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Pumpe für chemisch aggressive Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine
Pumpe für chemisch aggressive Flüssigkeit, insbesondere zur Förderung von Elektrolytflüssigkeit
in elektrochemischen Zellen, mit einer Magnetkupplung, deren einer mit dem Pumpenlaufrad
verbundener Eupplungsteil in einem von der Flüssigkeit durchströmbaren Raum angeordnet
ist und deren anderer motorisch angetriebener Kupplungsvteil außerhalb dieses Raumes
angeordnet ist, wobei der innerhalb des von der Flüssigkeit durchströmbaren Raumes
angeordnete Kuppl-ungsteil ein mit einer Schutzschicht versehener Bariumferritkörper
ist.
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An Pumpen für chemisch aggressive Flüssigkeiten, wie Elektrolytförderpumpen,
werden wegen der Aggressivität der zu fördernden Flüssigkeiten hinsichtlich Abdichtung
und Zuverlässigkeit sehr hohe Anforderungen gestellt. Sie müssen beispielsweise
nach außen hermetisch abgeschlossen sein und über einen längeren Zeitraum wartungsfrei
arbeiten. Zu diesem Zweck verwendet man bevorzugt Pumpen mit einer Magnetkupplung,
welche eine durchführungsfreie Drehmomentübertragung ermöglichen. Bei derartigen
Pumpen ist auf dem Pumpenlaufrad ein ringförmiger Permanentmagnet angeordnet, der
in dem zu fördernden Medium umläuft und durch ein ihn umgebendes Pumpengehäuse vom
Außenraum hermetisch abgeschlossen ist. Außerhalb des nichtmagnetischen Pumpengehäuses
ist, dem Permanentmagneten benachbart, ein ebenfalls ringförmiger äußerer Kupplungsteil
angeordnet, welcher mit der Welle eines Antriebsmotors verbunden ist.
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Die bei diesen Pumpen verwendeten Permanentmagnete können aus Al-Ni-Co-Legierung
bestehen. Diese Legierung ist zwar laugebeständig,-so daß sie sich beispielsweise
zur Verwendung in Elektrolytförderpumpen für Kalilauge oder Natronlauge eignet,
sie ist aber andererseits teuer und schwierig zu bearbeiten. In handelsüblichen
Pumpen, welche sich insbesondere zur Förderung alkalischer Elektrolytflüssigkeiten
eignen, wird daher bevorzugt Bariumferrit als Material für die Permanentmagneten
verwendet. Bariumferrit ist aber nur bedingt elektrolytbeständig. Bei längerer Einwirkung
von Lauge und insbesondere bei der Einwirkung eines Kalilauge/ Hydrazin-Gemisches,
wie es für Hydrazin-Brennstoffelemente verwendet wird, nimmt die Magnetisierung
ab. Deshalb werden diese Bariumferritkörper mit einer Schutzschicht versehen, um
sie vor dem Angriff der aggresiven Flüssigkeit zu schützen, d.h. sie werden gekapselt.
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Die Kapselung erfolgt etwa in der Weise, daß die der Flüssigkeit ausgesetzten
Teile des in der Pumpenkammer angeordneten Bariumferrit-Dauermagneten mit Kunststoff,
insbesondere Epoxidharz, beschichtet werden. Ein Nachteil einer derartigen Kapselung
besteht darin, daß die Kunststoffschicht aus Sicherheitsgründen relativ stark sein
muß, nämlich etwa 1 bis 2 mm. Dies läuft aber der Forderung nach einer dünnen Schicht
zuwider, die erforderlich ist, um das vom Antriebsmagneten auf den Laufradmagneten
übertragbare Drehmoment nicht zu klein werden zu lassen. Die Ubertragbarkeit des
Drehmoments ist nämlich abhängig von der Größe des sogenannten Luftspaltes, d.h.
