-
Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung, insbesondere eine Magnetkupplungspumpe, welche einen Innenrotor und einen Außenrotor aufweist, die jeweils Magnete tragen, zwischen denen ein doppelwandiger Spalttopf angeordnet ist, der einen Außentopf und einen Innentopf aufweist, die jeweils einen Flansch, einen Mittelabschnitt und einen Bodenabschnitt aufweisen, wobei zwischen dem Mittelabschnitt und dem Bodenabschnitt ein Spalt angeordnet ist, und wobei der Innentopf über seinen Flansch mit dem Flansch des Außentopfes verbunden ist.
-
Magnetkupplungspumpen sind allgemein bekannt, und zum Beispiel in der
DE 10 2009 022 916 A1 beschrieben. Dabei wird die Pumpenleistung von einer Antriebswelle aus über einen Magnet tragenden Rotor (Außenrotor) berührungsfrei und im Wesentlichen schlupflos auf den pumpenseitigen Magnetträger (Innenrotor) übertragen. Der Innenrotor treibt die Pumpenwelle an, welche in einer vom Fördermedium geschmierten Gleitlagerung, also in einer hydrodynamischen Gleitlagerung gelagert ist. Zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor, also zwischen den Außen- und den Innenmagneten liegt der Spalttopf mit seiner zylindrischen Wand. Der Spalttopf ist mit seinem Flansch mit einer Pumpenkomponente, beispielsweise einem Gehäusedeckel verbunden, und weist gegenüberliegend dazu einen geschlossenen Boden auf. Der Spalttopf, also die Magnetkupplungspumpe trennt zuverlässig den Produktraum von der Umwelt, so dass die Gefahr eines Produktaustrittes mit allen damit verbundenen negativen Konsequenzen ausgeschlossen werden könnte. Eine Magnetkupplungspumpe ist demnach die Kombination aus einer konventionellen Pumpenhydraulik mit einem magnetischen Antriebssystem. Dieses System nutzt die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Magneten in beiden Kupplungshälften zur berührungslosen und schlupflosen Drehmomentübertragung. Zwischen den zwei mit Magneten bestückten Rotoren befindet sich der Spalttopf, der Produktraum und Umgebung voneinander trennt. Besonders im Umgang mit sehr wertvollen oder sehr gefährlichen Stoffen birgt die Magnetkupplungspumpe demnach große Vorteile.
-
Spalttöpfe können aus unterschiedlichen Materialien wie z. B. aus Metallen unterschiedlichster Legierungszusammensetzungen, aus Kunststoff oder aus Keramik bestehen. Spalttöpfe aus Metall bewirken nachteiliger Weise Wirbelstromverluste, wobei Kunststoffspalttöpfe nur begrenzt Temperatur- und/oder Druckbeständig sind, was insbesondere bei hohen Mediumtemperaturen und/oder hohen Pumpendrücken nachteilig ist. Insofern haben sich in der Praxis Keramikspalttöpfe durchgesetzt, wobei neuerdings auch Spalttöpfe aus Glas (
DE 10 2009 022 916 A1 ) bekannt werden.
-
Kreiselpumpen mit Magnetkupplung, bzw. Magnetkupplungspumpen nach DIN EN ISO 2858 und DIN EN ISO 15783 sowie nach API 685 werden im Standard also bekannter Weise mit einwandigen Spalttöpfen ausrüstet. Der Spalttopf trennt den Produktraum leckagefrei von der Atmosphäre und bildet die statische Abdichtung zwischen dem inneren und äußeren Magnetrotor. Üblichweise weist der Spalttopf im zylindrischen Teil, also in seinem Mittelabschnitt eine Wandstärke von 1–2 mm auf. Eine Beschädigung des Spalttopfes infolge eines Wälzlagerschadens am äußeren Magnetrotor oder ein Gleitlagerschaden im Bereich des inneren Magnetrotors kann zum Austritt von Förderflüssigkeit in den Atmosphärenraum der Zwischenlaterne führen. Um einen Austritt von Förderflüssigkeit zu vermeiden werden u. a. beim Verpumpen von gefährlichen (z. B. toxisch, krebserregend, aggressiv) Förderflüssigkeiten doppelwandige Spalttöpfe eingesetzt.
