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Zentrifugalpumpe mit kraftschlüssigert magentischer
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Drehmomentübertragung auf das Laufrad Die Erfindung betrifft eine
Zentrifugalpumep mit kraftschlüssiger, magnetischer Drehmomentübertragung auf das
Laufrad, bestehend aus - einem Pumpengehäuse mit zentralem Saugstutzen und radialem
Druckstutzen, - einer das Pumpengehäuse auf der dem Saugstutzen abgewandten, antriebsseitigen
Seite dicht verschließenden, zumindest in Teilbereichen für magnetische Kraftfelder
durchlässigen, nicht magnetisierbaren Trennwand, - einer mit der Trennwand verbundenen,zentral
in das Pumpengehäuse vorstehenden Laufradnabe, - einem auf der Laufradnabe drehbar
gelagerten Laufradeinheit mit einem dicht an die Trennwand angrenzenden Mitnehmermagnetkranz,
- einem antriebsseitig mit dem Pumpengehäuse und der Trennwand verbundenen Lagergehäuse
und
- einem drehbar innerhalb des Lagergehäuses gelagerten Magnetrotor
mit einem dicht an die Trennwand angrenzenden und durch diese von dem Mitnehmermagnetkranz
getrennten Antriebsmagnetkranz sowie mit einer zentral aus dem Lagergehäuse nach
außen geführten Antriebswelle.
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Solche Pumpen mit magnetischer Drehmomentübertragung sind bekannt.
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Sie werden in Fällen verwendet, in denen eine absolute Trennung zwischen
dem Inneren des von dem zu fördernden Medium durchströmten Pumpengehäuses und den
Antriebsbauteilen der Pumpe gewährleistet sein soll. Bei Pumpen, bei denen das Laufrad
unmittelbar mit der Antriebswelle verbunden ist, läßt sich nie vollständig verhindern,
daß Fördermedium unter Druck trotz Abdichtung in dem Lagerungsbereich der Pumpenwelle
eindringt. Um dies zu vermeiden, werden zwar die unterschiedlichsten Konstruktionsmaßnahmen
zur Abdichtung ergriffen bzw. wird ein Sperrmedium unter Gegendruck in die Lagerung
eingeführt, soll ein Eindringen des Fördermediums in diesen Bereich jedoch mit Sicherheit
vermieden werden, so ist dies beispielsweise durch Vorsehen einer vollständig abdichtenden
Trennwand möglich, durch die hindurch die Rotationsenergie für das Laufrad mittels
magnetischer Mitnehmer übertragen wird.
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Dies erfolgt im allgemeinen mittels zweier Magnetkränze, von denen
einer an der Laufradeinheit vorgesehen ist und möglichst dicht an die Trennwand
angrenzt, und der andere sich an einem mit der Antriebswelle verbundenen Magnetrotor
jenseits der Trennwand befindet, wobei zum Erreichen einer möglichst schlupffreien
Drehmomentübertragung darauf zu achten ist, daß die beiden Magnetkränze trotz der
zwischen ihnen liegenden Trennwand einen möglichst geringen Abstand voneinander
aufweisen. Daraus ergibt sich die Forderung, daß die Trennwand für eine einwandfreie
magentische Drehmomentübertragung zumindest im Bereich der Magnetkränze möglichst
dünn ausgeführt werden muß.
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Dies hat zur Folge, daß sich die Trennwand unter dem im Inneren des
Pumpengehäuses herrschenden Druck leicht verformen bzw.
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durchbiegen kann, wobei die Gefahr besteht, daß einer der Magnetkränze,
im allgemeinen der Antriebsmagnetkranz am Magnetrotor gegen die Trennwand anläuft.
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Man hat dies durch geeignete Formgebung der Trennwand einzuschränken
versucht, indem man die Trennwand mit einem in achsialer Richtung verlaufenden,
zylindrischen Abschnitt versehen hat, der die geforderte dünne Ausbildung aufweist,
und die Magnetkränze entsprechend in konzentrischer, zylindrischer Gestalt in Form
einer Zentraldrehkupplung ausgebildet hat. Dadurch wird die Baulänge der Pumpe vergrößert,
denn der Mitnehmermagnetkranz muß an einem eigens dafür vorgesehenen Fortsatz an
der antriebsseitigen Rückseite des Laufrades angeordnet werden. Aber auch durch
diese Pumpengestaltung lassen sich die Verformungen der Trennwand nicht vollständig
vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugruriue, eine Zentrifugalpumpe des
eingangs bezeichneten Typs so auszubilden, daß die das Pumpengehäuse antriebsseitig
verschließende Trennwand möglichst keine Verformungen unter dem in dem Pumpengehäuse
herrschenden Druck erfährt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennwand
und die mit ihr verbundene Laufradnabe unter Zwischenfügung mindestens eines Lagers
antriebsseitig in achsialer Richtung gegen den Magnetrotor abgestützt sind.
