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Die Erfindung betrifft ein verbessert aufgebautes Spaltrohr für einen Spaltrohrmotor.
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Vor allem bei Kompressoren und Pumpen, insbesondere bei Pumpen, welche giftigen oder schmutzigen Fluiden standhalten müssen, werden Motoren mit einem Spaltrohr eingesetzt. Ein Beispiel ist etwa aus der
DE 10 2006 049 326 A1 bekannt. Ein Einsatzbereich sind auch vollständig abgedichtete Kompressionseinheiten, die für Anwendungen bei schmutzigen Gasen ausgelegt sind.
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Aus der
CA 1 129 469 A , welche den Ausgangspunkt für die Erfindung bildet, ist ein Spaltrohr für einen Magnetantrieb zum Antrieb einer Pumpe bekannt. Dieses Spaltrohr ist aus einer Mehrzahl einzelner in Axialrichtung nebeneinander liegender Ringe aufgebaut, die fluiddicht aneinander gefügt sind.
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Aus der
DE 66 04 973 U ist ein elektrischer Antriebsmotor mit einem rohrförmigen Trennelement zwischen Rotor und Ständer bekannt. Das rohrförmige Trennelement ist als Schraubenwicklung aus mindestens einem metallischen Streifen ausgeführt, der im Bereich seiner schraubenlinienförmigen Trennfuge mit Klebstoff verbunden ist.
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Aus der
DE 36 26 943 A1 ist ein Spaltrohr für eine permanentmagnetische Kupplung bekannt. Eine hohe Festigkeit des Spaltrohrs wird bei geringen Wirbelstromverlusten dadurch erreicht, dass das Spaltrohr zumindest im Bereich des zwischen den Antriebsmagneten und den Antriebsmagneten wirkenden Magnetfelds aus einem innenliegenden Metallrohr und einer das Metallrohr abstützenden Umhüllung aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht.
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Aus der
DE 198 22 707 A1 und der
DE 103 20 703 A1 sind bereits elektrische Maschinen mit einem Spaltrohr bekannt, bei denen das Spaltrohr aus ringförmigen Bereichen besteht.
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Nachteilig bei den bisher bekannten Motoren ist, dass das eingesetzte Spaltrohr keinen hohen Druckdifferenzen zwischen dem Innenraum des Spaltrohrs und dem Außenraum des Spaltrohrs standhalten kann und dass das Spaltrohr für magnetische Felder nicht leitend ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Spaltrohr bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Spaltrohr für einen Elektromotor bereitzustellen ist, welches aus einer Mehrzahl einzelner aneinander gefügter benachbarter Ringe aufgebaut ist. Dieser Aufbau gestattet es ein sehr stabiles Spaltrohr bereitzustellen, welches hohen Druckdifferenzen standhalten kann. Durch geeignete Wahl der Ringe kann erreicht werden, dass das Spaltrohr für ein magnetisches Feld leitend ist. Die Ringe können in verschiedener Weise aneinander gefügt sein. Entscheidend ist dabei, dass die benachbarten Ringe so aneinander gefügt werden, dass kein Fluid oder nur eine so geringe Menge Fluid, welche tolerabel ist, vom Innenraum der Ringe nach außen fließen kann. Dies sollte auch bei den hohen Drücken, die in Spaltrohren von Verdichtern und Kompressoren auftreten, gewährleistet sein.
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Der Begriff Ring ist dabei weit zu verstehen, es kann sich grundsätzlich um alle ringförmige Lagen handeln, welche entsprechend aneinander gefügt werden können.
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Bei der Wahl des Materials für die Ringe ist ein Kompromiss zwischen Korrosionsbeständigkeit und gewünschten magnetischen Eigenschaften, also normalerweise guter magnetischer Leitung, zu wählen. Grundsätzlich kommt hierbei eine Vielzahl von Materialien in Betracht. Als besonders geeignet hat sich aus bisheriger Sicht X5CrNiMol3-4 erwiesen.