-
Doppelwandige Spalttöpfe sind z. B. aus der
EP 0 286 822 B1 aber auch aus der
EP 0268 015 bekannt. Aus der
EP 1 777 414 A1 ist ein doppelwandiger Spalttopf bekannt, deren Innentopf und Außentopf sich zumindest im Bereich zylindrischen Mantelfläche berühren, wobei in dieser Berührzone ein Wegenetz ausgebildet ist, in dem ein flüssiges Medium, also ein Medium ausreichender Viskosität, wie z. B. Flüssigkeiten oder pastöse Massen, beispielsweise ein wärmeleitfähiges Öl angeordnet ist.
-
Beim Einsatz von einwandigen Spalttöpfen werden Magnetverlustleistungen von 10–15% in Kauf genommen. Dieser Wert kann sich beim Einsatz von doppelwandigen Spalttöpfen verdoppeln. Systembedingt werden die Magnetverlustleistungen bei metallischen Spalttöpfen in Wärme umgewandelt, die über das Förderprodukt abgeführt wird. Konstruktionsbedingt kann jedoch, die am äußeren Spalttopf entstehende Wärme nicht komplett an die Atmosphäre abgegeben werden. Wichtig ist hier die Wärme zwischen dem äußeren und inneren Spalttopf infolge des luftgefüllten oder evakuierten Zwischenraumes über wärmeleitfähige Produkte in das Förderprodukt abzuführen. Bekannt ist hier der Einsatz von Wärmeträgerölen oder wärmeleitfähiger Paste. Als Hauptnachteil ist dabei anzusehen, dass z. B. einer Beschädigung des äußeren Spalttopfes mit entsprechendem Austritt der wärmeleitfähigen Flüssigkeiten oder Pasten aus dem Zwischenraum der Spalttöpfe in die Atmosphäre mit dem Risiko einer Entzündung, bzw. bei Beschädigung des inneren Spalttopfes durch Unverträglichkeit der wärmeleitfähigen Flüssigkeit oder Paste mit dem Förderprodukt, so dass dieses aufgrund der Kontamination unbrauchbar ist. Nachteilig ist aber auch, dass besondere Abdichtmaßnahmen insbesondere im Bereich der aneinander liegenden Flansche von Außen- und Innentopf getroffen werden müssen, so dass ein Austritt der in dem Spalt eingebrachten Flüssigkeit bzw. Paste auch bei intaktem doppelwandigem Spalttopf vermieden ist. Zusätzliche Abdichtmaßnahmen bedeuten jedoch zusätzlichen Aufwand, sowie zusätzlichen Materialeinsatz. Zudem beinhaltet die besondere Abdichtung noch zusätzliches Gefährdungspotenzial, da auch die Abdichtmaßnahme versagen kann, so dass ein Stillstand befürchtet werden muss, obwohl der Innentopf und der Außentopf eigentlich noch intakt sind. Insbesondere bei einer Revision bei welcher auch der doppelwandige Spalttopf zu Kotrollzwecken eventuell demontiert wird, muss ein erheblicher Aufwand betrieben werden, dass die vorhanden Flüssigkeit nicht in die Umgebung gelangt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetkupplung, insbesondere eine Magnetkupplungspumpe der Eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, bei welcher mit einfachen Mitteln ein verbesserter Spalttopf in doppelwandiger Ausgestaltung zumindest die oben genannten Nachteile vermeidet.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Magnetkupplung, insbesondere mit einer Magnetkupplungspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
-
Gemäß der Erfindung wird eine Magnetkupplung, insbesondere eine Magnetkupplungspumpe vorgeschlagen, welche einen Innenrotor und einen Außenrotor aufweist, die jeweils Magnete tragen, zwischen denen ein doppelwandiger Spalttopf angeordnet ist, der einen Außentopf und einen Innentopf aufweist, die jeweils einen Flansch, einen Mittelabschnitt und einen Bodenabschnitt aufweisen, wobei zwischen dem Mittelabschnitt und dem Bodenabschnitt ein Spalt angeordnet ist, und wobei der Innentopf über seinen Flansch mit dem Flansch des Außentopfes verbunden ist. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Spalt zumindest bereichsweise mit einem festen Material ausgefüllt ist.
