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Die
Erfindung betrifft eine Motor-Pumpeneinheit bei der ein Pumpenabschnitt
und ein Motorabschnitt durch eine Trennwand voneinander getrennt und
im wesentlichen koaxial zu einer Welle angeordnet sind, wobei der
Pumpenabschnitt einen Pumpenraum und ein Laufrad, welches auf der
Welle angeordnet ist, und ein Gehäuse aufweist und der Motorabschnitt
ein Gehäuse
aufweist, in dem ein Innenraum eines Kapselelementes und ein Motorraum
angeordnet sind, die durch das koaxial zu der Welle angeordnete
Kapselelement voneinander getrennt sind, wobei im Innenraum des
Kapselelementes die Welle mit einem darauf fest angeordneten Rotor
des Motors und eine Lagereinheit, die zwei Standardwälzlager aufweist,
angeordnet sind und der Motorraum zumindest einen Stator mit Statorwicklungen
aufweist, und wobei eine Abdichtung des Innenraumes des Kapselelementes
gegenüber
dem Pumpenraum durch eine in der Trennwand auf der Welle angeordnete
Dichtung erfolgt.
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Motor-Pumpeneinheiten
sind allgemein bekannt und werden in einer Vielzahl von Anmeldungen beschrieben.
Dabei trennt das Kapselelement in der Regel einen von einer Förderflüssigkeit
durchströmten
Innenraum des Kapselelementes, in dem der Rotor und die Welle angeordnet
sind, dicht von einem Motorraum, in dem der Stator mit den Wicklungen
angeordnet ist. Motorabschnitt und Pumpeneinheit sind bei diesen
Ausführungen
auf einer Welle angeordnet.
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In
der
DE 360931 C2 wird
eine Motor-Pumpeneinheit in Form einer Spaltrohrmotorpumpe beschrieben,
bei der der Pumpenraum vom Innenraum des Spaltrohres durch ein Lagerschild
abgetrennt wird. Dieses Lagerschild nimmt zwei Wellendichtringe
auf, die das Lager und damit den von der Welle gehaltenen Rotor
gegenüber
dem Pumpenraum abdichten. Diese Wellendichtringe verhindern somit
ein Eindringen der Förderflüssigkeit
in den Innenraum des Kapselelementes und somit zu den Lagerstellen, so
daß durch
diese Abdichtung Standardwälzlager verwendet
werden können,
die ansonsten durch die Flüssigkeit
ausgespült
würden.
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Eine
solche Ausführung
birgt jedoch den Nachteil, daß die
Haltbarkeitsdauer der Wellendichtringe relativ gering ist und eine
Abdichtung gegenüber
einem gasförmigen
Fördermedium
nicht ausreichend gewährleistet
wird.
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Aus
der
EP 0 775 859 B1 ist
ein Verdichter zur Förderung
von Gasen bekannt, dessen Innenraum gegenüber der Atmosphäre durch
eine gasgeschmierte Gleitringdichtung abgedichtet ist. Da jedoch
bei der Abdichtung über
gasgeschmierte Gleitringdichtungen Ausgleichsströmungen nicht vollständig zu
vermeiden sind, ist die Lebensdauer bei der Verwendung von Standardwälzlagern
deutlich eingeschränkt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Motor-Pumpeneinheit zu schaffen,
bei der eine sichere Abdichtung des Innenraums des Kapselelementes gegenüber dem
Pumpenraum bei der Förderung
von Gasen gewährleistet
wird, so dass Standardwälzlager
verwendet werden können,
da ein Eindringen von Ölen
und Fetten, die für
den Gebrauch von Standardwälzlagern
notwendig sind, in den Pumpenraum ausgeschlossen werden kann. Des
weiteren soll eine einfach zu montierende Einheit geschaffen werden, die
kostengünstig
herstellbar ist und dennoch weitestgehend wartungsfrei arbeitet.
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Diese
Aufgaben werden dadurch gelöst, dass
die Dichtung bei Verwendung der Motor-Pumpeneinheit zur Förderung
von Gasen als gasgeschmierte Gleitringdichtung ausgebildet ist,
wobei die Gleitringdichtung an ihrem zum ersten Standardwälzlager
weisenden Ende einen Kanal aufweist, über den eindringendes Gas am
ersten Standardwälzlager
vorbei in den Innenraum des Kapselelementes leitbar ist. Durch eine
solche Ausführung
kann der in den Innenraum des Kapselelementes eindringende Gasstrom
soweit minimiert werden, daß Standardwälzlager
benutzt werden können
und dennoch eine lange Lebensdauer der Lager gesichert wird. Eine zusätzliche
Flüssigkeitsschmierung
entfällt.
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Dabei
kann das Kapselelement entweder durch ein Spaltrohr, einen Spalttopf
oder durch eine Gussmasse aus Kunststoff gebildet werden. Durch diese
Ausführung
wird sichergestellt, dass zwischen Gleitdichtring und Welle strömendes Gas
nicht direkt auf die Wälzlager
wirkt, da der Strömungswiderstand im
Kanal deutlich geringer ist, als in dem hinter der Gleitringdichtung
angeordneten Wälzlager.