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Aus der Vielzahl von Möglichkeiten die Ringe aneinander zu fügen, hat sich als besonders geeignet erwiesen, die Ringe durch Umwicklungselemente, welche die Ringe umwickeln, aneinander zu fügen. Die Ringe können in verschiedener Weise von den Umwicklungselementen umwickelt sein. Dadurch kann ein stabiles und fluiddichtes Spaltrohr geschaffen werden. Mit den Umwicklungselementen ist es auch möglich die Ringe aneinander zu pressen, wodurch Stabilität und Fluiddichtheit weiter erhöht werden kann.
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Zusätzlich hat sich als sehr geeignet erwiesen die Ringe durch eine Verklebung aneinander zu fügen. Eine solche Verklebung kann etwa durch Kleber, beispielsweise Harzkleber, verwirklicht werden. Es versteht sich, dass die Verklebung den Bedingungen in einem Spaltrohr, also häufig hohen Temperaturen und giftigen sowie schmutzigen Gasen, standhalten muss.
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Wie oben dargelegt ist entscheidend, dass durch die geschilderten Maßnahmen die benachbarten Ringe so aneinander gefügt werden, dass auch bei einer hohen Druckdifferenz kein Fluid oder nur eine so geringe Menge Fluid, welche tolerabel ist, vom Innenraum der Ringe nach außen fließen kann. Inwieweit Fluid vom Innenraum nach außen fließen darf, also welche Menge tolerabel ist, hängt von den Umständen des Einzelfalls ab. Im Regelfall wird man verlangen, dass kein Fluid nach außen fließt. Da aber marginale Mengen bisweilen nicht vermeidbar sind und auch hingenommen werden können, soll die Erfindung nicht auf absolut fluiddichte Spaltrohre beschränkt sein.
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Bei den Umwicklungselementen kann es sich um alle denkbaren Elemente handeln, welche um die oben geschilderten Ringe gewickelt werden können und diese dabei entsprechend aneinanderfügen können. Es ergibt sich somit die Forderung hinreichender Flexibilität, damit ein Umwickeln möglich ist. Ferner ergibt sich die Forderung hinreichender Reißfestigkeit, damit gegebenenfalls ein gewünschter Anpressdruck erreicht werden kann, ohne dass die Umwicklungselemente auseinanderreißen. Darüber hinaus ist im Regelfall darauf zu achten, dass die Umwicklungselemente den Bedingungen in einem Spaltrohr standhalten, also häufig hohen Temperaturen und giftigen sowie schmutzigen Gasen. Hier wären beispielsweise verschiedene Textilien denkbar, die etwa auch als Bänder vorliegen könnten.
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In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Umwicklungselementen um Fasern. Fasern können bei geeignet gewähltem Material sehr gut um die Ringe gewickelt werden und eine sehr hohe Reißfestigkeit und Stabilität aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Umwicklungselemente Verbundmaterialien, beispielsweise glasfaserverstärkten Kunststoff enthalten oder daraus bestehen. Derartige Verbundmaterialien, wie etwa der genannte glasfaserverstärkte Kunststoff weisen bei geringem Gewicht und überschaubarem Herstellungsaufwand eine große Festigkeit auf. Derartig hergestellte Umwicklungselemente, also zumeist entsprechende Fasern, sind am Markt problemlos verfügbar.
