CH688454A5

CH688454A5 - Spalttopf fuer eine Permanentmagnetkupplung.

Info

Publication number: CH688454A5
Application number: CH01705/94A
Authority: CH
Inventors: Peter Wirz; Thomas Folsche
Original assignee: Cp Pumpen Ag
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 1997-09-30
Also published as: DE29508668U1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spalttopf für eine Permanentmagnetkupplung, nachfolgend Magnetkupplung genannt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Spalttopfes nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.

Magnetkupplungen werden beispielsweise in Magnetkreiselpumpen für die Förderung von chemisch aggresiven Medien verwendet. Der Aussen- und Innenrotor einer solchen Kreiselpumpe ist durch einen Spalttopf getrennt. Dabei soll der Abstand zwischen den beiden Rotoren, resp. der an den Rotoren angebrachten Permanentmagnetelementen möglichst klein sein, damit ein möglichst grosses Drehmoment bei möglichst kleinen Verlusten übertragen werden kann. Der Aufbau des Spalttopfes besteht herkömmlicherweise aus:

a) einem Vollkunststofftopf (US 3 411 450);
b) einem Metalltopf mit Kunststoffauskleidung oder -einsatz resp. Emaillierung (DE 3 337 086);
c) einem Vollkeramiktopf (EP 0 171 514);
d) zwei ineinandergesteckten Kunststofftöpfen (DE 3 636 404).

Die Lösung a) weist dabei ein sehr kleines Einsatzspektrum auf, da sich der Vollkunststofftopf als nicht druck- und/oder temperaturbelastbar erwiesen hat. Er eignet sich nur für in der Abmessung kleine Pumpen bei niedrigen Temperaturen und kleinem Betriebsdruck.

Die Lösung b) weist durch den Metalltopf den Nachteil auf, dass bei der synchronen Rotation der inneren und äusseren Permanentmagnete im elektrisch leitenden Spalttopf grosse Wirbelströme induziert werden. Diese bewirken grosse Leistungsverluste bei der Drehmomentübertragung, d.h. führen zu einem vergrösserten Antriebsleistungsbedarf der Pumpe. Im weiteren wird dadurch der Spalttopf erwärmt, was in vielen Fällen unerwünscht ist.

Bei der Lösung c) wird der Werkstoff-Keramik nicht werkstoffgerecht beansprucht. Um eine genügende Festigkeit zu erreichen, muss der Spalttopf sehr dick ausgeführt werden. Damit wird aber auch der Abstand der inneren und äusseren Permanentmagnete vergrössert, was zu einer Reduzierung des übertragbaren Drehmomentes bei gleicher Magnetleistung führt, resp. einen höheren Leistungsbedarf bei einem vorgegebenen zu übertragenden Drehmoment zur Folge hat. Weiter sind die keramischen Werkstoffe spröde und damit sehr stossempfindlich, was zu einem Defekt führen kann und ein Risiko beim Betreiben der Pumpe darstellt.

Die Lösung d) weist den Nachteil auf, dass durch das Ineinanderstecken von zwei Töpfen diese nicht miteinander verbunden sind. Da die verschiedenen Materialien auch einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, führt dies dazu, dass die beiden Topfteile sich bei ändernden Temperaturen unterschiedlich ausdehnen resp. schrumpfen. Dies führt zu einer unerwünschten Spaltbildung zwischen den beiden Topfteilen. Die inneren und äusseren Permanentmagnete müssen, um diesem Umstand Rechnung zu tragen, entsprechend einen genügenden Abstand voneinander aufweisen. Damit wird wiederum ein Drehmomentverlust bewirkt. Weiter besteht bei einem solchen zweiteiligen Topf die Gefahr, dass der innere, in der Regel mechanisch schwä chere Topf bei einer Vakuumbildung im Pumpenraum zusammenfällt und damit die Pumpe beschädigt wird.