-
Dadurch, dass der Spalt zumindest bereichsweise mit einem festen Material ausgefüllt ist, besteht nicht mehr die Gefahr, dass sich dieses bei einem defekt entweder des Innentopfes mit dem Fördemedium in schädlicher Weise vermischt, oder bei einem Außentopfdefekt an die Atmosphäre gelangt. Zwar besteht die Möglichkeit eines jeweiligen defekten Außen- bzw. Innentopfes, jedoch verbleibt das feste Material an seiner Position und löst sich nicht. Günstig ist auch, dass auf Abdichtmaßnahmen an der Flanschverbindung der beiden Töpfe zueinander verzichtet werden kann, da das feste Material eigenschaftsbedingt nicht dazu neigt, seine Position zu verlassen, also beispielsweise auszufließen oder auszutreten, wie dies bei Flüssigkeiten oder Pasten möglich ist. Denn bei Feststoffen, bzw. bei dem erfindungsgemäß festem Material ist die Viskosität sehr hoch (also schwer bestimmbar), was im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das feste Material keineswegs fließfähig ist, wenn das feste Material in dem Spalt angeordnet ist.
-
Zielführend ist, wenn das feste Material ein wärmeleitfähiges Material ist. Günstig ist, wenn das feste Material ein wärmeleitfähiger Kunststoff ist. Zweckmäßiger Weise kann das feste Material ein Silikon, bzw. ein wärmeleitfähiger Silikonmantel sein. Möglich ist, dass das feste Material eine wärmeleitfähige Folie ist.
-
Das feste Material kann lediglich in einem bestimmten Bereich in dem Spalt angeordnet sein, also in einem Bereich des Spaltes zwischen den Mittelabschnitten und/oder zwischen den Bodenabschnitten. So kann das feste Material z. B. entlang des Spaltes auch unterbrochen in diesem angeordnet sein. In weiter zweckmäßiger Ausgestaltung füllt das feste Material den gesamten Spalt zwischen den sich gegenüberliegenden Mittelabschnitten oder Bodenabschnitten des Innentopfes und des Außentopfes durchgängig aus. In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, das feste Material in dem gesamten Spalt zwischen den Mittelabschnitten und den Bodenabschnitten durchgehend anzuordnen.
-
In zweckmäßiger Ausgestaltung füllt das feste Material den Spalt in Axialrichtung entlang des Spaltes gesehen zumindest bereichsweise aus, wobei das feste Material den Spalt in diesem Bereich in Radialrichtung gesehen vollständig ausfüllt. Insofern ist das feste Material quasi als Brücke zwischen dem Innenumfang des Außentopfes und dem Außenumfang des Innentopfes anzusehen. Der Begriff „entlang des Spaltes in Axialrichtung” schließt im Sinne der Erfindung sowohl den Spalt zwischen den Mittelabschnitten als auch zwischen den bevorzugt gebogenen Bodenabschnitten ein, wobei der Begriff „Radialrichtung” sich im Sinne der Erfindung auf den Spaltbetrag zwischen dem Innendurchmesser des Außentopfes und dem Außendurchmesser des Innentopfes und zwar sowohl des Mittelabschnittes als auch des bevorzugt gebogenen Bodenabschnittes bezieht.
-
Zielführend im Sinne der Erfindung ist, wenn das feste Material mit dem Innentopf verbunden ist bzw. zumindest an dessen Außenumfang anliegt, was sich auf eine Vormontageposition bezieht. Im montierten Zustand steht das feste Material zumindest bereichsweise, wie oben erläutert sowohl mit dem Innenumfang des Außentopfes als auch mit dem Außenumfang des Innentopfes in Verbindung. Zur Verbindung des festen Materials mit dem Innentopf kann vorgesehen sein, dass das feste Material in der Art eines Schrumpfschlauches auf den Innentopf aufgeschrumpft wird. Für eine Montage des Innentopfes in den Außentopf ist zweckmäßiger Weise vorgesehen, dass der Außentopf zunächst einen größeren Innendurchmesser aufweist als erforderlich, was mittels Erwärmung erreicht wird. Kühlt der Außentopf anschließend noch erfolgter Montage ab, weist dieser den konstruktionsbedingt notwendigen Innendurchmesser auf, und steht mit diesem zumindest bereichsweise, unterbrochen oder vollständig mit dem festen Material in Verbindung.
