Laterne mit Stegen

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit einer Laterne, die ein Pumpengehäuse und ein Motorgehäuse miteinander verbindet, wobei die Laterne ein pumpenseitiges Anschlussteil und ein motorseitiges Anschlussteil aufweist.

Eine solche Pumpenanordnung kann beispielsweise eine Kreiselpumpenanordnung sein. Kreiselpumpen beruhen auf dem Wirkprinzip der Energieübertragung an ein Fluid durch Dralländerung infolge eines Drehmoments, das von einem gleichförmig rotierenden Laufrad auf das durch dieses strömende Fluid ausgelöst wird.

Meistens werden Kreiselpumpen durch Elektromotoren angetrieben. Neben diesem elektrischen Antrieb werden in der Kreiselpumpentechnik auch Kolbenkraftmaschinen als Antrieb verwendet. Dabei erzeugen Elektromotoren ein gleichförmiges Drehmoment. Der Elektromotor ist ein elektromechanischer Energiewandler, der elektrische in mechanische Energie wandelt. Je nachdem, in welcher Form die elektrische Energie verfügbar ist, kommen Gleichstrommotoren, Wechselstrom- oder Drehstrommotoren zum Einsatz. In der Regel wird die elektrische Energie hierbei in eine Rotationsbewegung umgewandelt.

Der eine Kreiselpumpe antreibende Elektromotor wird meist über eine Laterne in einem bestimmten Abstand mit der Pumpe verbunden. Die Laterne fungiert hierbei als Verbindungselement zwischen Motor und Pumpe. Die Motorantriebswelle tritt dabei mittig durch Öffnungen in den beiden Flanschen bzw. Deckeln zur Befestigung am Motor und am Pumpengehäuse hindurch. Laternen werden üblicherweise durch Gießen hergestellt.

Eine solche Laterne und ein entsprechendes Herstellungsverfahren sind beispielsweise in der EP 1 038 611 A2 beschrieben. Die Art der Verbindung ermöglicht eine besonders stabile Ausführung einer Laterne.

Bei Pumpenanordnungen, die zur Förderung von Fluiden mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, kann es zu einem hohen Wärmeeintrag ausgehend vom Pumpengehäuse in Richtung Elektromotor kommen. Das kann zu mehreren Problemen am Elektromotor führen. Hohe Temperaturen reduzieren den Wirkungsgrad der Energieumwandlung. Die Bauteile des Motors, insbesondere die Wicklungen des Stators und des Rotors, werden thermisch belastet, wodurch deren Lebensdauer verkürzt werden kann.

Möglicherweise reduziert die Elektromotorregelung die Leistungsaufnahme sowie die Drehzahl, um eine Überhitzung des Elektromotors zu verhindern, wodurch die Pumpe nicht mehr im gewünschten Betriebsbereich arbeiten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Laterne als Verbindungselement zwischen einem Pumpengehäuse und einem Antriebsmotor bereitzustellen. Die Laterne soll die Wärme, die beim Fördern von heißen Fluiden vom Pumpengehäuse ausgeht, möglichst geringfügig in Richtung Motor leiten. Weiterhin soll sich die Laterne durch eine kompakte Bauform auszeichnen. Der Austausch von Ersatzteilen sollte durch die Konstruktion der Laterne begünstigt sein. Die Laterne sollte einfach und kostengünstig realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpenanordnung mit einer Laterne gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Erfindungsgemäß ist zwischen den Anschlussteilen ein ringförmiges Element über Halterungen aufgehängt.

Die Anschlussteile können als pumpenseitiger bzw. motorseitiger Verbindungsflansch ausgeführt sein. In einer besonders kompakten Ausführung der Erfindung sind das pumpenseitige Anschlussteil als Lagerträgerdeckel der Pumpe und das motorseitige Anschlussteil als Deckel des Motorblocks ausgeführt.

Das ringförmige Element ist vorzugsweise als Hülse ausgeführt, die über die Halterungen mit den Anschlussteilen verbunden ist. Vorteilhafterweise ist dadurch die Laterne besonders kompakt und platzsparend ausgeführt. Dabei sind die Halterungen einerseits konstruktiv verstärkt, um auch die Masse des Motorblocks tragen und halten zu können, und anderseits so minimal als möglich ausgeführt, um die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motorgehäuse weitestgehend zu reduzieren.