Alle genannten Nachteile verstärken sich insbesondere bei grösseren Pumpen, d.h. bei Spalttöpfen mit grossen Abmessungen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, insbesondere auch für Pumpen mit grossen Abmessungen und hoher Temperaturbelastung und/oder Druck- resp. Vakuumbelastung, einen Spalttopf für den Einsatz in einer genannten Pumpe zu finden, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist, d.h. welcher einen möglichst geringen Abstand zwischen den inneren und äusseren Permanentmagneten erlaubt und gleichzeitig möglichst keine induzierten Ströme verursacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Spalttopf gemäss dem Kennzeichen nach Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemässe einteilige Spalttopf weist einmal die notwendige chemische Beständigkeit auf der Innenseite durch die Verwendung eines entsprechenden Kunststoffes auf. Andererseits weist er auch eine genügende mechanische Festigkeit durch seine faserverstärkte äussere Schicht auf. Dabei kann die Abmessung der Topfwandung sehr gering gehalten werden, wodurch die inneren und äusseren Permanentmagnete in kleinem Abstand voneinander angeordnet sein können. Damit können vorteilhafterweise grosse zu übertragende Drehmomente bei kleinen Verlusten erreicht werden. Durch die Verwendung von faserverstärktem Kunststoff werden auch keine Wirbelströme induziert. Es hat sich gezeigt, dass auch bei Einsatz von leitenden Fasern, wie z.B.

Kohlefasern, die darin induzierten Ströme um ein vielfaches kleiner sind als beispielsweise bei einem Metallspalttopf, und deshalb für die Praxis unbedeutend sind.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Erfindungsgemäss wird zur Herstellung eines solchen erfindungsgemässen Spalttopfes das Verfahren nach Anspruch 5 vorgeschlagen, vorzugsweise in den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 6 bis 10.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch der Querschnitt durch eine herkömmliche Magnetkreiselpumpe; und
Fig. 2 den Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Spalttopf in zwei Ausführungsformen.

In einer herkömmlichen Magnetkreiselpumpe, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird ein Fördermedium mittels einem im Gehäuse 1 der Magnetkreiselpumpe angeordneten Pumpenlaufrad 2 gefördert. Dabei wird das Pumpenlaufrad 2 über die mit einem Motor verbundene Antriebwelle 3 angetrieben. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 3 und der Pumpenwelle 4 erfolgt über eine Magnetkupplung. Dabei weist die Pumpenwelle 4 einen inneren, mit Permanentmagneten 5 bestückten Pumpenrotor 6 und die Antriebswelle 3 einen äusseren, ebenfalls mit Permanentmagneten 7 bestückten Antriebsrotor 8 auf. Zwischen den Permanentmagneten 5 und 7 ist ein Spalttopf 9 angeordnet, welcher fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Dabei kommen statische Dichtungsmittel 10 zum Einsatz, beispielsweise O-Ringe, welche eine zuver lässige Abdichtung zwischen dem Mediumsraum 11 und dem Antriebsraum 12 der Pumpe gewährleisten.

Damit werden weniger zuverlässige, dynamische Dichtungen vermieden.

Der Spalttopf 9 muss dabei mehrere Anforderungen erfüllen. Einmal muss er auf seiner Innenseite, d.h. auf der Mediumseite, chemisch beständig sein, mechanisch eine genügende Festigkeit zur Aufnahme des Arbeitsdruckes oder Vakuum aufweisen, im Bereich der Permanentmagnete möglichst dünnwandig sein und dabei im Betrieb möglichst kleine Formänderungen aufgrund von Druck und/oder Temperatur aufweisen. Die in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten erfindungsgemässen Spalttöpfe 9a) und 9b) erfüllen diese Anforderungen ideal.