-
Da in dem Spalt erfindungsgemäß festes Material angeordnet ist, bedarf die Flanschverbindung zwischen dem Innentopf und dem Außentopf keinerlei zusätzliche Abdichtmaßnahmen. Insofern kann die Flanschverbindung ohne Rücksicht auf eventuell austretende flüssige Medien beispielsweise eine Schraubverbindung aufweisen, wobei natürlich optional eine Dichtung, z. B. als O-Ringdichtung vorgesehen werden kann. Da so beispielsweise auf eine Schweißverbindung oder auf eine temperaturanfällige Klebverbindung verzichtet werden kann, eröffnen sich bezogen auf das auszuwählende Material von Außentopf und Innentopf vielfältige Möglichkeiten, da auch artungleiche Materialien wählbar sind. So kann der Innentopf z. B. aus einer Nickelbasislegierung, beispielsweise aus einem Hastelloy® gebildet sein, wobei der Außentopf aus einer Titan-Legierung gebildet sein kann. Insbesondere wenn der Außentopf aus einer Titan-Legierung gebildet ist, ergeben sich vielfältige Vorteile, da dieser Werkstoff einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, hochfest ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, wobei sich insgesamt eine erhebliche Reduzierung der magnetischen Verlustleistung ergibt, was sich vorteilhaft auf die Energieeffizienz der Magnetkupplungspumpe auswirkt. Auch kann die Wandstärke des Außentopfes im Mittelabschnitt aufgrund der Eigenschaften der Titan-Legierung reduziert und z. B. einen Betrag von 0,5 mm aufweisen, wobei sich dann eine weitere Reduzierung der magnetischen Verlustleistung ergibt. Der genannte Betrag ist natürlich nur beispielhaft und keineswegs beschränkend.
-
Das feste Material ist als zu den beiden Töpfen separates Material ausgeführt, gleichwohl mit bevorzugt beiden Töpfen jeweils in Verbindung stehend und hat eine Doppelfunktion. Zum einen hat das feste Materials Stabilitätswirkung der beiden Spalttöpfe, welche im jeweiligen Mittelabschnitt und Bodenabschnitt vorteilhaft vollständig berührfrei zueinander beabstandet sind. Zum anderen übernimmt das feste Material die Funktion der Wärmeübertragung von dem Außentopf in das Fördermedium.
-
Mit der Erfindung wird so ein doppelwandiger Spalttopf zur Verfügung gestellt, dessen Außentopf und Innentopf einzeln unabhängig voneinander austauschbar sind, da lediglich die Flansch-Schraubverbindung gelöst werden muss. Wenn also nur einer der beiden Töpfe defekt ist, muss auch nur dieser ausgetauscht werden, was sich insbesondere bei den verwendeten, hochpreisigen Topfwerkstoffen besonders günstig auswirkt. Zudem weisen der Innentopf und der Außentopf weder im Mittelabschnitt noch im Bodenabschnitt Berührzonen auf. Vielmehr sind der Außentopf und der Innentopf entlang des Spaltes im Mittel- und Bodenabschnitt in Axialrichtung gesehen vollständig berührungsfrei gehalten, wobei auch ein in dem Innenumfang des Außentopfes einzubringendes Wegenetz entfällt.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
-
1 eine Magnetkupplungspumpe in einer Schnittdarstellung, und
-
2 einen doppelwandigen Spalttopf einer Magnetkupplungspumpe in einer Schnittdarstellung.
-
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
-
1 zeigt eine Magnetkupplungspumpe 1 welche einen Innenrotor und einen Außenrotor aufweist, die jeweils Magnete tragen, und mit einer Pumpenwelle 2, z. B. als Edelstahlwelle 2, welche ein Laufrad 3 trägt, und welche in einem hydrodynamischen Gleitlager 4 gelagert ist, wobei das hydrodynamische Gleitlager 4 von Fördermedium, aber auch mit einem anderen, produktverträglichen Fluid extern geschmiert werden kann. Die Magnetkupplungspumpe 1 ist an sich bekannt, weswegen diese nicht näher beschrieben ist.
-
2 zeigt einen Spalttopf 6 der Magnetkupplungspumpe 1 aus 1, wobei der Spalttopf 6 als doppelwandiger Spalttopf 6 ausgeführt ist, der einen Außentopf 7 und einen Innentopf 8 aufweist, die jeweils einen Flansch 17 bzw. 18, einen Mittelabschnitt 11, 12 und einen Bodenabschnitt 13, 14 aufweisen, wobei zwischen dem jeweiligen Mittelabschnitt 11, 12 und dem jeweiligen Bodenabschnitt 13, 14 ein Spalt 16 angeordnet ist. Der Innentopf 8 ist über seinen Flansch 17 mit dem Flansch 18 des Außentopfes 7 verbunden. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Spalt 16 zumindest bereichsweise mit einem festen Material 19 ausgefüllt ist. Das feste Material 19 ist in 2 als durchgehende Linie angedeutet.
