-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetkupplungspumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsringpumpe mit Magnetkupplungsantrieb.
-
Unter Magnetkupplungspumpe versteht man eine konventionelle Pumpe mit einem magnetischen, üblicherweise permanentmagnetischen Antriebssystem. Dieses System nutzt die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Permanentmagneten, die einerseits auf einem mit der Pumpenwelle verbundenen Innenrotor und andererseits auf einem mit einer Antriebswelle verbundenen Außenrotor angeordnet sind. Die Antriebswelle selbst wird von einem Motor, üblicherweise einem Elektromotor, betrieben. Zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor ist ein Spalttopf angeordnet, der den Arbeitsraum der Pumpe hermetisch von der Umgebung trennt. Magnetkupplungspumpen gehören daher zu den am vielfältigsten einsetzbaren Pumpenarten. Sie sind robust und aufgrund der galvanischen Trennung von Motor und Laufrad äußerst betriebssicher. Ein besonderer Vorteil der Magnetkupplungspumpe ist darin zu sehen, dass der Spalttopf eine dichtungslose, hermetische Trennung von Antriebswelle und Pumpenwelle gewährleistet, sodass im Betrieb keinerlei Leckagen oder sonstige Emissionen in die Umgebung auftreten. Magnetkupplungspumpen eignen sich daher insbesondere zum Fördern umweltschädlichen, geruchsintensiven, toxischen oder anderweitig gefährlichen Fördermedien. Derartige Pumpen sind daher besonders zum Einsatz in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie geeignet.
-
Da antriebsseitig eine hermetische Abdichtung des Arbeitsraums einer solchen Pumpe zur Umgebung hin durch den Spalttopf gewährleistet ist, wird die Pumpenwelle üblicherweise mittels Gleitlagern gelagert, die vom Fördermedium gespült werden.
-
Eine derartige Pumpe ist jedoch auch mit Nachteilen verbunden. So können Feststoffhaltige Verunreinigungen in den Fördermedien die Gleitlager der Pumpe zerstören. Darüber hinaus behindern hochviskose Verunreinigungen in den Fördermedien die Schmierung der Gleitlager und die Wärmeabfuhr aus dem Spalttopf der Magnetkupplung, wo insbesondere dann, wenn der Spalttopf aus Metall besteht, Wirbelströme induziert werden. Auch wenn beispielsweise hochwerte Wälzlager aus keramischen Werkstoffen zur Lagerung der Pumpenwelle eingesetzt werden, ist zwar eine Schmierung und Kühlung durch das Fördermedium möglich. Allerdings können auch solche Lager durch Verunreinigungen im Fördermedium beschädigt werden. Wenn als Pumpe eine Flüssigkeitsringvakuumpumpe eingesetzt wird, darf diese nur bis zur Höhe der Pumpenwelle mit Flüssigkeit gefüllt werden. Dadurch ergibt sich in der Anlaufphase ein kurzer Trockenlauf. Außerdem sammeln sich bei einer derartigen Pumpe bauartbedingt Gase in der Nähe der Pumpenwelle, sodass grundsätzlich die Gefahr besteht, dass die Gleitlager trockenlaufen und so zerstört werden.
-
Als Alternative zum Einsatz einer Magnetkupplungspumpe werden in Anwendungsbereichen, bei denen kritische Medien gefördert werden müssen, ohne dass Schadstoff in die Umgebung entweichen können, heute auch Pumpen eingesetzt, bei denen der Arbeitsraum gegenüber der Umgebung mit doppeltwirkenden Gleitringdichtungen abgedichtet wird. Unter einer doppelt wirkenden Gleitringdichtung versteht man die Anordnung von zwei Gleitringdichtungen, sodass bei Versagen der ersten Gleitringdichtung die zweite Gleitringdichtung die notwendige Abdichtung gegenüber der Umgebung noch gewährleisten kann. Der Zwischenraum zwischen beiden Gleitringdichtungen wird mit einem Sperrmedium geflutet, das einerseits für die Umgebung ungefährlich und andererseits auch mit dem Fördermedium verträglich ist. Das Sperrmedium gewährleistet auch die Schmierung der zweiten Gleitringdichtung, solange die erste Gleitringdichtung intakt ist und somit kein Fördermedium zum Schmieren der zweiten Gleitringdichtung zur Verfügung steht. Eine doppelt wirkende Gleitringdichtung gewährleistet zwar eine zuverlässige Abdichtung und eine robuste Lagerung der Pumpenwelle, ist aber mit hohen Kosten für die Dichtung, den Spülkreislauf für das Sperrmedium und die erforderliche Mess- und Regeltechnik verbunden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine kostengünstigere, zuverlässige Pumpe zum Fördern von Fluiden bereitzustellen, die das Entweichen von Schadstoffen an die Umgebung verhindert, und die mit der herkömmlichen Magnetkupplungspumpe oder der Pumpe mit doppelt wirkender Gleitringdichtung verbundenen Nachteile vermeidet.
