Eintrittsöffnung 1 4' ausgebildet. Die Eintrittsöffnung 1 4' bildet eine umfängliche ringförmige Öffnung, durch welche Fluid in radialer Richtung in das Innere des Laufrades 1 0' eintre- ten kann. Die saugseitige Stirnseite 34 des Laufrades 1 0' ist geschlossen ausgebildet. Die saugseitige Stirnseite 34 wird durch eine scheibenförmige Wandung gebildet, welche gleichzeitig die Funktion einer Steuer- scheibe übernehmen kann, da auf die beiden Seifen der saugseifigen Stirnseite 34, d. h. sowohl die dem Inneren des Laufrades zugewandte Fläche als auch die nach außen gerichtete Fläche, ein hydraulischer Druck wirken kann. In der ersten Funktionsstellung liegt die Eintriftsöff- nung 1 4' so, dass sie einer ringförmigen Wandung 36 im Pumpenraum bzw. Pum pengehäuse gegenüberliegt. Die ringförmige Wandung 38 ist konzentrisch zur Längsachse X ausgebildet und umschließt die ringförmige Einfritfsöffnung 1 4' so, dass diese im Wesentlichen vollständig überdeckt wird. Dabei ist der Innendurchmesser der Wandung 36 je- doch geringfügig größer als der Außendurchmesser, der an die Öffnung 1 4' angrenzenden Umfangsflächen, sodass zwischen der Wandung 1 6' und der Einfritfsöffnung 1 4' begrenzenden Umfangskanfe ein ringförmiger Spalt 38 verbleibt. Dieser bildet eine Restöffnung, wenn der Strömungsweg durch das Laufrad 1 0' in der ersten Fu nktionssfellung im We- senflichen verschlossen ist. Diese Restöffnung stellt jedoch weniger als 2 % der Fläche der Eintriftsöffnung 1 4' dar, sodass nur ein sehr kleiner Sfrömungsdurchgang verbleibt. Der Strömungsdurchgang durch den Spalt 38 ist so dimensioniert, dass hier gerade so viel Fluid bzw. Flüssigkeit in der ersten Funktionssfellung gemäß Fig. 3 hindurchsfrömen kann, dass beim Anlaufen des Laufrades 1 0' sich im Druckkanal 30 ein Druck aufbauen kann. Ein solcher Druck führt zu einer hydraulischen Axial kraff FH, welche auf die druckseifige Deckscheibe bzw. Stirnseite 1 8' von außen auf das Laufrad 1 0' wirkt, sodass dieses in der Richtung A von der ersten Funktionssfellung in die in Fig. 4 gezeigte zweite Funkfionsstellung ver- schoben wird.

In dieser zweiten Funktionssfellung liegt die Eintriftsöffnung 1 4' dem Saugkanal 32 gegenüber, sodass der Saugkanal 32' durch die Einfritfsöffnung 1 4' mit dem Inneren des Laufrades 1 0' in fluidleifender Verbin- dung ist und das Laufrad 1 0' bei Rotation in gewohnter Weise Fluid bzw. Flüssigkeif fördert. Dabei wirkt weifer die hydraulische Axial kraff FH auf die druckseifige Deckscheibe bzw. Stirnseite 1 8', sodass bei ausrei- chendem Druck in dem Druckkanal 30 das Laufrad 1 0' in dieser zweiten Funktionsstellung gegen die magnetische Rückstellkraft FM gehalten wird. Bevorzugt wird der Antriebsmotor 2 so geregelt, dass stets ein ausreichender ausgangsseitiger Druck im Druckkanal 30 gewährleistet ist. Wenn der Antriebsmotor 2 abgeschaltet wird und das Laufrad 1 0' somit kein Fluid mehr fördert, fällt die hydraulische Axial kraft FH weg und das Laufrad 1 0' wird über die Welle 8 gemeinsam mit dem Rotor 6 durch die magnetische Rückstellkraft FM wieder in die in Fig. 3 gezeigte erste Funktionsstellung bewegt.

In den vorangehend beschriebenen Beispielen ist die erste Funktionsstellung diejenige, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad geschlossen ist. Es ist jedoch zu verstehen, dass das Laufrad und der Antriebsmotor ohne weiteres auch so ausgelegt werden können, dass die zweite Funktionsstellung diejenige ist, in welcher der Strömungsweg verschlossen ist. Dies könnte durch einen Versatz zwischen Stator und Rotor in umgekehrter Richtung und durch die Verwendung eines druckentlasteten Laufrades erreicht werden, bei welchem die druckseitige Stirnseite des Laufrades mit dem saugseitigen Druck beaufschlagt wird.