Eine Halterung ist ein Befestigungselement, das das ringförmige Element am Anschlussteil fixiert, und gleichzeitig ein Verbindungselement, das das ringförmige Element mit dem Motor- sowie Pumpengehäuse bzw. einem Verbindungsflansch verbindet.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Halterungen strebenartig ausgebildet. Dadurch leiten die Halterungen die vom Motorgehäuse bzw. vom Motorblock ausgehenden Kräfte über das Pumpengehäuse in den Standfuss der Pumpe ab.

Die Halterungen bilden eine starre Aufhängung des ringförmigen Elements und entkoppeln gleichzeitig nahezu perfekt die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motor und somit ggf. den Einsatz von Werkstoffen mit höherer Wärmeleitfähigkeit ermöglicht.

In einer besonders günstigen Variante der Erfindung erstrecken sich die Halterungen vom Rand je eines Anschlussteils bis zu einem inneren Ring, insbesondere einer ringförmigen Hülse, die beispielsweise als Lagerträger zur Aufnahme eines radialen Lagers für die Pumpenwelle dient. Dadurch wird besonders vorteilhaft die Lagerträgerhülse stabilisiert und das Bauteil Laterne effizient auf die erforderlichen Merkmale reduziert ausgebildet.

Die Laterne ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, so dass die Anschlussteile, die Halterungen und das ringförmige Element ein Bauteil bilden, das bevorzugt als Gussbauteil ausgeführt ist. In einer besonders günstigen Variante ist die Laterne als Aluminium-Druckgussteil ausgebildet.

Die Halterungen ragen idealerweise von den Anschlussteilen radial nach innen und halten das ringförmige Element. Dabei ist das ringförmige Element innerhalb der Grundfläche von mindestens einem Anschlusselement angeordnet. Das ringförmige Element weist durch die Verkleinerung seiner Proportionen, realisiert durch das nach innen Ragen, eine kleinere Querschnittsfläche auf, wodurch die Wärmeleitung von dem Pumpengehäuse in Richtung Motor vermindert wird.

Die Halterung in Form einer Strebe ist ein Bauelement, das vornehmlich dazu dient, Zug- und Druckkräfte, hervorgerufen durch die Masse des Motors, abzuleiten. Die radial nach innen ausgerichtete Form der Halterungen begünstigt die Ableitung der Kräfte.

In einer günstigen Variante der Erfindung sind die Halterungen in Form von Stegen ausgeführt. Stege begünstigen die Beabstandung durch die Bildung einer Entfernung zwischen dem Anschlussteil und dem ringförmigen Element, wodurch die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motor äußerst günstig entkoppelt wird.

Vorteilhafterweise erstrecken sich die Halterungen von den Anschlussteilen radial nach innen zum ringförmigen Element, wodurch die Beabstandung und Entkopplung hinsichtlich der Wärmeleitung des Pumpengehäuses zum Motor begünstigt wird.

Vorzugsweise kann die Verbindung des ringförmigen Elements und der Anschlussteile zusätzlich mit mindestens einem Stabilisationselement verstärkt ausgebildet sein. Dabei ist die Querschnittsfläche eines Stabilisationselements besonders klein ausgeführt, wobei durch die richtige Positionierung auch eines Stabilisationselements mit kleinem Querschnitt ein hohes Maß an Verstärkung erzielt wird. Dadurch ist die Aufhängung des ringförmigen Elements besonders stabil ausgeführt, während die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motor nahezu entkoppelt wird.

In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Halterungen am pumpenseitigen Anschlussteil versetzt zu den Halterungen am motorseitigen Anschlussteil angeordnet. Dadurch wird zusätzlich zur Entkopplung durch die Halterungen auch der Weg für die Wärmeleitung durch die Halterungen verlängert, wodurch die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motorgehäuse zusätzlich vermindert wird.