vom Abstand zwischen dem Laufradmagneten und dem Antriebsmagneten. Eine Kapselung
mit Epoxidharz, das zwar gut auf dem Bariumferritkörper haftet, weist darüber hinaus
den Nachteil auf, daß das Kunstharz in der Elektrolytflüssigkeit einer Quellung
unterliegt, wodurch ein Kontakt zwischen Magnet und Flüssigkeit nicht vollständig
verhindert werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Pumpe für chemisch aggressive
Flüssigkeit mit einer Magnetkupplung, bei welcher der Laufradmagnet ein mit einer
Schutzschicht versehener Bariumferritkörper ist, für einen wirkungsvollen und dauerhaften
Schutz des Laufradmagneten zu sorgen, so daß ein wartungsfreier und störungsfreier
Betrieb der Pumpe über einen langen Zeitraum gewährleistet ist. Darüber hinaus soll
die Kapselung derart ausgestaltet sein, daß die Verluste bei der Übertragung des
Drehmomentes vom Antriebsauf den Laufradmagneten möglichst niedrig gehalten werden
und der Wirkungsgrad der Pumpe deshalb gesteigert werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schutzschicht
ein auf dem Bariumferritkörper aufgekleder Metallüberzug aus elektrolytbeständigem,
nicht ferromagnetischem Material ist.
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Durch die erfindungsgemäße Kapselung wird ein Angriff der aggressiven
Flüssigkeit auf den Laufradmagneten nahezu vollständig unterbunden, da ein Material
verwendet werden kann, das gegen aggressive Flüssigkeiten, insbesondere gegen Elektrolytflüssigkeiten,
vollkommen beständig ist. Das Klebemittel kann nur noch an einer schmalen Zone am
Ende des Betallüberzuges mit der Flüssigkeit in Berührung kommen.
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Da der Magnet zumindest an einer Seite mit dem Pumpenlaufrad verbunden
ist, kann er nämlich nicht vollständig mit dem Metallüberzug versehen werden. Im
allgemeinen ist der Laufradmagnet derart am Laufrad angeordnet, daß nur die dem
Antriebsmagneten zugekehrte Oberfläche freiliegt. In diesem Fall wird der Laufradmagnet
in der Weise mit der Schutzschicht versehen, daß diese Oberfläche vollkommen abgedeckt
ist und der Magnet von der Schutzschicht teilweise noch umschlossen wird, indem
der Metallüberzug in das den Magneten umgebende Material des Laufrades eingelagert
wird. Auf
diese Weise wird die Berührungsmöglichkeit zwischen Flüssigkeit
und Bariumferritkörper weiter vermindert.
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Vorzugsweise kann der Metallüberzug mit Epoxidharz auf dem Bariumferritkörper
aufgeklebt sein. Dadurch wird eine gute Haftung des Metallüberzuges am Laufradmagneten
erreicht.
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Vorteilhaft ist der Metalldberzug~eine Metallfolie mit einer Dicke
unter 100 /u. Die Kapselung kann auf diese Weise dünn gehalten werden und es kann
ein großes Drehmoment übertragen werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Metallüberzuges
etwa 30 /u. Da im allgemeinen eine Klebeschicht von etwa 30 /u ausreichend ist,
ergibt sich dabei insgesamt eine Stärke der Kapselung von nur etwa 60 /u.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, zur Kapselung einen Metallüberzug aus
duktilem Material zu verwenden, weil dieser dann durch einen Prägevorgang der Form
des Laufradmagneten angepaßt werden kann.
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Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Pumpe zur Förderung von Elektrolytflüssigkeiten
in elektrochemischen Zellen, beispielsweise Brennstoffelementen oder Brennstoffbatterien,
wird beim Vorhandensein von alkalischen Elektrolytflüssigkeiten vorzugsweise Silber
als Material für den Metallüberzug verwendet und bei sauren Elektrolytflüssigkeiten
vorzugsweise Gold. Es sind aber auch andere Metalle verwendbar, die den Forderungen
der Elektrolytbeständigkeit und des nicht-ferromagnetischen Charakters genügen.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur soll die Erfindung
noch näher erläutert werden.
