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Die
Erfindung betrifft eine Trennhülse,
in Form eines hermetisch dichten Bauteiles zwischen zwei Räumen unterschiedlichen
Druckes und/oder Medien, angeordnet zwischen zwei kräfteübertragenden
Elementen, insbesondere eine Trennhülse einer mehrteiligen Spalttopf-
oder Spaltrohrkonstruktion, wobei Öffnungen der Trennhülse dichtend
an Halteteilen anliegen, und Befestigungs- sowie Dichtungsmittel
die Teile der Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion dichtend miteinander
verbinden.
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Bei
Magnetkupplungsantrieben oder Spaltrohrmotoren besteht das Problem
der hermetisch dichten Ausbildung eines Topfes oder eines Rohres. Diese
Bauteile sind zwischen rotierenden Magnetkupplungsteilen oder zwischen
einem Stator und einem Rotor eines Spaltrohrmotors angeordnet. Wenn jedes
Gerät seine
Art der Abdichtung in Form von Spalttopf oder Spaltrohr aufweist,
erfordert es einen hohen logistischen Aufwand bei der Herstellung.
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Durch
die
DE 36 26 934 A1 ist
eine Maßnahme
bekannt, mit der die in metallischen Spaltrohren entstehenden Wirbelströme und die
dadurch bedingten Verluste vermieden werden. Hierbei weist das an sich
metallische Spaltrohr nur im Bereich des Magnetfeldes einen sehr
dünnen
Wandabschnitt auf, der mit einer äußeren abstützenden Umhüllung aus einem elektrisch
nicht leitenden Material versehen ist. Diese Umhüllung besteht aus einem faserverstärktem Kunststoff.
Auch dient der verdünnte
Abschnitt des Metallrohres gleichzeitig als Wickelkörper für die Verstärkungsfasern
des faserverstärkten
Kunststoffes. Mit dieser Lösung
werden die im dünnen
Metallrohr induzierten Wirbelströme
und die dadurch bedingte Erwärmung
weitestgehend vermieden. Nachteilig ist hierbei, dass bei der Aufwickelung
der Verstärkungsfasern
im Bereich von deren Umschlagzonen, also derjenige Bereich, in dem
die Wickelrichtung der Fasern geändert
wird, Materialverdickungen entstehen. Durch die Materialverdickungen
ist ein größerer Abstand
zwischen den Magneten erforderlich, der das übertragbare Drehmoment reduziert.
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So
können
infolge der Wirbelströme
beispielsweise in einem aus der Legierung Hasteloy bestehenden metallischen
Spalttopf bis zu 12 % Wirkungsgradverluste entstehen. Des weiteren
bewirken die Wirbelströme
eine erhebliche Erwärmung,
so dass bei der Förderung
von warmen oder heißen
Fluiden deren NPSH-Verhalten durch die zusätzliche Erwärmung verschlechtert und damit
sogar kritisch werden kann.
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Durch
die
DE 39 22 426 A1 ist
ein mehrteiliger und aus unterschiedlichen Materialien bestehender,
montierter Spalttopf bekannt. Den zylindrischen Teil des Spalttopfes
bildet eine Trennhülse
aus elektrisch nichtleitenden Material und von hoher Druckfestigkeit.
Diese Trennbüchse
weist an ihrem einen Ende eine radial nach außen abstehende Schulter auf,
mit der sie im Gehäuse
der Magnetkupplung außen
zentriert gehalten ist. An ihrem anderen Ende ist sie mit einer
radial nach innen vorstehenden Schulter ausgestattet, an der ein
den Boden des Spalttopfes bildender Deckel innen zentriert gehalten
ist. Der Deckel ist mit weich unterlegten Halteschrauben gegen die
radial nach innen vorstehende Schulter der Trennbüchse axial
fixiert. Zwischen Deckel und Trennbüchse erfolgt eine Abdichtung
mittels einer Weichdichtung. Und die radial nach außen vorstehende
Schulter der Trennbüchse
dient gleichzeitig als Widerlager für eine Weichdichtung, die für eine Abdichtung
gegenüber
dem Gehäuse
sorgt. Eine solche Trennhülse
ist in der Herstellung sehr aufwendig und es bilden sich in den
Bereichen der radial abstehenden Schultern Zonen mit hoher Kerbwirkung,
wodurch die Druckbelastung einer solchen Trennhülse erheblich reduziert wird.