Die Querschnittsfläche der Halterungen ist im Vergleich zur Querschnittfläche des ringförmigen Elements zur Reduktion der Wärmeleitung deutlich verringert. In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist die kleinste Querschnittfläche eines Radialschnitts im Verbindungsbereich der Halterungen um mehr als 70 %, vorzugsweise um mehr als 80 %, insbesondere mehr als 90 %, kleiner ausgebildet als die Querschnittfläche der Stirnseiten des ringförmigen Elements. Durch die besondere Konstruktion der Laterne, insbesondere der Halterungen, ist die Wärmeleitung in Richtung Motor vorteilhaft entkoppelt.

Vorzugsweise bedeutet ein Radialschnitt im Verbindungsbereich der Halterungen das gleichzeitig auch vorhandene Stabilisationselemente geschnitten werden und einen Anteil an der Querschnittfläche im Verbindungsbereich der Halterungen bilden. Idealerweise ist die Summe der Querschnittsfläche der Halterungen und der Querschnittsfläche der Stabilisationselemente eines Radialschnitts im Verbindungsbereich der Halterungen um mehr als 65 %, vorzugsweise um mehr als 75 %, insbesondere mehr als 85 %, kleiner ausgebildet als die Querschnittfläche der Stirnseiten des ringförmigen Elements. Zur Reduktion der Wärmeleitung innerhalb des ringförmigen Elements weist das ringförmige Element zusätzliche Materialaussparungen auf, die vorzugsweise fensterartig ausgebildet sind. Dazu weist das ringförmige Element mindestens eine fensterartige Matenalaussparung auf. In einer besonders günstigen Variante der Erfindung weist das ringförmige Element mindestens vier fensterartige Matenalaussparungen auf. Dadurch wird partiell die Querschnittsfläche des ringförmigen Elements deutlich reduziert, wodurch die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motor deutlich vermindert wird.

Die fensterartigen Matenalaussparungen führen nicht nur zu einer verminderten Querschnittsfläche, sondern verlängern gleichzeitig den Weg der Wärmeleitung durch die bestehende Querschnittsfläche des ringförmigen Elements.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das ringförmige Element mindestens eine Ausformung auf, die zur Aussteifung der Laterne dient. Hierdurch können auch Motoren mit größerer Masse an der Laterne aufgehängt werden. Vorzugsweise weist das ringförmige Element zwei, vorzugsweise drei, insbesondere vier, Aussteifungen auf.

Die Anzahl der Halterungen, an denen das ringförmige Element aufgehängt ist, kann einerseits zur Ausbildung einer ausreichenden Tragfähigkeit an die Masse des Elektromotors und andererseits zur Reduktion der Wärmeleitung an die Temperaturen der Kreiselpumpe angepasst sein. In einer besonders günstigen Variante der Erfindung ist das ringförmige Element an exakt drei Halterungen an je einem Anschlussteil aufgehängt.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das ringförmige Element je vier Halterungen an je einem Anschlussteil auf. Durch die strebenartigen Halterungen ist das ringförmige Element besonders stabil aufgehängt bei gleichzeitig minimalem Querschnitt der Halterungen, wodurch die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung Motor reduziert wird.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist das ringförmige Element an jedem Ende über fünf oder sechs oder sieben oder acht Halterungen aufgehängt. Vorteilhafterweise kann die Aufhängung des ringförmigen Elements mithilfe von Stabilisationselementen verstärkt werden. In einer günstigen Variante ist das ringförmige Element mit je vier Stabilisationselementen an einem Anschlussteil verstärkt.

Vorzugsweise weist das ringförmige Element an je einem Anschlussteil mehr als zwei, insbesondere mehr als drei, und/oder weniger als sechs, insbesondere weniger als fünf, Stabilisationselemente auf.

In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist zwischen zwei Halterungen mittig je ein Stabilisationselement angeordnet, wodurch die Aufhängung des ringförmigen Elements besonders robust und effizient erfolgt.

Idealerweise sind vier Halterungen jeweils um 90 ° versetzt angeordnet, während weitere vier Stabilisationselemente ebenso jeweils um 90 ° versetzt zueinander angeordnet sind. In einer besonders günstigen Variante der Erfindung sind dabei die Stabilisationselemente zu den Halterungen jeweils um 45 ° versetzt positioniert.

In einer besonders günstigen Variante der Erfindung verbindet die Laterne das Pumpengehäuse und das Motorgehäuse unmittelbar. Dadurch ist die Pumpenanordnung sehr kompakt und auf das Wesentliche reduziert ausgeführt.

