DE19508321A1 - Kreiselpumpenaggregat mit integrierter Wärmesperre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe, wie sie mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 beschrieben ist.

Eine derartige Wärmesperre ist beispielsweise in der DE-C 30 16 681 beschrieben. Die hier als Bausatz ausgebildete Wärmesperre stellt ein Bauteil dar, welches eine große axiale Erstreckung aufweist und über zwei Flanschflächen verfügt von denen die eine pumpenseitig und die andere motorseitig angeordnet ist. Im Bereich einer ein Pumpenlaufrad antreibenden Welle verfügt die Wärmesperre über eine druckdichte Verbindung. Zwischen den Flanschen sind verschiedene Einsätze angeordnet. Sie dienen zur Kräfteübertragung zwischen den Flanschflächen und gleichzeitig mit ihren wärmeabstrahlenden Flächen zur Kühlung. Dieses von ihrer wärmedämmenden Wirkung her gute Bauprinzip hat jedoch den Nachteil, daß es eine große axiale Erstreckung aufweist und damit das Schwingungsverhalten des gesamten Pumpenaggregates ungünstig beeinflussen kann. Die auswechselbaren, wärmedämmenden Elemente der Wärmesperre befinden sich auf erheblich kleinerem Durchmesser, als die kräfteübertragenden Verbindungselemente zwischen Pumpen- und Motorteilen. Diese Bauart kann bei den heutzutage erheblich größeren Pumpenleistungen ebenfalls einen ungünstigen Einfluß auf das Schwingungsverhalten des Pumpenaggregates ausüben.

Eine andere Lösung ist durch die GB-A 936 727 bekannt. Bei dieser Bauart sind Saug- und Druckstutzen des Pumpenaggregates in unmittelbarer Nähe der Wärmesperre angeordnet und in die Trennwand zwischen Pumpen- und Motorteil integriert. Dadurch ergeben sich große metallische Anlageflächen zwischen dem zu verbindenden Pumpen- und Motorteil sowie einem dazwischen eingespanntem Lagerschild des Motors. In einem scheibenförmigen Raum der Saug- und Druckstutzen aufweisenden Trennwand ist zwar eine Isolierung angeordnet und als Wärmesperre bezeichnet, jedoch aufgrund der großflächigen metallischen Anlageflächen und der dadurch zwangsläufig entstehenden direkten Wärmeleitung ist diese Wärmesperrenbauart von einer zusätzlichen Flüssigkeitskühlung abhängig.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Wärmesperre zu entwickeln, die unter Verzicht auf eine zusätzliche externe und interne Kühleinrichtung eine steife Bauart eines Kreiselpumpenaggregates ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Durch die Gewährleistung eines gradlinigen Kraftflusses zwischen Pumpen- und Motorteil kann eine sehr steife Konstruktion verwirklicht werden. Der Kraftfluß ist hierbei in unmittelbarer Nähe der Verbindungselemente vorgesehen. Die hierzu notwendige kräfteübertragende Anlage zwischen Pumpen- und Motorteil wird unterbrochen durch ein dazwischen befindliches isolierendes Keramikelement. Da ein gradliniger Kraftfluß zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen besteht, wird das Keramikelement nur mit Druckkräften belastet. Der Raum zwischen Keramikelement und Wellendurchgang der Wärmesperre ist mit einem Isoliermaterial gefüllt, vorzugsweise auf keramischer Basis, welches aber keine kräfteübertragenden Wirkungen aufweist. Somit wird gewährleistet, daß ein Wärmeübergang durch Wärmestrahlung auf die Bauteile 2,5 und 8 und die mit Flüssigkeit gefüllten Räume unterbunden wird. Bei dem hier Verwendung findenden Isoliermaterial hat sich eine Keramikfasermatte als vorteilhaft herausgestellt.

Das Keramikelement kann ein- oder mehrteilig ausgebildet werden, wobei ein mehrteiliges Keramikelement einen größeren konstruktiven Freiraum ermöglicht. Das Keramikelement kann dann durch mehrere sektionsförmige Ringelemente gebildet werden, die mit entsprechender Formgebung auch bei unterschiedlichen Baugrößen verwendbar sind. Es ist auch möglich, beispielsweise durch das Aneinanderreihen von kleinen, scheibenförmigen, einzelnen Keramikelementen ein mehrteiliges ringförmiges Keramikelement zu bilden. Die scheibenförmigen kleinen Keramikelemente können dabei eine Kontur aufweisen, die eine einfache Herstellung ermöglicht und bei einer Aneinanderreihung die Bildung einer Ringform in einem konstruktiv vorgegebenen Bereich zuläßt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 eine Wärmesperre mit außerhalb der Befestigungsmittel befindlichem Keramikelement, die

Fig. 2 eine Wärmesperre, deren Befestigungsmittel das Keramikelement durchdringen, die

Fig. 3 zeigt den Aufbau eines mehrteiligen Keramikelementes und die

Fig. 4-6 verschiedene Bauformen der Einzelteile eines mehrteiligen Keramikelementes.