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In einer Ausführungsform sind die Fasern zumindest teilweise zu Faserbündeln zusammengefasst. Die Zusammenfassung der Fasern zu Faserbündeln erleichtert zum einen die Herstellung eines Spaltrohrs, da das Umwickeln weniger Arbeitsschritte erfordert. Zum anderen kann die Bildung von Faserbündeln die Stabilität weiter erhöhen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Umwicklungselemente und/oder Zwischenelemente zwischen den aneinander gefügten Ringen verlaufen. Dies ergibt sich in vielen Fällen aufgrund der Umwicklung der Ringe mit den Umwicklungselementen ohnehin. Die zwischen den Ringen verlaufenden Zwischenelemente können auch zur Abdichtung beitragen, so dass kein Fluid oder nur eine tolerierbar niedrige Menge Fluid zwischen den aneinander gefügten Ringen fließen kann. Die Zwischenelemente können ferner die Verklebung zwischen den Ringen verstärken. Die Umwicklungselemente und die Zwischenelemente können aus demselben Material aufgebaut sein und dieselbe Stärke aufweisen, es können aber auch Unterschiede bestehen. Es versteht sich, dass die Zwischenelemente nicht so reißfest sein müssen wie die Umwicklungselemente. In der Regel handelt es sich bei den Zwischenelementen um Fasermaterial. Sie können beispielsweise aus Epoxidharz oder aus Polymer gefertigt sein und durch Glasfasern verstärkt werden.
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Die Anordnung von Zwischenelementen zwischen den Ringen kann das Entweichen von Fluid auch in hinreichender Weise verhindern, wenn die Ringe nicht durch Umwicklungselemente aneinander gefügt sind, sondern auf andere Arte und Weise aneinander gefügt sind. Dies kann wie oben erwähnt etwa auch dadurch erfolgen, dass die Ringe aneinander geklebt sind. Eine Klebung könnte auch allein durch entsprechend ausgebildete Zwischenelemente erfolgen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest in Teilbereichen die Ringe von einer dichtenden und/oder klebenden Masse umgeben sind, in der die Umwicklungselemente und/oder die Zwischenelemente verlaufen. Bei dieser Masse kann es sich um einen Kleber, etwa einen Harzkleber, insbesondere einen Epoxidharzkleber, oder verschiedene andere Kleber handeln. Eine solche Masse ist insbesondere vorteilhaft in dem Bereich, in dem benachbarte Ringe einander zugewandt sind. In diesem Bereich kann zum einen das Aneinanderfügen der Ringe durch gegebenenfalls vorhandene Klebeeigenschaften der Masse verbessert werden. Die Masse erhöht auch die mechanische Widerstandsfähigkeit der Ringe. Insbesondere aber kann damit die Dichtigkeit verbessert werden, so dass auch bei hohen Druckdifferenzen zwischen den aneinander gefügten Ringen kein Fluid oder nur eine tolerierbare Menge Fluid fließt. Aber auch in anderen Bereichen kann die Masse die Wirkung der Umwicklungselemente und der Zwischenelemente unterstützen und verbessern.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine erste Gruppe von Ringen von einem ersten Umwicklungselement umwickelt ist und eine zweite Gruppe von Ringen von einem zweiten Umwicklungselement umwickelt ist. Dabei gehört ein Teil der Ringe sowohl zur ersten Gruppe als auch zur zweiten Gruppe der Ringe. Auf diese Weise kann die erste Gruppe und die zweite Gruppe verbunden werden und aneinander gefügt werden. Die zweite Gruppe kann wiederum mit einer weiteren Gruppe in derselben Weise verbunden sein. Auf diese Weise kann aus einer Vielzahl von Ringen ein Spaltrohr zusammengesetzt werden. Die dargestellte Unterscheidung von einem ersten Umwicklungselement und einem zweiten Umwicklungselement soll deutlich machen, dass es sich hierbei um unterschiedliche Umwicklungselemente handeln kann. Damit soll aber nicht ausgeschlossen werden, dass ein Umwicklungselement zunächst zum Umwickeln der ersten Gruppe eingesetzt wird und dann weitergeführt wird zum Umwickeln der zweiten Gruppe, wobei wie dargestellt einzelne Ringe beiden Gruppen angehören. Durch diese Art der Wicklung können sehr viele Ringe, es sind dabei Zahlen von bis zu 1000 Ringen oder mehr denkbar, so zusammengefasst und aneinander gefügt, gegebenenfalls aneinander gepresst werden, dass ein stabiles Spaltrohr gebildet wird.