Die Laterne ist vorzugsweise zylinderförmig und/oder trompetentrichterförmig ausgebildet. Diese räumliche Ausbildung ist besonders vorteilhaft, um eine zusätzliche Kühlung der Laterne durch den Kühlluftstrom, der vom Motorlüfter erzeugt wird und die Laterne überströmt, zu erzielen. In einer alternativen Variante der Erfindung kann die Laterne auch konusförmig und/oder quaderförmig und/oder als Körper mit vieleckiger Grundfläche ausgebildet sein.

In einer Variante der Erfindung ist die Laterne einstückig mit dem motorseitigen Druckdeckel des Pumpengehäuses und/oder einstückig mit dem pumpenseitigen Motordeckel ausgebildet. Vorteilhafterweise kann somit die Laterne besonders kompakt ausgeführt werden und ermöglicht eine Pumpenanordnung mit Abmaßen, die auch an Aufstellorten mit eingeschränkten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann.

Die Laterne ist vorzugsweise pumpenseitig und/oder motorseitig als Lagerträger ausgebildet. Dies führt zu einer besonders kompakten Bauweise der Laterne und gleichzeitig zur Reduktion des Montageaufwands durch Verringerung der Teileanzahl.

Die erfindungsgemäße Laterne zeichnet sich durch eine kompakte, axiale Bauweise aus, bei der die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse in Richtung des Motorgehäuses durch die Beabstandung mithilfe von Halterungen entkoppelt wird. Gleichzeitig ist die Laterne als einstückiges Bauteil günstig in der Herstellung und vorteilhaft hinsichtlich der Montage.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Pumpenanordnung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Laterne,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer teilgeschnittenen Laterne,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Schnitts durch die Laterne,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines dritten Schnitts durch die Laterne.

Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung mit einer Laterne 1 , die ein Pumpengehäuse 2 und ein Motorgehäuse 3 miteinander verbindet. Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Kreiselpumpe wird zum Fördern von Fluiden eingesetzt, die abhängig vom Einsatzbereich hohe Temperaturen aufweisen können.

Durch einen Saugmund 15 tritt das Fluid in das Pumpengehäuse 2 der Kreiselpumpe ein. Innerhalb des Pumpengehäuses 2 ist ein nicht dargestelltes Laufrad angeordnet. Das Laufrad überträgt kinetische Energie auf das Fluid, das über den Druckstutzen 16 die Kreiselpumpe verlässt. Der mit Fluid und dem Laufrad gefüllte Raum wird von einem Pumpengehäuse 2 und einem Gehäusedeckel 17 begrenzt. Das Laufrad ist drehfest mit einer Pumpenwelle 18 verbunden, die das Laufrad mittels einer Motoranordnung antreibt.

Die Laterne 1 ist mit vier Verbindungselementen 20 am Pumpengehäuse 2 fixiert. In dieser Ausführungsvariante ist das Anschlussteil 5 einstückig als Motordeckel ausgeführt und mit den Verbindungselementen 21 am Motorgehäuse 3 fixiert. Die Laterne 1 ist sehr kompakt ausgeführt, wobei an den Anschlussteilen 4, 5 das ringförmige Element 6 über die Halterungen 7 aufgehängt ist.

In Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung der Laterne 1 gezeigt. Das ringförmige Element 6 ist über jeweils vier Halterungen 7 an den Anschlussteilen 4 und 5 aufgehängt. Die Halterungen 7 sind strebenartig ausgebildet und dadurch in der Lage, auch die Masse einer zu tragenden Motorausführung sicher aufhängen zu können. Dazu ist das ringförmige Element 6 in der gezeigten Ausführung um zwei Ausformungen 14 verstärkt. Gleichzeitig sind die Halterungen 7 radial nach innen ausgerichtet und so minimal als möglich ausgeführt, um eine Wärmeleitung von dem heißen Pumpengehäuse 2 möglichst gering in das Motorgehäuse 3 einzuleiten. Zur Minimierung der Wärmeleitung weist das ringförmige Element 6 in dieser Ausführungsvariante vier fensterartige Materialaussparungen 13 auf. Die Laterne 1 ist einstückig aus einem Aluminium-Druckguss ausgebildet.