-
Gelöst wird dieses technische Problem durch die Pumpe mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine Magnetkupplungspumpe bereitzustellen, bei der auf der Pumpenwelle zwischen dem Arbeitsraum und dem antriebsseitigen Ende der Pumpenwelle eine einfach wirkende Gleitringdichtung angeordnet ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Magnetkupplungspumpe mit einem Gehäuse, das einen Arbeitsraum umgibt, einer Pumpenwelle, die durch wenigstens ein erstes Lager in dem Gehäuse drehbar gelagert ist und an ihrem antriebsseitigen Ende einen Innenrotor aufweist, wenigstens einem in dem Arbeitsraum angeordneten, drehfest mit der Pumpenwelle verbundenen Laufrad, einer Antriebseinheit, die eine Antriebswelle und einen mit der Antriebswelle verbundenen Außenrotor aufweist, welcher den Innenrotor umgreift, und einen Spalttopf, der zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei auf der Pumpenwelle zwischen dem Arbeitsraum und dem antriebsseitigen Ende der Pumpenwelle eine erste einfach wirkende Gleitringdichtung angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Pumpe verbindet also die Vorteile einer herkömmlichen Magnetkupplungspumpe, insbesondere die kostengünstige, hermetische Abdichtung des Arbeitsraums, mit den Vorteilen einer robusten Lagerung der Pumpenwelle mittels einer Gleitringdichtung. Da erfindungsgemäß lediglich eine einfach wirkende Gleitringdichtung vorgesehen ist, entfallen die hohen Kosten für den Spülkreislauf einer doppelt wirkenden Gleitringdichtung, während die vorteilhaften Abdichtungseigenschaften durch den Spalttopf der Magnetkupplungspumpe gewährleistet bleiben.
-
Die erfindungsgemäße Pumpe kann in Blockbauweise mit einer lediglich antriebsseitig vorgesehenen Lagerung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Pumpenwelle jedoch auch an ihrem antriebsfernen Ende durch ein zweites Lager drehbar gelagert, wobei in diesem Fall auf der Pumpenwelle zwischen dem Arbeitsraum und dem antriebsfernen Ende der Pumpenwelle eine zweite einfach wirkende Gleitringdichtung angeordnet ist. Somit ist auch am antriebsfernen Ende der Pumpenwelle eine robuste, zuverlässige Lagerung gewährleistet.
-
Da eine einfach wirkende Gleitringdichtung aber nicht die Leckagesicherheit einer doppelt wirkenden Gleitringdichtung gewährleistet, muss das Gehäuse am antriebsfernen Ende der Pumpenwelle gasdicht ausgeführt sein. Insbesondere wenn zu Wartungszwecken ein abnehmbarer Gehäusedeckel vorgesehen ist, ist dieser vorteilhaft gasdicht auf dem stirnseitigen Ende des Gehäuses montiert. Hierzu kann beispielsweise ein O-Ring zwischen dem Rand des Gehäusedeckels und dem Gehäuse angeordnet sein.
-
Die Abdichtung des Arbeitsraums am antriebsseitigen Ende der Pumpenwelle über die erste Gleitringdichtung und den Spalttopf und am antriebsfernen Ende der Pumpenwelle über die zweite Gleitringdichtung und den Dichtring des Gehäusedeckels ist auch bei einem Versagen der Gleitringdichtungen gewährleistet. Damit der Nutzer trotzdem einen Hinweis auf das Versagen einer Gleitringdichtung bekommt, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Magnetkupplungspumpe im Gehäuse zwischen der ersten Gleitringdichtung und dem antriebsseitigen Ende der Pumpenwelle und/oder zwischen der zweiten Gleitringdichtung und dem antriebsfernen Ende der Pumpenwelle jeweils eine Leckageöffnung vorgesehen, über die Leckagefluid austreten kann. Im Betrieb wird vorzugsweise an den Leckageöffnungen jeweils ein Auffangbehälter angebracht, der wiederum dafür sorgt, dass kein Fluid an die Umgebung abgegeben wird, und der außerdem gewährleistet, dass man anhand des Füllstandes im Behälter erkennen kann, wie viel Fluid im Betrieb tatsächlich austritt. Vorzugsweise ist die Leckageöffnung mit einem Leckagesensor vorgesehen, der beispielsweise als Füllstandssensor in dem an der Leckageöffnung angebrachten Auffangbehälter ausgebildet sein kann.