Auch ist die Befestigung des Bodenteiles mit Hilfe mehrerer verteilt
angeordneter Schrauben sehr montageintensiv und vergrößert das Betriebsrisiko.
Denn die Schrauben liegen mit geringem Abstand gegenüber der
Stirnseite eines rotierenden Antriebsrotors. Bei einem Lösen von
nur einer Schraubverbindung, welche durch die unterlegte, weiche
Dichtung begünstigt
wird, besteht die Gefahr einer schwerwiegenden Zerstörung innerhalb
des Spalttopfes.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, für eine magnetische Vorrichtung
zur Übertragung von
Drehmomenten ein Dichtungselement zu entwickeln, in dem keine Wirbelströme induziert
werden, welches einfach herzustellen sowie in einfacher Weise dichtend
angeordnet werden kann.
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Die
Lösung
dieses Problems sieht vor, die Trennhülse als Rohrabschnitt eines
in Wickeltechnik hergestellten, faserverstärkten, mehrlagigen Rohr ausgebildet
ist. Mit dieser Lösung
ist es möglich,
zwischen den ein Drehmoment übertragenden
Bauteilen einen sehr einfach herzustellenden Rohrabschnitte hoher
Qualität
Anwendung finden zu lassen, der in einfachster Weise an die unterschiedlichen
Maschinenbauarten angepaßt
werden kann. Dadurch, dass die Trennhülsen von einem als Halbzeug
ausgebildeten Rohr abgetrennt sind, ist ein Hersteller in der Lage,
mit Hilfe von nur wenigen Halbzeugen in Form gewickelter Rohre verschiedener
Durchmesser sein gesamtes Herstellungsspektrum an Spaltrohren und Spalttöpfen abdecken
zu können.
Durch einfache Abtrennvorgänge
von den als Meterware vorliegenden faserverstärkten Rohren lassen sich die
einzelnen Trennhülsen
herstellen.
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Bisher
bekannte und in Wickeltechnik hergestellte Spalttöpfe erfordern
wegen ihrer kurzen Baulänge
einen hohen Herstellungsaufwand mit besonderer Sorgfalt, da jeweils
in den Endbereichen eines solchen Spalttopfes eine Umlenkung der
diagonal gewickelten Fasern stattfindet. An solchen Umlenkzonen
der Fasern entstehen Unregelmäßigkeiten
im Faserverlauf und Wandstärkenverdickungen,
die wiederum die Ursachen für
Undichtigkeiten bilden.
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Dagegen
bildet bei der erfindungsgemäßen Gestaltung
eine als Wickelkörper
ausgebildete, aus dünnem
Metall oder Kunststoff bestehende dichte Auskleidung mit einer gleichmäßig darüber aufgewickelten
Faserverstärkung
das Rohr. Bei einem solchen langen Rohr erfolgt dies in einem automatisierten
Prozess in einfacher Weise und mit sehr hoher Qualität.
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An
den Enden eines solchen als beliebige Meterware herstellbaren Rohres
ergeben sich zwar auch Umlenkzonen der Faserverstärkungen
und deren bekannte Nachteile. Aber zwischen den Enden befindet sich
ein sehr langer Rohrabschnitt mit gleichmäßig hoher Qualität. Infolgedessen
sind nur die in diesem Fall unbrauchbaren Rohrenden abzutrennen
und als Verschnitt zu entsorgen. Das um seine Enden gekürzte Rohr
wird dann in eine Vielzahl von Rohrabschnitten aufgetrennt, die
in einer gewünschten
Länge zu
Trennhülsen
von Spalttöpfen oder
Spaltrohren verarbeitet werden.
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Für besonders
kritische Anwendungsfälle, bei
denen beispielsweise mit Hilfe der Trennhülse gefährliche Stoffe voneinander
getrennt werden, oder zum Schutz gegen mechanische Angriffe, ist
die Faserverstärkung
auf ihrer Außenseite
mit einer Deckschicht versehen. In analoger Weise besteht die Trennhülse aus
einer als Wickelkörper
ausgebildeten, aus dünnem
Metall oder Kunststoff bestehenden dichten Auskleidung mit einer
darüber
aufgewickelten Faserverstärkung.