Die Lebensdauer eines Wälzlagers
wird somit zusätzlich
erhöht,
da eine Lebensdauerfettschmierung verwendet werden kann, die im
wesentlichen keiner Gasströmung
ausgesetzt ist.
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Als
Standardwälzlager
können
Schräg-
oder Rillenkugellager verwendet werden, wodurch die Kosten gesenkt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Motorraum von einem Kühlmantel
umgeben, der von einer Kühlfüssigkeit
durchströmt
ist, wodurch eine ausreichende Kühlung
des Motors sichergestellt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das an der von der Pumpeneinheit abgewandten Seite angeordnete
zweite Standardwälzlager
in einem hohlzylindrischen Abschnitt einer zweiten Trennwand angeordnet,
die den Innenraum des Kapselelementes dicht verschließt und über Öffnungen
eine Verbindung zum Motorraum herstellt. Hierdurch wird die vorhandene
Teileanzahl beschränkt,
gleichzeitig jedoch eine einfache Montage und ein dichter Verschluß des Innenraums
des Kapselelementes sichergestellt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Motor-Pumpeneinheit einen Deckel aufweist,
der an der zweiten Trennwand befestigt ist und der wiederum Öffnungen aufweist,
durch welche die elektrischen Anschlußleitungen von außen über die Öffnung in
der zweiten Trennwand zum Motorraum geführt werden können und
das im Bereich zwischen Deckel und zweiter Trennwand die Elektronikbauteile
und Leistungstransistoren angeordnet sind. Hierdurch wird eine leichte Erreichbarkeit
der elektronischen Bauteile sichergestellt und die Anschlußkontaktierung
zum Motor hin vereinfacht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Deckel aus wärmeleitfähigem Material
hergestellt, so daß eine
notwendige Kühlung
der darin angeordneten Elektronikbauteile und Leistungstransistoren
vereinfacht wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es dann, wenn die koaxial zur Welle angeordneten
Außenwände des Deckels
von der Kühlflüssigkeit
umströmt
werden, so daß die
in den E lektronikbauteilen erzeugte Wärme über den Kühlmittelstrom abgeführt werden
kann.
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Eine
solche Motor-Pumpeneinheit eignet sich zur Förderung von Wasserstoff für Brennstoffzellenantriebe,
da die Dichtheitskriterien, die an ein solches Aggregat gestellt
werden, vollständig
erfüllt sind.
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Eine
Motor-Pumpeneinheit der beschriebenen Art verfügt über eine lange Lebensdauer,
ist einfach zu montieren, preiswert herstellbar und weitestgehend
wartungsfrei.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Die
Figur zeigt die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Motor-Pumpeneinheit
in geschnittener Darstellung.
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Die
dargestellte Motor-Pumpeneinheit besteht aus einer Pumpeneinheit 1 und
einem Motorabschnitt 2.
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Der
Motorabschnitt 2 weist ein Kapselelement 3 in
Form eines Spaltrohres auf, welches einen Innenraum 4 des
Kapselelementes 3 von einem Motorraum 5 trennt.
Im Innenraum 4 des Kapselelementes 3 ist eine
Welle 6 angeordnet, die fest mit einem Rotor 7 verbunden
ist. Das Kapselelement 3 ist koaxial um die Welle 6 bzw.
den Rotor 7 angeordnet und trennt diesen Bereich vom Motorraum 5,
in dem ein Stator 8 mit Statorwicklungen 9 angeordnet
ist. Der gesamte Motorabschnitt 2 wird von einem Gehäuse 10,
welches koaxial zur Welle 6 angeordnet ist, umgeben. Die
Welle 6 tritt an dem zum Pumpenabschnitt 1 gelegenen
Ende durch eine Trennwand 11 hindurch, welche im wesentlichen
die Pumpeneinheit 1 von dem Motorabschnitt 2 trennt.
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Der
Pumpenabschnitt 1 besteht aus einem auf dieser Welle 6 angeordneten
Pumpenlaufrad 12 und einem Pumpengehäuse 13, welches den
Pumpenraum 14 umschließt.
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Die
Trennwand 11 ist jeweils über Schraubverbindungen 15 mit
dem Gehäuse 13 des
Pumpenabschnitts 1 bzw. dem Gehäuse 10 des Motorabschnitts 2 verbunden.
Die Trennwand 11 weist an ihrer zum Motorabschnitt 2 gelegenen
Seite Absätze 16, 17 auf,
wobei sich im Bereich des Absatzes 16 eine im wesentlichen
koaxial zur Welle liegende hohlzylindrische Form ergibt, die zur
Aufnahme einer Gleitringdichtung 18 und einem dahinter
angeordneten Standardwälzlager 19 zur
Abdichtung bzw. Lagerung der Welle 6 dient. Der zweite
Absatz 17 dient zur Aufnahme des Kapselelementes 3.