Der Spalttopf 9a) weist einen aus zwei Schichten 13 und 14 bestehenden, einteiligen Aufbau auf. Die innere Schicht 13 besteht vorzugsweise aus einem chemisch beständigen Fluor-Kunststoff. Die äussere Schicht 14 ist ein vorzugsweise mit Kohlefasern verstärkter Kunststoff, beispielsweise ein Epoxykunststoff. Diese Schicht 14 besitzt die notwendige mechanische Stabilität bei sehr geringer Schichtdikke. Ein solcher Topf eignet sich auch in verhältnismässig grossen Abmessungen für Magnetkreiselpumpen mit hohem Förderdruck resp. Vakuum und/oder hohen Temperaturbelastungen. Die beiden Schichten sind beim Topf 9a) durch die Adhäsivwirkung zwischen den beiden Kunststoffen miteinander verbunden.

Vorzugsweise können, wie in Fig. 2 beim Topf 9b) dargestellt, an der inneren Schicht 13 mechanische Verankerungsstellen 15, hier beispielsweise in Form von Schwalbenschwanznuten, angebracht sein, in welche das Material der äusseren Schicht 14 bei der Herstellung einfliessen kann und damit eine mechanische, formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Schichten 13 und 14 erreicht wird. Dies kann insbesondere bei hohen Druck- resp. Vakuum- und/oder Temperaturbelastungen ausgesetzten Spalttöpfen vorteilhaft sein.

Erfindungsgemäss wird ein solcher Spalttopf 9a) beispielsweise dadurch hergestellt, dass auf einen vorgefertigten Topfrohling 13 aus einem chemisch beständigen Kunststoff eine Faserverstärkung aufgebracht wird und diese anschliessend durch Injektion eines Kunststoffharzes beispielsweise in einer Pressform mit dem Topfrohling 13 verbunden und ausgehärtet wird. Die Aushärtung kann auch nur thermisch erfolgen, je nach dem verwendeten Kunststoff und Verstärkungsmaterial. Vorzugsweise wird die Oberfläche des Topfrohlings 13 vor dem Aufbringen der äusseren, faserverstärkten Schicht 14 beispielsweise durch Ätzen vorbereitet. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass kein zusätzlicher Klebe- oder Verbindungsstoff für die Verbindung der Schichten benötigt wird.

Erfindungsgemäss wird auch vorgeschlagen, als vorgefertigten Rohling einen faserverstärkten Topf zu verwenden und die innere Schicht 13 nachträglich aufzubringen.

Claims

1. Spalttopf (9) für eine Permanentmagnetkupplung, in einer Magnetkreiselpumpe für aggressive Medien, welcher auf der Innenseite aus chemisch beständigem Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass er vornehmlich aus Kunststoff besteht und einteilig ist und aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Schichten (13, 14) aufgebaut ist, wobei die topfinnerste Schicht (13) aus chemisch beständigem Kunststoff besteht und mindestens eine weitere Schicht (14) aus faserverstärktem Kunststoff besteht.

2. Spalttopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (13, 14) formschlüssig miteinander verbunden sind.

3. Spalttopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (13, 14) adhäsiv miteinander verbunden sind.

4.

Spalttopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch beständige Schicht (13) ein fluorhaltiger Kunststoff ist und die faserverstärkte Schicht (14) ein vorzugsweise mit Kohlefasern verstärkter Kunststoff ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Spalttopfes (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen aus Kunststoff bestehenden Topfrohling auf die Innen- oder Aussenseite direkt eine Schicht aus einem anderen Kunststoff aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfrohling (13) aus einem chemisch beständigen Kunststoff besteht und auf die Aussenseite (14) ein faserverstärkter Kunststoff aufgebracht wird.

7.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Topfrohling (13) an der Aussenoberfläche mechanische Verankerungsstellen (14), vorzugsweise in Form von Nuten, angebracht werden, bevor der faserverstärkte Kunststoff aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfrohling (14) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und auf die Innenseite ein chemisch beständiger Kunststoff (13) aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als faserverstärkter Kunststoff (14) ein Epoxykunststoff mit Kohlenfaserverstärkungen verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung in Form von Faserstreifen, Geweben oder Rovings, auch als Prepregs, verwendet wird.