Eine solche Auskleidung ist als Rohr sehr einfach herzustellen und
dient gleichzeitig als Wickelkörper
für die
daran anzubringenden Kunststoff-Faserverstärkung.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Trennhülse durch
Kraft- und/oder Formschluss
mit den Halteteilen verbunden ist. Durch die Verbindung einer Trennhülse mit
zwei Halteteilen entsteht eine Spaltrohrkonstruktion und beim Ersatz
eines Halteteiles durch ein Bodenteil entsteht ein Spalttopf.
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Die
Montage der mehrteiligen Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion erfolgt
dadurch, dass die Trennhülse
in einer Verbindungszone mit ihren Öffnungen an Halteteilen anliegt,
die gegenüber
einem Trennhülsen-Öffnungsquerschnitt
einen geringfügig größeren und/oder
kleineren Querschnitt aufweisen. Dazu sind an den Verbindungsstellen
auf den äußeren und/oder
inneren Umfang der Trennhülse
einwirkende Spannelemente angeordnet. Dazu ist es auch möglich, im
Bereich der Verbindungsstellen an den Halteteilen und/oder an den
Spannelementen eine Verzahnung anzuordnen. Dies kann in der Wirkungszone
der Spannelemente eine feinzahnige Profilierung nach Art eines Sägezahnprofils
sein, welches den Vorteil hat, dass bei einem Zusammenpressen der
miteinander zu fügenden
Teile eine unlösbare Verbindung
entsteht. Zudem verbessert eine solche Verzahnung die Dichtwirkung
und die Kräfteübertragung
zwischen den zu montierenden Teilen, da sich die Verzahnung in die
Auskleidung fest eindrückt.
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Dichtend
an der Trennhülse
anliegende zusätzliche
und im Halteteil angeordnete Dichtmittel sind zur Verbesserung der
Dichtwirkung vorgesehen. Dies können
sicherheitshalber eingesetzte, an sich bekannte Dichtringe in Form
von O-Ringen oder andere bekannte Dichtmittel sein.
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Die
Spannelemente können
als Winkelringe oder als im Querschnitt veränderbare Ringelemente ausgebildet
sein. Die Verbindung mit der Trennhülse erzeugen auf die Halteteile
einwirkende Schraub- oder Schrumpfelemente. Dies können mit
Hilfe von Schraubelementen zusammenpressbare Bauteile sein, mit
deren Hilfe die Enden der Trennhülse
dichtend gegen die Halteteile, oder umgekehrt, gepresst werden.
Im elastischen Verformungsbereich der Halteteile angeordnete Abschnitte
können
somit zur kraftschlüssigen
dichten Anlage an der Trennhülsenöffnung verformt
werden. Auch ist es möglich,
mit Hilfe von Steck- und/oder Schnappelementen die Trennhülse mit
den Halteteilen zu verbinden.
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Somit
kann mittels einfach herzustellenden, hochfesten und keine Wirbelstromverluste
erzeugende Trennhülsen
schnell und einfach eine hermetisch dichte Spaltrohr- oder Spalttopf-Konstruktion
erstellt werden. Bisher notwendige langwierige Aushärtezeiten
entfallen. Die Spannelemente befinden sich außerhalb der gegeneinander abzusperrenden
drehmomentübertragenden
Teile und sind daher problemlos anzubringen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
folgenden nähert
beschrieben. Es zeigen die
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1 eine Trennhülse bei
Verwendung an einem Spalttopf und die
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2 eine Trennhülse bei
Verwendung an einer Spaltrohrkonstruktion Im Ausführungsbeispiel der 1 ist eine Spalttopfkonstruktion
gezeigt, wie sie bei Magnetkupplungsantrieben Verwendung findet.
Hierbei ist eine als Rohrabschnitt ausgebildete Trennhülse 1 von
einem in Wickeltechnik hergestellten, faserverstärktem, mehrlagigem Rohr abgetrennt worden.
Die Öffnungen 2, 3 der
Trennhülse 1 wirken mit
Halteteilen 4, 5 zusammen. In der 1 ist das Halteteil 4 gleichzeitig
als ein Bodenteil 6 einer mehrteiligen Spalttopfkonstruktion
ausgebildet. Das Bodenteil 6 weist auf seinem Außenumfang
eine Verzahnung 7 auf. Der Außenumfang 7 ist hier
konisch gestaltet. Sein kleinster Außendurchmesser entspricht dem
Innendurchmesser der Trennhülse 1 und nimmt
bis zu einem größten Außendurchmesser
geringfügig
zu. Zusätzlich
ist in einer Nut des Halteteiles 4 ein Dichtmittel 8 angeordnet.