Das quaderförmige Anschlusselement 4 ist mit abgerundeten Ecken ausgebildet, wobei die Halterungen 7 jeweils mittig ansetzen und sich strebenartig, radial nach innen er- strecken. Dadurch weist das ringförmige Element 6 eine deutlich kleinere Querschnittsfläche als das Anschlussteil 4 auf. Das ringförmige Element 6 ist somit innerhalb der Grundfläche des Anschlusselements 4 mit verkleinerter Querschnittsfläche angeordnet, wodurch die Wärmeleitung in Richtung Motorgehäuse 3 deutlich reduziert wird.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer teilgeschnittenen Laterne 1 . Das ringförmige Element 6 ist in dieser Ausführungsvariante mit vier Halterungen 7 am Anschlussteil 5 aufgehängt und zusätzlich mit vier Stabilisationselementen 25 verstärkt.

Weiterhin zeigt die Fig. 3 einen Radialschnitt im Verbindungsbereich der Halterungen 7 mit deren Querschnittsfläche 10 und der Querschnittsfläche 8 der Stabilisationselemente 25. Dabei ist die Summe der Querschnittsflächen 8 und 10 um mehr als 80 % kleiner ausgebildet als die Querschnittsfläche 11 des ringförmigen Elements 6 in Fig. 4. Dadurch wird eine enorme Reduktion der Wärmeleitung vom Pumpengehäuse 2 in Richtung Motorgehäuse 3 erzielt, da die Wärmeleitungsfläche auf vier minimal ausgebildete Halterungen 7 und vier Stabilisationselemente 25 reduziert ausgebildet ist.

Gleichzeitig sind auf der Seite des Anschlussteils 4 und auf der Seite des Anschlussteils 5 zwischen den Halterungen 7 Materialaussparungen 22 ausgebildet, in die der Kühlluftstrom, der vom nicht dargestellten Motorlüfter erzeugt wird, zur Abführung eines Wärmestroms einströmen kann. Zusätzlich führt der Kühlluftstrom durch das Überströmen der Außenfläche der Laterne 1 Wärme ab.

In Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines dritten Schnitts durch die Laterne 1 dargestellt, bei dem auch die fensterartigen Materialaussparungen 13 des ringförmigen Elements 6 geschnitten sind. Die Querschnittsfläche 23 ist durch die fensterartigen Materialaussparungen 13 im Vergleich zur Querschnittsfläche 11 des ringförmigen Elements 6 in Fig. 4 um 40 % reduziert, wodurch die Wärmeleitung vom Pumpengehäuse 2 in Richtung Motorgehäuse 3 enorm reduziert wird. Gleichzeitig kann der Kühlluftstrom des Motorlüfters auch durch die fensterartigen Materialaussparungen 13 strömen und Wärme ableiten. Die vier strebenartigen Halterungen 7 erstrecken sich vom Rand des Anschlussteils 5 bis zur zylinderförmigen Lagerhülse 24, die zur Aufnahme eines nicht dargestellten Radiallagers dient. In dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist das Anschlussteil 5 einstückig als Lagerträgerdeckel des Motorgehäuses 3 ausgeführt und stützt ein Radialla- ger der Pumpenwelle 18. Durch die Weiterführung der Halterungen 7 auf der Innenseite des ringförmigen Elements 6 wird die Lagerhülse 24 vorteilhaft verstärkt und ausgesteift.

Zwischen dem ringförmigen Element 6 und dem Anschlussteil 5 sind neben den vier Halterungen 7 weitere vier Stabilisationselemente 25 zur Aufhängung des ringförmigen Elements 6 angeordnet. Dabei sind die Stabilisationselemente 25 mit einer sehr geringen Querschnittsfläche zur Reduktion der Wärmeleitung mittig zwischen je zwei Halterungen 7 angeordnet. Ausgehend von der nicht dargestellten Pumpenwelle 18 sind die vier Halterungen 7 jeweils um 90 ° versetzt angeordnet, während die vier Stabilisations- elemente 25 ebenfalls jeweils um 90 ° versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Stabilisationselemente 25 zu den Halterungen 7 um 45 ° versetzt positioniert sind.