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Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsformder
erfindungsgemäßen Pumpe.
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In einem Pumpengehäuse 10 ist eine Trennwand 11 angeordnet, welche
den eigentlichen Pumpenteil vom Antriebsteil trennt.
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Der Antriebsteil, welcher durch einen Flansch 12 mit dem Pumpengehäuse
10 verbunden ist, weist einen Motor 13 auf, dessen Welle 14 mit dem in einer Halterung
gelagerten Antriebsmagneten 15 versehen ist. Der Antriebsmagnet 15 ist ringförmig
ausgebildet und unmittelbar an der Trennwand 11 angeordnet. Der Pumpenteil weist
eine Pumpenkammer 16 auf, in welche die zu fördernde Flüssigkeit durch eine Leitung
17 eintritt. Durch eine Leitung 18 verläßt die Flüssigkeit die Pumpenkammer 16.
In der Pumpenkammer ist das als Flügelrad ausgebildete Pumpenlaufrad 19 angeordnet,
welches mit einer von zwei Lagern 20 und 21 gehaltenen Welle 22 verbunden ist. Am
Pumpenlaufrad ist der Laufradmagnet 23 angeordnet, welcher ebenso wie der Antriebsmagnet
15 ringförmig ausgebildet ist. Laufradmagnet und Antriebsmagnet stehen einander
gegenüber und sind durch die Trennwand 11 voneinander getrennt.
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Lauiradmagnet und Antriebsmagnet bestehen aus Bariumferrit, das Pumpengehäuse
und das Pumpenlaufrad im allgemeinen aus Kunststoff. Dient die erfindungsgemäße
Pumpe zur Förderung eines Gemisches aus Kalilauge (KOH) und Hydrazin (N2H4), so
besteht das Laufrad beispielsweise aus Polyamid oder Polystyrol und das Pumpengehäuse
aus Polyvinylchlorid (PVC) oder Polypropylen (PP). Auch die Trennwand 11 kann aus
PVC oder PP bestehen. Da die Trennwand aber sehr dünn sein soll, um das übertragbare
Drehmoment möglichst groß zu halten, sie andererseits aber durch die an ihr angebrachte
Halterung 21 für die Welle 22 mechanisch beansprucht wird, besteht sie vorzugsweise
aus nicht magnetisierbarem VA-Stahl. Die Dicke der Trennwand beträgt dann vorzugsweise
etwa i mm.
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Diese Ausgestaltung der Trennwand ist auch dann vorteilhaft, wenn
das zu fördernde KOH/N2H4-Gemisch eine erhöhte Temperatur aufweist, was im allgemeinen
der Fall ist, nämlich etwa 600C.
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Der Laufradmagnet 23 ist mit einem Metallüberzug 24 aus Silber versehen,
welcher mit-Epoxidharz auf den Magneten aufgeklebt ist. Die Klebeschicht und der
Metallüberzug sind jeweils etwa 30 /u dick. Der Metallüberzug 24 ist um die ursprünglich
freiliegende, der Trennwand 11 zugewandten Seite des Laufradmagneten 23 herumgeführt
und in einen in das Lauirad 19 eingearbeiteten kleinen Spalt eingelagert. Auf diese
Weise wird ein vollständiger Schutz des Bariumferritkörpers erreicht.
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Die erfindungsgemäße Pumpe kann auch zur Förderung eines Schwefelsäure/Methanol-Gemisches
für saure Brennstoffelemente verwendet werden; in diesem Fall wird als Schutzschicht
für den Laufradmagneten vorzugsweise ein Metallüberzug aus Gold verwendet. Die Verwendung
der erfindungsgemäßen Pumpe ist aber nicht auf die Förderung ton Elektrolytflüssigkeiten
bzw. Elektrolyt/Brennstoff-Gemischen für Brennstoffelemente beschränkt, sondern
sie kann allgemein zur Förderung aggressiver Flüssigkeiten dienen, beispielsweise
zur Förderung von Säuren oder Laugen.
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5 Patentansprüche 1 Figur