-
Besonders bevorzugt ist auf der Pumpenwelle auf Höhe der Leckageöffnung (en) zwischen der ersten Gleitringdichtung und dem antriebsseitigen Ende der Pumpenwelle eine erste Schleuderscheibe und/oder zwischen der zweiten Gleitringdichtung und dem antriebsfernen Ende der Pumpenwelle eine zweite Schleuderscheibe angeordnet, wobei die Schleuderscheiben dafür sorgen, dass das austretende Fluid von der Pumpenwelle weg zur Innenwand des Gehäuses geschleudert wird, von wo aus es über die Leckageöffnung ablaufen kann. Dadurch wird verhindert, dass Fluid, welches über die Gleitringdichtung austritt, bis zu den Lagern der Pumpenwelle gelangen kann.
-
Vorteilhaft sind die ersten und zweiten Lager in Lagerträgern angeordnet, welche das Gehäuse an dessen beiden Stirnseiten, also der antriebsseitigen Stirnseite und der antriebsfernen Stirnseite, abschließen. Als Lager für die Pumpenwelle können herkömmliche Gleitlager verwendet werden. Besonders bevorzugt werden jedoch Wälzlager verwendet. Die Wälzlager erfordern keine Schmierung durch das Förderfluid, sondern werden mit üblichen Schmierstoffen geschmiert und gekühlt. So können Wälzlager mit einer Fettfüllung zum Einsatz kommen, welche über die Lebensdauer der Lager eine servicefreie Schmierung ermöglichen.
-
Bei der Verwendung von Wälzlagern ist eine besonders robuste Lagerung gewährleistet, da die Lagerung selbst nicht unmittelbar an den Arbeitsraum angrenzt und auch nicht vom Fördermedium gespült werden muss. Da jedoch über die Gleitringdichtungen vor allem Dämpfe in den Bereich der Lager gelangen können, kommen vorteilhaft Lager und Fette in einer Ausführung zur Anwendung, die hinsichtlich ihrer Einsatzdauer durch den Dampf des Fördermediums nicht eingeschränkt werden.
-
Die erfindungsgemäße Magnetkupplungspumpe kann als ein- oder mehrstufige Pumpe ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Magnetkupplungspumpe als zweistufige Pumpe ausgebildet, d.h., es sind zwei Laufräder in zwei Teilarbeitsräumen auf der Pumpenwelle angeordnet. Über einen Verbindungsabschnitt wird gewährleistet, dass der Druckausgang der ersten Stufe mit dem Saugeingang der zweiten Pumpenstufe kommunizieren kann.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetkupplungspumpe besteht der Spalttopf aus einem nichtmetallischen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff- oder Keramikmaterial, sodass im Betrieb Wirbelstromverluste vermieden werden.
-
Die Erfindung ist mit unterschiedlichen Pumpentypen einsetzbar. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Magnetkupplungspumpe um eine Kreiselpumpe, eine Seitenkanalpumpe oder, ganz besonders bevorzugt, um eine Flüssigkeitsringpumpe.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
In den Zeichnungen zeigt:
-
1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetkupplungspumpe;
-
2 eine Detailansicht des Bereichs des antriebsseitigen Endes der Pumpe der 1; und
-
3 eine Detailansicht eines Bereichs des antriebsfernen Endes der Pumpe der 1.
-
In den 1 bis 3 ist eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetkupplungspumpe dargestellt, bei der die Pumpe selbst als zweistufige Flüssigkeitsringpumpe ausgebildet ist.