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Das
Standardwälzlager 19 ist
Teil einer Lagereinheit 20, die als Fest-Los-Lager aufgebaut
ist, wobei das Wälzlager 19 die
Funktion des Festlagers erfüllt
und ein zweites Wälzlager 21,
welches an der zum Pumpenabschnitt 1 entgegengesetzten
Seite der Welle 6 angeordnet ist, die Funktion des Loslagers
erfüllt.
Dieses zweite Standardwälzlager 21 stützt sich über ein
Ringfederelement 22 an einer zweiten Trennwand 23 ab.
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Auch
diese Trennwand 23 weist an seiner zum Motorabschnitt 2 gelegenen
Seite Absätze 24, 25 auf,
die wiederum zur Aufnahme des Kapselelementes 3 und des
Standardwälzlagers 21 dienen. Diese
zweite Trennwand 23 wird wiederum mit dem Gehäuse 10 des
Motorabschnitts 2 verschraubt. Die Trennwand 23 weist
desweiteren Durchgangsbohrungen 26 auf, die in den Bereich
des Motorraumes 5 führen,
so daß durch
diese Öffnungen 26 die
elektrische Kontaktierung zu den Statorwicklungen 9 vollzogen
werden kann. Desweiteren wird ein Deckel 27 über eine
Schraubverbindung 28 mit dieser Trennwand 23 verbunden,
wodurch sich ein Raum 29 zwischen der Trennwand 23 und
dem Deckel 27 ergibt, in dem die nicht dargestellte Elektronikeinheit
bzw. die Leistungstransistoren angeordnet werden. Der Deckel 27 weist
desweiteren flanschförmige Öffnungen 30 zur
Durchführung
elektrischer Anschlußleitungen
auf.
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Um
das Gehäuse 10 des
Motorabschnitts 2 ist desweiteren ein Kühlmantel 31 angeordnet,
die von einer Kühlflüssigkeit
durchströmt
wird, so daß im Motorraum 5 entstehende
Wärme abgeführt werden kann.
Es ist vorstellbar, diesen Kühlmantel 31 auch über den
Bereich des Motorraumes 5 hinweg in den Bereich der Außenwände 32 des
Deckels 27 fortzuführen,
so daß auch
die dort angeordneten Leistungstransistoren und Elektronikbauteile
eine zusätzliche
Kühlung
erfahren, die dadurch verstärkt
werden kann, daß der
Deckel 27 aus einem wärmeleitfähigen Material
hergestellt wird.
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Es
wird aus der Zeichnung deutlich, daß der Motorraum 5 sowie
der Raum 29 im Deckel 27 nur mit Luft beaufschlagt
werden können,
da eine vollständige
Abdichtung des Innenraums 4 des Kapselelementes 3 zum
Motorraum 5 durch das Kapselelement 3 bzw. die
beiden Trennwände 11 und 23 sichergestellt wird.
Trotz der gasgeschmierten Gleitringdichtung 18 kann es
jedoch vorkommen, daß geringe
Ausgleichsströme
des geförderten
Mediums, im vorliegenden Anwendungsfall Wasserstoff, durch die Gleitringdichtung 18 in
den Innenraum 4 des Kapselelementes 3 dringen.
Zur Vermeidung zu großer
auf das erste Wälzlager 21 wirkender
Strömungen
ist die Gleitringdichtung 18 zusätzlich mit einem Kanal 33 versehen, der
sich entsprechend in der Trennwand 11 fortsetzt, so daß eine fluidische
Verbindung zum Innenraum 4 des Kapselelementes 3 durch
diesen Kanal 33 hergestellt wird. Dies verhindert, daß das Wälzlager 19 direkt
mit strömendem
Gas beaufschlagt wird, wodurch eine vorhandene Lebensdauerfettfüllung ausgewaschen
werden könnte.
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Die
erfindungsgemäße Motor-Pumpeneinheit
stellt eine absolut zuverlässige
Abdichtung des Motorraumes gegen das zu fördernde Medium sicher und hindert
gleichzeitig auch strömendes
Gas weitestgehend daran in den Innenraum des Kapselelementes einzudringen,
zumindest jedoch werden die Strömungsgeschwindigkeiten
soweit herabgesetzt, daß eine
Schädigung
der Lager ausgeschlossen wird, wobei zusätzlich eine eventuell vorhandene Gasströmung so
um das erste Wälzlager
herumgeleitet wird, daß ein
Auswaschen der Lager sicher verhindert werden kann. Diese Maßnahmen
führen
bei der beschriebenen Pumpe zu einer extrem hohen Lebensdauer, kostengünstiger
Herstellung, nicht zuletzt durch die Verwendbarkeit von Standardlagern,
bei gleichzeitig einfacher Ausführung
und Montage.
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Änderungen
bezüglich
der Ausführungsform, wie
beispielsweise bezüglich
der Ausführung
des Kapselelementes als Spaltrohr, Spalttopf oder als entsprechend
angeordnete Kunststoffgußmasse oder
bezüglich
des Kühlmantels
oder die Art der Kühlung,
beispielsweise mit Luft und auch Änderungen bezüglich der
Zusammensetzung und Form der anderen Bauteile sind vorstellbar,
ohne den Umfang der Schutzansprüche
zu verlassen.