In der Fig. 1 ist als Ausschnitt aus einem Motorpumpenaggregat eine Wärmesperre dargestellt. Zwischen einen Pumpenteil 1 und einem Motorteil 2 ist eine Wärmesperre 3 angeordnet. Befestigungsmittel 4, die im Ausführungsbeispiel als Zuganker mit Befestigungsmutter ausgebildet sind, dienen dem Zusammenhalt der Teile. Die Wärmesperre 3 soll z. B. die Wicklungen 5 des Motorteiles 2 vor Temperaturbelastungen schützen, die vom heißen Pumpenteil 1 ausgehen können.

In der Fig. 1 ist eine Wärmesperre mit gekammertem Keramikelement 5 gezeigt. Es liegt im geradlinigen Kraftfluß 6 zwischen Pumpenteil 1 und Motorteil 2 und überträgt Kräfte zwischen diesen beiden Teilen. Dem Schutz des Keramikelementes 5 vor mechanischen Beschädigungen dienen die Wärmesperrenteile 7, 8, die als metallische Flanschelemente ausgebildet sein können und zwischen sich einen isolierenden Bereich aufweisen. Die Wärmesperrenteile 7, 8 liegen nur im Bereich der Welle 9 wärmeleitend aneinander, wo sie einen druckdichten dünnwandigen Wellendurchgang 10 bilden. Die Abmessungen des Wellendurchganges 10 sind entsprechend den mechanischen Belastungen und für minimalen Wärmeübergang ausgebildet. Im Bereich des Wellendurchganges 10 sind die beiden ineinander gepaßten Wärmesperrenteile 7, 8 durch eine Schweißnaht flüssigkeits- und gasdicht miteinander verbunden. Eine keramische Isoliermasse 12 füllt den Raum 12.1 zwischen dem isolierenden, kräfteübertragenden Keramikelement 5 und dem Wellendurchgang 10 aus. Dadurch wird verhindert, daß unter Temperatureinfluß zusätzliche Spannungen in die Wärmesperre 3 entstehen und ein Wärmeübergang durch Wärmestrahlung auf die Bauteile 2, 5 und 8 und die mit Flüssigkeit gefüllten Räume unterbunden wird. Im Bereich der Verbindungselemente 4 überdeckt das Wärmesperrenteil 7 das Keramikelement 5 und hält es damit in seiner Position. Ein Spalt 13 zwischen den beiden Wärmesperrenteilen 7, 8 verhindert eine direkte Wärmeleitung zwischen den Teilen.

Die als Fig. 2 bezeichnete Bildhälfte des Ausschnittes eines Motorpumpenaggregates zeigt eine andere Bauform des Keramikelementes 5. Hier ist das Keramikelement mit Öffnungen 14 versehen, die zur Durchführung der Verbindungselemente 4 dienen. Die Anlagefläche zwischen den Wärmesperrenteilen 7, 8 und dem Keramikelement 5 kann somit größer ausgebildet werden. Die Öffnungen 14 sind in ihren Abmessungen so gestaltet, daß keine Berührungen zwischen dem Keramikelement 5 und den Befestigungsmitteln 4 stattfindet, so daß das Keramikelement nur mit Druckkräften belastet wird. Aneinandergrenzende Flächen des Keramikelementes sind mit entsprechenden Übergangsradien versehen, um unzulässige Kantenpressungen zu vermeiden.

In seiner einfachsten Form ist das Keramikelement 5 als Kreisring ausgebildet, der leicht herzustellen ist. Die Verwendung eines einteiligen Keramikteiles 5 erfordert eine zweiteilige Bauart der Wärmesperre. Das Keramikelement kann auch mehrteilig ausgebildet sein. Ein segmentförmiger Aufbau würde beispielsweise die Verwendung einer einteiligen Wärmesperrenbauart ermöglichen. Durch geeignete Wahl der Form und der Größe der einzelnen Segmente kann für unterschiedliche Baugrößen von Wärmesperren das jeweils passende Keramikelement zusammengesetzt werden. Durch die sehr hohe Isolationswirkung des Keramikelementes 5 kann dessen axiale Erstreckung auf ein Minimum reduziert werden. Daraus resultiert eine kurze Baulänge, die sich wiederum positiv auf das dynamische Verhalten einer durch die Wärmesperre 3 hindurchgeführten Welle 9 und damit verbundener Bauteile auswirkt. Ein auf der Welle 9 fliegend gelagertes - hier nicht dargestelltes - Laufrad erreicht durch den kurzen Wellenüberhang ein wesentlich besseres Laufverhalten. Unter Umständen kann damit ein gegebenenfalls erforderliches drittes Radiallager eingespart werden. Die Anordnung des isolierenden Keramikelementes 5 im geradlinigen Kraftfluß 6 zwischen den miteinander verbundenen Bauteilen gewährleistet bei verbesserter Isolationswirkung eine steifere Bauart des gesamten Pumpenaggregates. Die günstigsten Spannungsverhältnisse haben sich ergeben, wenn ein Keramikelement Verwendung findet, welches in die Gruppe der Zirkonoxide gehört. Da deren Ausdehnungskoeffizient vergleichbar mit dem der Eisenwerkstoffe der Wärmesperrenteile ist, sind durch unterschiedliches Ausdehnungsverhalten bedingte Bauteil-Spannungen sehr gering. Selbstverständlich sind auch andere Keramikmaterialien verwendbar, wobei dann bekannte konstruktive Maßnahmen zur Kompensation unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens zu treffen sind.