Bezugszeichenliste

2 Antriebsmotor

4 Stator

6 Rotor

7 Spaltrohr

8 Welle

1 0, 1 0' Laufrad

1 2 Lager

1 4, 1 4' Eintrittsöffnung

1 6, 1 6 ' Austrittsöffnung

1 8 druckseitige Stirnseite

20 Ringwandung

22 Lagerträger

24 erste Umfangskante

26 zweite Umfangskante

28 Ringspalt

30 Druckkanal

32, 32' Saugkanal

34 saugseitige Stirnseite

36 Wandung

38 Spalt

X Längsachse

FH Axial kraft

FM Rückstellkraft

A Richtung

α Versatz

Axiale Mitte des Stators Axiale Mitte des Rotors

Claims

Ansprüche

Kreiselpumpenaggregat mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) und zumindest einem Laufrad (10; 10'), welches in axialer Richtung (X) zwischen zumindest zwei Funktionsstellungen bewegbar ist, wobei in einer Funktionsstellung ein Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') im Wesentlichen verschlossen und in einer anderen Funktionsstellung der Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') geöffnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Laufrad (10; 10') in einer ersten Funktionsstellung durch eine magnetische Kraft (FM) oder eine Federkraft gehalten wird und in einer zweiten Funktionsstellung durch eine hydraulische von einem geförderten Fluid erzeugte Kraft (FH) gehalten wird.

Kreiselpumpenaggregat, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10; 10') in der ersten Funktionsstellung durch eine permanentmagnetische Kraft (FM) gehalten wird, welche insbesondere zwischen einem mit dem Laufrad (10, 10') verbundenen Permanentmagnetrotor (6) und dem umgebenden Stator (4) des Antriebsmotors (2) wirkt.

Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10; 10') in der ersten Funktionsstellung durch eine permanentmagnetische Kraft (FM) gehalten wird, welche aus einem axialen Versatz (a) des Permanentmagnetrotors (6) relativ zu dem Stator (4) des Antriebsmotors (2) resultiert.

Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') in der ersten Funktionsstellung geschlossen ist.

5. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') in der zweiten Funktionsstellung geschlossen ist.

Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschlusselement (20; 36) vorhanden ist, welches in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad (10') verschlossen ist, eine Austrittsöffnung (16) oder eine Eintrittsöffnung (14') des Laufrades (10; 10') zumindest großteils, vorzugsweise zu mehr als 90 % verschließt.

Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (20; 36) in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad (10; 10') verschlossen ist, die Eintrittsöffnung (14') oder die Austrittsöffnung (16) großteils, aber nur soweit verschließt, dass beim Anlaufen des Laufrades (10; 10') ein Druckaufbau ausgangseitig des Laufrades (10; 10') möglich ist.

Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10; 10') zwischen der ersten und der zweiten Funktionsstellung relativ zu dem Verschlusselement (20; 36) bewegbar ist.

Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10') eine axialseitige oder radialseitige Eintrittsöffnung (14') aufweist und das Verschlusselement (36) in einer Funktionsstellung die Eintrittsöffnung überdeckt.

10. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10) eine radialseitige Austrittsöffnung (16) aufweist und das Verschlusselement (26) in einer Funktionsstellung die Austrittsöffnung (16) überdeckt. 1 1 . Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (20) als eine Ringwandung ausgebildet ist, welche in einer Funktionsstellung die Austrittsöffnung (16) umfänglich umgibt.

Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad (10) verschlossen ist, das Laufrad (10) mit einer die Austrittsöffnung (16) begrenzenden ersten Um- fangskante (24) an einer Stirnkante der Ringwandung (20) anliegt.

Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer der ersten Umfangskante (24) gegenüberliegenden zweiten Umfangskante (26) und der Ringwandung (20) in derjenigen Funktionsstellung, in welcher der Strömungsweg durch das Laufrad (10) verschlossen ist, ein Strömungsdurchgang (28) verbleibt, welcher zu einer axialen Stirnseite (18) des Laufrades (10) geöffnet ist.

Laufrad für ein Kreiselpumpenaggregat, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zumindest einer Austrittsöffnung (16) und zumindest einer Eintrittsöffnung (14'),

dadurch gekennzeichnet, dass

die Eintrittsöffnung (14') in einem Umfangsabschnitt des Laufrades (10') gelegen ist.

15. Laufrad nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine geschlossene saugseitige axiale Stirnseite (34), an welche der Umfangsab- schnitt mit der Eintrittsöffnung (14') angrenzt.

16. Laufrad nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (14') als eine sich über den gesamten Umfang des Laufrades (10) erstreckende ringförmige Öffnung ausgebildet ist.

17. Laufrad nach einem der Ansprüche 14 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10) an seiner Saugseite einen verlän- gerten zylindrischen Abschnitt aufweist, welcher vorzugsweise eine

Außenfläche aufweist, welche 50 bis 150 % eines Innenquerschnittes im Inneren dieses Abschnitts beträgt.