-
Der jeweilige Mittelabschnitt 11, 12 ist jeweils im Schnitt gesehen zylindrisch ausgeführt, wobei der jeweils sich an den jeweiligen Mittelabschnitt 11, 12 anschließende Bodenabschnitt 13, 14 gewölbt ausgeführt ist. Beide Wölbungen sind gleichorientiert.
-
Wie beispielhaft dargestellt ist der Spalt 16 durchgehend und vollständig sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung gesehen mit dem festen Material 19 ausgefüllt. Lediglich in einer Tasche 21, welche jeweils fertigungsbedingt zwischen einem Übergangsbereich des Bodenabschnittes 14 des Außentopfs 7 zu dessen Mittelabschnitt 12 vorhanden ist, ist kein festes Material angeordnet.
-
Zur Verbindung der beiden Flansche 17 und 18 ist eine nicht dargestellte Schraubverbindung vorgesehen. Da in dem Spalt 16 erfindungsgemäß festes Material 19 angeordnet ist, bedarf die Flanschverbindung zwischen dem Innentopf 8 und dem Außentopf 7 keinerlei zusätzliche Abdichtmaßnahmen, wobei in 2 eine optionale Dichtung 9 z. B. in der Ausgestaltung als O-Ringdichtung 9 angeordnet ist.
-
Das feste Material 19 ist so angeordnet und ausgeführt, dass sowohl der Innenumfang 22 des Außentopfes 7 als auch der Außenumfang 23 des Innentopfes 8 mit dem festen Material 19 in Verbindung stehen.
-
Wie In 2 erkennbar sind sowohl der jeweilige Mittelabschnitt 11, 12 und der jeweilige Bodenabschnitt 13, 14 vollständig berührfrei gehalten. Lediglich die Flansche 17 und 18 stehen im gegenseitigen Kontakt.
-
2 zeigt auch einen Prüfanschluss 24 mit entsprechender Prüfvorrichtung 25, welche in dem Flansch 18 des Außentopf 7 angeordnet ist, so dass ein defekter Innentopf 8 und/oder Außentopf 7 detektierbar ist, wobei bei defektem Innen- bzw. Außentopf eine Massendruckänderung des festen Materials 19 aufnehmbar ist.
-
Das feste Material 19 in dem Spalt 16 ist in dem im Spalt 16 eingebrachten und diesen ausfüllenden Zustand ein absolut fließunfähiges Material, wobei das feste Material bevorzugt ein fester Kunststoff bzw. ein Silikon ist.
-
Das feste Material 19 kann zum Beispiel in der Art eines Schrumpfschlauches auf den Außenumfang 23 des Innentopfes 8 aufgeschrumpft sein. Möglich ist auch, als festes Material Silikon in dem montierten doppelwandigen Spalttopf 6 einzubringen, welches nur zu Einfüllzwecken fließfähig ist, sich aber sodann zu einer absolut fließunfähigen dauerelastischen Masse verfestigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Magnetkupplungspumpe
- 2
- Edelstahlwelle
- 3
- Laufrad
- 4
- Gleitlager
- 5
-
- 6
- Doppelwandiger Spalttopf
- 7
- Außentopf
- 8
- Innentopf
- 9
- Dichtung
- 10
-
- 11
- Mittelabschnitt von 8
- 12
- Mittelabschnitt von 7
- 13
- Bodenabschnitt von 8
- 14
- Bodenabschnitt von 7
- 15
-
- 16
- Spalt
- 17
- Flansch von 8
- 18
- Flansch von 7
- 19
- Festes Material
- 20
-
- 21
- Tasche
- 22
- Innenumfang von 7
- 23
- Außenumfang von 8
- 24
- Prüfanschluss
- 25
- Prüfvorrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009022916 A1 [0002, 0003]
- EP 0286822 B1 [0005]
- EP 0268015 [0005]
- EP 1777414 A1 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN EN ISO 2858 [0004]
- DIN EN ISO 15783 [0004]
- API 685 [0004]