-
Die Magnetkupplungspumpe 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das einen Arbeitsraum 12 umgibt, der einen Saugraum 13 und einen Druckraum 14 umfasst. Der Saugraum 13 endet in einem Saugstutzen 15, während der Druckraum 14 in einem (nicht dargestellten) Druckstutzen der Pumpe endet. In dem Gehäuse 11 ist eine Pumpenwelle 16 drehbar gelagert. Dazu weist das Pumpengehäuse 11 einen ersten antriebsseitigen Lagerträger 17 und einen zweiten antriebsfernen Lagerträger 18 auf. Im ersten Lagerträger 17 ist ein erstes Wälzlager 19 angeordnet, während im zweiten Lagerträger 18 ein zweites Wälzlager 20 angeordnet ist. Auf der Pumpenwelle ist ein erstes Laufrad 21 angeordnet, das axial von zwei Steuerscheiben 22, 23 begrenzt wird, während ein zweites, in Strömungsrichtung nachgeschaltetes Laufrad 24 von zwei Steuerscheiben 25, 26 begrenzt wird. In den Steuerscheiben 22, 23 sind die Saug- bzw. Drucköffnungen der ersten Pumpenstufe angeordnet, während in den Steuerscheiben 25, 26 die Saug- bzw. Drucköffnungen der zweiten Pumpenstufe angeordnet sind. Zwischen den Steuerscheiben 23 und 25 ist ein Verbindungskanal 27 vorgesehen, welcher die Drucköffnung der ersten Pumpenstufe mit der Saugöffnung der zweiten Pumpenstufe verbindet. Die Saug- und Drucköffnungen der Steuerscheiben sind in dem Schnitt der 1–3 nicht erkennbar.
-
Die erfindungsgemäße Magnetkupplungspumpe 10 umfasst auch eine insgesamt mit der Bezugsziffer 28 bezeichnete Antriebseinheit. Die Antriebseinheit 28 umfasst eine Antriebswelle 29, die an ihrem antriebsseitigen Ende 30 direkt oder indirekt mit einem (nicht dargestellten) Motor, beispielsweise einem Elektromotor, verbunden sein kann. Bei der Antriebswelle 29 kann es sich jedoch auch unmittelbar um die Motorwelle eines derartigen Motors handeln. An ihrem pumpenseitigen Ende 31 einen Außenrotor 32 auf, der mit Permanentmagneten 33 bestückt ist. Auf der Pumpenwelle 16 ist auf Höhe des Außenrotors 32 ein Innenrotor 34 angeordnet, dessen Außenumfang ebenfalls mit Permanentmagneten 35 bestückt ist, welche mit den Permanentmagneten 33 am Innenumfang des Außenrotors 32 in Wechselwirkung treten können. Zwischen dem Außenrotor 32 und dem Innenrotor 34 ist ein luftgefüllter Spalttopf 36 dicht mit dem ersten Lagerträger 17 des Gehäuses 11 verbunden, sodass der Arbeitsraum 12 am antriebsseitigen Ende 37 der Pumpenwelle 16 hermetisch dicht abgeschlossen wird. Auf der Pumpenwelle ist zwischen dem Arbeitsraum 12 und dem antriebsseitigen Ende 37 der Pumpenwelle 16, speziell zwischen der Steuerscheibe 22 und dem ersten Wälzlager 19, eine erste, einfach wirkende Gleitringdichtung 38 angeordnet, die insbesondere in der Detailansicht der 2 besser erkennbar ist. Die Gleitringdichtung 38 weist einen mit der Pumpenwelle 16 drehfest verbundenen Gleitring 39 auf, der mittels einer Feder 40 gegen einen mit dem Gehäuse 11 verbundenen Gegenring 41 gedrückt wird.
-
Entsprechend ist, wie insbesondere in der Detailansicht der 3 erkennbar ist, an dem antriebsfernen Ende 42 der Pumpenwelle 16, speziell zwischen der Steuerscheibe 26 und dem zweiten Wälzlager 20, eine zweite Gleitringdichtung 43 angeordnet, die wiederum einen mit der Pumpenwelle 16 verbundenen Gleitring 44 aufweist, der mittels einer Feder 45 gegen einen mit dem Gehäuse 11 verbundenen Gegenring 46 gedrückt wird.