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In einer Ausführungsform bilden drei Ringe eine Gruppe. Dies hat sich als praktikabel erwiesen. Dabei hat es sich bewährt, dass der äußere Ring auf einer Seite zugleich zur Gruppe der benachbarten Ringe gehört. Es ist also zu bemerken, dass zwei benachbarte Gruppen mit jeweils drei Ringen insgesamt fünf Ringe aufweisen, da der mittlere Ring beiden Gruppen zuzuordnen ist.
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Wenngleich die oben geschilderte Umwicklung der Ringe mit Umwicklungselementen und/oder die Verklebung etwa durch eine klebende und/oder dichtende Masse im Regelfall zu sehr befriedigenden Eigenschaften eines Spaltrohrs führt, kann es dennoch hilfreich sein, mindestens einen Bolzen vorzusehen, um die Ringe besser aneinander zu fügen. Im Regelfall werden die Bolzen durch die Ringe geführt. Es ist damit auch möglich, die Ringe besser aneinander zu pressen. Weiter spielt eine Rolle, dass die Ringe durch den Bolzen in ihrer Lage stabilisiert werden, also nicht seitlich verrutschen können.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ringe einen inneren Durchmesser von 350 mm bis etwa 450 mm, bevorzugt um 400 mm haben und/oder einen äußeren Durchmesser von 450 mm bis etwa 550 mm, bevorzugt um 500 mm haben. Dabei ist zu beachten, dass eine gewisse Differenz zwischen innerem und äußerem Durchmesser sicherlich erforderlich ist, da ansonsten die Stabilität des Spaltrohrs unerwünscht niedrig werden könnte. Ein Innendurchmesser von 400 mm und ein Außendurchmesser von 500 mm sind für viele Anwendungen sehr geeignet. Als bevorzugte Differenz zwischen dem innerem Durchmesser und dem äußerem Durchmesser haben sich ungefähr 70 mm bis ungefähr 110 mm herausgestellt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ringe in Richtung einer Längsache des Spaltrohrs eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm haben. Dies hat sich als sinnvoll im Interesse der Stabilität erwiesen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematischen Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines aus einzelnen Ringen aufgebauten Spaltrohrs;
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2 den Querschnitt eines Spaltrohrs einen Querschnitt in einer Ebene, in der die Mittelachse des Spaltrohrs verläuft.
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In 1 ist perspektivisch ein Spaltrohr gezeigt. Wenngleich in der Praxis Spaltrohre aus 1000 einzelnen Ringen aufgebaut sein können, ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit ein Aufbau mit neun Ringen gezeigt. Zu erkennen ist an der vorne gelegenen Außenseite ein Ring 1. An diesen schließen sich die Ringe 2 bis 9 an. Als Umwicklungselemente dienen beim hier gezeigten Aufbau Fasern. Zu erkennen ist eine oben gelegene Faser 10 sowie die weiteren Fasern 11 und 12. Die Fasern 10, 11, 12 umwickeln die Ringe 1 bis 3. Nicht dargestellt ist hierbei, dass die Ringe 1 bis 9 von einer klebenden Masse, hier sei ein Epoxidharzkleber gewählt, umgeben sind, in dem die Fasern verlaufen. Weiterhin ist eine Faser 13 zu erkennen. Die oben gelegene Faser 13 umwickelt den Ring 3 und die sich daran anschließenden Ringe 4 und 5. Weiterhin sind Fasern 14 und 15 zu erkennen. Die Fasern 14 und 15 umwickeln ebenso wie die Faser 13 die Ringe 3, 4 und 5, jeweils in anderen Bereichen des Umfangs. Es wird also ersichtlich, dass durch die Fasern 10, 11 und 12 sowie 13, 14 und 15 die Ringe 1 bis 5 insgesamt umwickelt werden. Dabei ist der Ring 3 von allen genannten Fasern 10 bis 16 umwickelt. Dadurch werden all die genannten Ringe 1 bis 5 aneinander gepresst und somit aneinander gefügt. Die sich an den Ring 5 anschließenden Ringe 6 und 7 sind in derselben Weise umwickelt. So sind Fasern 16, 17 und 18 an verschiedenen Umfangsbereichen der Ringe 5, 6 und 7 zu erkennen. Die Fasern 16, 17 und 18 umwickeln die Ringe 5, 6 und 7. Schließlich sind Fasern 19, 20 und 21 an verschiedenen Umfangsbereichen der Ringe 7, 8 und 9 zu erkennen. Entsprechend umwickeln die Fasern 19, 20 und 21 die Ringe 7, 8 und 9. Damit werden alle dargestellten Ringe 1 bis 9 umwickelt und aneinander gepresst. Der Ring 5 wird dabei von allen Fasern 13 bis 18 umwickelt, entsprechend der Ring 7 von allen Fasern 16 bis 21.