In der Fig. 3 ist eine Variante einer mehrteiligen Ausbildung eines Keramikelementes 5 gezeigt. Durch eine Vielzahl von einzelnen kleinen Keramikelementen 5. 1, die in einem der Wärmesperrenteile 7, 8 spielfrei gehalten sind, kann eine Reduzierung der Herstellungskosten erlangt werden. Die Form der Keramikelemente 5.1 wird dabei so gewählt, daß am Einbauort deren dichte und gleichmäßige Anordnung möglich ist. Dazu sind die Außenabmessungen der Keramikelemente 5.1 und der Durchmesser am Einbauort der Keramikelemente aufeinander abgestimmt.

Dies ermöglicht es, mit einer geringen Anzahl von Bauformen der Keramikelemente 5.1 eine große Anzahl von Durchmesserbereichen auszufüllen. Dazu können auch, wie in den Fig. 4-6 dargestellt, verschiedene Bauformen von Keramikelementen 5.1-5.3 miteinkombiniert werden. Die gezeigten Bauformen rund und sichelförmig sind nur Beispiele und es können auch andere Bauformen wie trapezförmig oder linienförmig Verwendung finden, die die Bildung eines ringförmigen Keramikelementes 5 in mehrteiliger Bauart zulassen. Beispiele sind in den Fig. 4-6 gezeigt. Es ist eine einfache Optimierung, durch welche Bauform und Größe eines Keramikelementes 5.1-5.3, welche Durchmesserbereiche zur Bildung eines mehrteiligen Keramikelementes 5 abgedeckt werden sollen. Mit dem Begriff Durchmesserbereiche bzw. ringförmig ist der Erfindungsgegenstand jedoch nicht auf kreisförmige Anordnungen beschränkt. Die Form des Umfanges eines ringförmigen, ein- oder mehrteiligen Keramikelementes kann selbstverständlich auch von einer Kreisform abweichen und elliptisch, eckig, polygonal oder anders geformt bzw. angeordnet sein.

Ein ringförmiges, mehrteiliges Keramikelement 5 kann auch durch die Aneinanderreihung von kleinen Keramikelementen 5.1-5.3 unterschiedlicher Kontur gebildet werden. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen sind die kleinen Keramikelemente 5.1-5.3 bevorzugt auf Durchmesserbereichen angeordnet, die kleiner sind als der Durchmesserbereich, in dem die Befestigungsmittel 4 befindlich sind. Durch geeignete Auswahl und Anordnung von kleinen Keramikelementen 5.1-5.3 kann das mehrteilige Keramikelement 5 auch auf größerem Durchmesser angeordnet sein. Gemäß Fig. 6 ist dies beispielsweise durch Anordnung von sichelförmigen kleinen Keramikelementen 5.2 beiderseits der Befestigungsmittel 4 möglich. Um eine großflächige Anlage von Keramikelementen zu erhalten, können als Ausgleichsteile wirkende, bikonkav oder bikonvex gestaltete Keramikelemente 5.3 in ein mehrteilig gestaltetes Keramikelement 5 integriert werden.

Claims (8)

1. Kreiselpumpenaggregat zur Förderung heißer Medien, bestehend aus einem Pumpenteil und einem Motorteil, mit einer zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Wärmesperre, wobei Befestigungsmittel den Pumpen- und Motorteil zusammenhalten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenteil (1) und Motorteil (2) ein geradliniger Kraftfluß (6) besteht, und im Kraftfluß (6) in der Wärmesperre (3) ein kräfteübertragendes sowie isolierendes Keramikelement (5) angeordnet ist.

2. Wärmesperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikelement (5) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.

3. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikelement (5) ringförmig ausgebildet ist.

4. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer den Pumpen- und Motorteil (1; 2) verbindenden Welle (9) und dem Keramikelement (5) ein mit einem keramischen Isoliermaterial (12) gefüllter Raum (12.1) befindlich ist.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Raum (12.1) und Welle (9) die Wärmesperre (3) in an sich bekannter Weise mit einem dünnwandigen, druckfesten und gasdichten Wellendurchgang (10) zwischen einem motorseitigen und pumpenseitigen Wärmesperrenteil (7, 8) versehen ist.

6. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikelement (5) mit in Wellenrichtung verlaufenden Durchdringungen (14) zur Aufnahme von Befestigungsmitteln (4) versehen ist.

7. Pumpenaggregate nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmeleitende, metallische Verbindung der Wärmesperre (3) nur im Bereich des Wellendurchganges (10) besteht.

8. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ein- oder mehrteilige Keramikelement (5) von einer Keramik aus der Gruppe der Zirkonoxide gebildet ist.