Bei der Montage einer solchen Spalttopfkonstruktion wird das Bodenteil 6 mit
dem Halteteil 4 in die Öffnung 2 der
Trennhülse 1 eingepresst.
Dabei erfolgt eine geringfügige
Aufweitung der Trennhülse 1,
wodurch diese unter erheblicher Zugspannung am Halteteil 4 anliegt.
Die Verzahnung 7 bedingt eine innige Verbindung mit der
Trennhülse 1 und
verhindert somit unter Druckbelastung ein Lösen dieser Verbindung. Gleichzeitig übt die Verzahnung 7 gegenüber der
Trennhülse 1 eine Dichtfunktion
aus. Aus Sicherheitsgründen
kann in das Halteteil 4 noch das zusätzliche Dichtmittel 8 eingelegt
werden.
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Der
solchermaßen
gebildete Spalttopf wird mit seiner anderen Öffnung 3 auf ein sich
ebenfalls konisch erweiterndes Halteteil 5 aufgepresst. Über die
Außenseite
der Trennhülse 1 wird
ein Spannelement 9 geschoben, welches eine der Konizität des Halteteiles 5 entsprechende
konische Gegenfläche am
Innendurchmesser aufweist. Mit Hilfe von Schraubelementen 10 wirkt
das Spannelement 9 kräfteübertragend
auf die Trennhülse 1 ein,
wodurch diese dichtend gegen das Halteteil 5 gepresst wird. Auch
hier kann ein zusätzliches
Dichtmittel 8 am Halteteil 5 angeordnet sein.
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Mit
Hilfe dieses einfachen Aufbaues der Spalttopfkonstruktion, ist eine
hermetisch dichte Ausbildung des gezeigten Magnetkupplungsantriebes möglich. Ein äußerer Rotor 11 kann
somit drehmomentübertragend
auf einen inneren Rotor 12 einwirken.
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Die 2 zeigt in verkürzter Darstellung
eine Spalttopfkonstruktion. Das Halteteil 5 weist hier,
im Gegensatz zur Darstellung der 1,
einen zylindrischen Außendurchmesser
auf, der nach Art einer Passung mit der Öffnung 3 der Trennhülse 1 zusammenwirkt.
Das Halteteil 5 kann hierbei Bestandteil eines Motorflansches
von einem Spaltrohrmotor sein. Das Spannelement 9 ist hier
zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem inneren Spannelement 9.1, welches
als mehrteiliges Ringelement mit einem konischen Außendurchmesser
gestaltet ist. Es wirkt mit einem ein- oder mehrteiligen äußeren Spannelement 9.2 zusammen,
das unter der Wirkung von Schraubelementen 10 kräfteübertragend
auf das innere Spannelement 9.1 einwirkt. Dadurch werden äußere Klemmkräfte auf
den äußeren Umfang
der Trennhülse 1 ausgeübt, wodurch
diese dichtend gegen das Halteteil 5 gepresst werden. Die
hier als Spaltrohr wirkende Trennhülse 1 ist mit ihrer
anderen Öffnung 2 über ein
Halteteil 4 geschoben, welches einen Abschnitt 13 aufweist,
dessen Außendurchmesser
dem Innendurchmesser der Trennhülse 1 entspricht.
In diesem Abschnitt 13 ist auch ein Dichtmittel 8 angeordnet.
Daran schließt
sich ein konisch verjüngender Abschnitt 14 an,
der einen geringfügigen
kleineren Durchmesser und damit kleineren Querschnitt aufweist,
als der unbelastete Öffnungsquerschnitt
der Trennhülse 1 wäre.
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Auf
den Außendurchmesser
der Trennhülse 1 wirkt
im Bereich der Öffnung 2 ein
Spannelement 15 ein, welches als ein im Querschnitt veränderbares Ringelement
ausgebildet ist. Darin integriert ist ein Schraubelement, mit dessen
Hilfe der Öffnungsquerschnitt
eines solchen Spannelementes verändert wird.
Somit wird die Trennhülsenöffnung 2 dichtend gegen
das Halteteil 4 gepresst. Das Halteteil 4 ist
bei dieser Ausführungsform
Bestandteil eines anderen Motorflansches. Nicht dargestellt sind
Stator und Rotor eines Spaltrohrmotors, die zwischen den Halteteilen 4 und 5 angeordnet
und durch die Trennhülse 1 flüssigkeits-
und druckdicht voneinander getrennt sind.