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Hinzuzufügen ist, dass Fasern, die an verschiedenen Ringen in entsprechenden Umfangsbereichen angeordnet sind, aus einer einzelnen Faser gebildet sein können. So kann die Faser 10 zwischen den Ringen 3 und 4 zum Innenraum 22 geführt sein.
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Dort kann sie an der in der Anordnung nicht sichtbaren Innenseite des Rings 4 verlaufen und zwischen den Ringen 4 und 5 wieder herausgeführt werden und außen an den Ringen 5 bis 7 als mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnete Faser verlaufen.
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Insgesamt ist zu beachten, dass es sich um eine schematische Darstellung handelt. Tatsächlich sind nicht lediglich die dargestellten Fasern 10 bis 21 in einzelnen Umfangsbereichen vorhanden. Vielmehr sind die Ringe 1 bis 9 praktisch überall von Fasern umgeben. Diese verlaufen jeweils im Epoxidharzkleber. Dieser Epoxidharzkleber ist insbesondere auch im Raum zwischen den Ringen, also zwischen den Pressflächen, vorhanden.
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Durch die gezeigte Anordnung wird ein Spaltrohr verwirklicht mit einem Innenraum 22. Im Innenraum 22 kann Fluid mit hohem Druck vorhanden sein, ohne zwischen den Ringen 1 bis 9 in unzulässiger Weise auszutreten.
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2 zeigt einen Querschnitt in einer Ebene, in der die Mittelachse des Spaltrohrs verläuft. Gezeigt ist dabei ein Schnitt durch eine aus den Ringen gebildete Wand; die zugehörige gegenüberliegende Wand ist weggelassen. Schraffiert sind die Ringe 1 bis 7 zu erkennen. Im Weiteren sind mit durchgezogenen Strichen gekennzeichnete Fasern gezeigt. Dabei sind die aus 1 bekannten Fasern 10, 13 und 16 zu erkennen. Dabei umwickelt die Faser 10 die Ringe 1 bis 3, die Faser 13 die Ringe 3 bis 5 und die Faser 16 die die Ringe 5 bis 7. Dabei ist zu beachten, dass hierbei die Faser 13 so dargestellt ist, als ob sie im selben Umfangsbereich der Ringe verliefe wie die Fasern 10 und 16. Wie aus 1 ersichtlich ist dies nicht ganz korrekt, dient aber der verständlicheren Darstellung. Darüber hinaus ist eine weitere Faser 23 dargestellt, die die Ringe 1 bis 7 umwickelt.
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Als Zwischenelemente, die zwischen den Ringen verlaufen, sind die gestrichelt gekennzeichneten Fasern 24 bis 30 zu erkennen. Zusammen mit der nicht dargestellten Füllung aller freien Räume zwischen den Ringen mit Epoxidharzkleber tragen die Fasern 24 bis 30 dazu bei, dass der Raum zwischen den Ringen dicht ist, so dass kein Fluid aus dem Innenraum 22, der in 2 oben dargestellt ist, austreten kann. Ferner verbessern die Fasern 24 bis 30 die Verklebung.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