-
Während die zweite Gleitringdichtung 43 das zweite Wälzlager 20 zuverlässig vor Flüssigkeiten aus dem Arbeitsraum 12 schützt, können Gase aus dem Arbeitsraum 12 aber bis zum Wälzlager 20 gelangen. Daher ist es erforderlich, den bei der erfindungsgemäßen Pumpe stirnseitig vorgesehenen Gehäusedeckel 47 gasdicht am Gehäuse 11 zu montieren. Dazu ist zwischen dem Gehäusedeckel 47 und der entsprechenden Öffnung in dem Gehäuse 11 eine, im vorliegenden Beispiel als O-Ring ausgebildete Dichtung 48 vorgesehen. Zwischen der ersten Gleitringdichtung 38 und dem antriebsseitigen Ende 37 der Pumpenwelle 16 ist im Gehäuse 11 eine erste Leckageöffnung 49 vorgesehen, während zwischen der zweiten Gleitringdichtung 43 und dem antriebsfernen Ende 42 der Pumpenwelle 16 eine zweite Leckageöffnung 50 im Gehäuse 11 ausgespart ist. Über die Leckageöffnungen 49, 50 können Fluide, welche die Gleitringdichtungen überwinden, in (nicht dargestellte) Auffangbehälter abgeleitet werden, welche an den Leckageöffnungen 49, 50 anschließbar sind. Für eine automatisierte Überwachung können in den Auffangbehältern Füllstandsensoren angebracht sein, welche den Benutzer warnen, wenn ein bestimmter Füllstand an Leckagefluid erreicht ist. Der Benutzer erhält so einerseits einen Hinweis, dass der entsprechende Auffangbehälter entleert werden muss und kann andererseits aus den Zeitintervallen zwischen entsprechenden Warnungen abschätzen, wie funktionstüchtig die jeweilige Gleitringdichtung noch ist. Für eine zuverlässige Ableitung von Leckagefluid ist jeweils auf Höhe der Leckageöffnungen 49, 50 eine erste Schleuderscheibe 51 bzw. eine zweite Schleuderscheibe 52 auf der Pumpenwelle 16 montiert. Wie man der Darstellung der 2 entnehmen kann, befindet sich die Leckageöffnung 49 aus baulichen Gegebenheiten im dargestellten Beispiel nicht exakt auf Höhe der ersten Schleuderscheibe 51, da am antriebsseitigen Ende 37 der Pumpenwelle 16 das Gehäuse 11 komplexer ausgebildet ist, um den Anschluss des Spalttopfes 36 zu gewährleisten. Daher ist zunächst auf Höhe der ersten Schleuderscheibe 51 in einer Wandung des ersten Lagerträgers 17 eine Öffnung 53 ausgespart, welche in einen Zwischenraum 54 mündet, der wiederum in die erste Leckageöffnung 49 mündet.
-
Man erkennt insbesondere in den 2 und 3 außerdem Querstiche 55, 56 im Gehäuse 11, welche den Arbeitsraum 12 mit der ersten bzw. zweiten Gleitringdichtung verbinden, sodass eine Schmierung der Gleitringdichtungen mit Fördermedium gewährleistet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Magnetkupplungspumpe
- 11
- Gehäuse
- 12
- Arbeitsraum
- 13
- Saugraum
- 14
- Druckraum
- 15
- Saugstutzen
- 16
- Pumpenwelle
- 17
- erster Lagerträger
- 18
- zweiter Lagerträger
- 19
- erstes Wälzlager
- 20
- zweites Wälzlager
- 21
- erstes Laufrad
- 22
- saugseitige Steuerscheibe der ersten Pumpenstufe
- 23
- druckseitige Steuerscheibe der ersten Pumpenstufe
- 24
- zweites Laufrad
- 25
- saugseitige Steuerscheibe der zweiten Pumpenstufe
- 26
- druckseitige Steuerscheibe der zweiten Pumpenstufe
- 27
- Verbindungskanal
- 28
- Antriebseinheit
- 29
- Antriebswelle
- 30
- motorseitiges Ende der Antriebswelle
- 31
- pumpenseitiges Ende der Antriebswelle
- 32
- Außenrotor
- 33
- Permanentmagneten des Außenrotors
- 34
- Innenrotor
- 35
- Permanentmagneten des Innenrotors
- 36
- luftgefüllter Spalttopf
- 37
- antriebsseitiges Ende der Pumpenwelle
- 38
- erste Gleitringdichtung
- 39
- Gleitring der ersten Gleitringdichtung
- 40
- Feder der ersten Gleitringdichtung
- 41
- Gegenring der ersten Gleitringdichtung
- 42
- antriebsfernes Ende der Pumpenwelle
- 43
- zweite Gleitringdichtung
- 44
- Gleitring der zweiten Gleitringdichtung
- 45
- Feder der zweiten Gleitringdichtung
- 46
- Gegenring der zweiten Gleitringdichtung
- 47
- Gehäusedeckel
- 48
- Dichtung (O-Ring)
- 49
- erste Leckageöffnung
- 50
- zweite Leckageöffnung
- 51
- erste Schleuderscheibe
- 52
- zweite Schleuderscheibe
- 53
- Öffnung
- 54
- Zwischenraum
- 55
- erster Querstich
- 56
- zweiter Querstich