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Besonders kurze Baulängen der Pumpe können dabei dennoch eingehalten
werden, wenn die Trennwand als eine sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende
Scheibe ausgebildet ist, die mit ihrem Außenumfang zwischen Pumpengehäuse und Lagergehäuse
eingespannt
ist, wobei die Magnetkränze ringscheibenförmig in Gestalt einer Stirndrehkupplung
ausgebildet sind.
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Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, die sich insbesondere auf
Anzahl und Anordnung der vorgesehenen Lager beziehen, sind in den Unteransprüchen
beansprucht.
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Im einzelnen werden diese Merkmale anhand zweier Ausführungsbeispiele
unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es stellen dar: Figur 1 einen Achsialschnitt durch eine Zentrifugalpumpe
mit magnetischer Drehmomentübertragung und Figur 2 einen Achsialschnitt durch eine
andere Ausführungsform einer solchen Pumpe.
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Die in Figur 1 dargestellte Zentrifugalpumpe weist ein Pumpengehäuse
1 mit einem zentralen Saugstutzen 2 und einem radialen Druckstutzen 3 auf, wie dies
bei solchen Pumpen allgemein üblich ist. Das gesamte Pumpengehäuse ist mit einer
Kunststoffauskleidung 4 versehen.
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Unter Zwischenfügung eines Dichtringes 5 ist das Pumpengehäuse antriebsseitig
durch eine Trennwand 6 verschlossen. Die Trennwand 6 ist mit ihrem Außenumfang zwischen
Pumpengehäuse 1 und ein sich antriebsseitig an dieses anschließendes Lagergehäuse
7 eingespannt.
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Innerhalb des Lagergehäuses 7 ist mittels zweier in achsialem Abstand
voneinander angeordneter Radiallager, nämlich eines Loslagers 8 und eines zur Aufnahme
von Achsialdruck ausgebildeten Festlagers 9 ein Magnetrotor 10 drehbar gelagert.
Antriebsseitig
ist eine Abschlußscheibe 11 gegen den Magnetrotor
geschraubt, welche die Antriebswelle 12 trägt.
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Im Berech seiner Lagerung weist der Magnetrotor 10 einen hohlen Abschnitt
13 auf, innerhalb dessen mittels zweier in achsialem Abstand voneinander angeordneter
Radiallager 14 und 15, von denen das Lager 14 als Loslager und das Lager 15 als
achsialdruckaufnehmendes Festlager ausgebildet ist, eine feststehende Pumpenachse
16 abgestützt ist. Die Pumpenachse 16 erstreckt sich durch eine Bohrung in der Trennwand
6, mit welcher sie mittels einer Uberwurfmutter 17 fest und dicht verschraubt ist,
und ist als Laufradnabe 18 in den Innenraum des Pumpengehäuses 1 hineinverlängert.
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Auf die Laufradnabe 18 ist mittels einer Mutter 19 eine Laufradlagerung
20 aufgezogen, in der das Laufrad 21 drehbar gelagert ist.
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Das Laufrad 21 besteht im wesentlichen aus Kunststoff, ist jedoch
mit einem metallischen Kern .22 versehen. Der Kunststoffteil des Laufrades 21 enthält
auch die Schaufelkanäle 23 für die Förderung des Mediums. In seiner Achsbohrung
ist das Laufrad 21 mit einer Laufradlagerbuchse 24 versehen, mit der es auf der
Laufradlagerung 20 rotiert. Laufradlagerung 20 und Laufradlagerbuchse 24 sind aus
geeigneten Lagerkunststoffen ausgebildet.
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Im Bereich seiner antriebsseitigen Rückseite ist das Laufrad 21 mit
einem Mitnehmermagnetkranz 25 versehen. Die in gewissen Umfangsabständen voneinander
angeordneten Einzelmagnete des Mitnehmermagnetkranzes 25 sind auf einem Stahlring
26 angeordnet, der den magnetischen Rückfluß zwischen den einzelnen Magneten gewährleistet
und mit dem Kern 22 des Laufrades auf eine Weise verschraubt ist, daß er praktisch
dessen radiale Fortsetzung bildet. Der Mitnehmermagnetkranz 25 ist ebenfalls in
das Kunststoffmaterial des Laufrades 21 eingebettet.
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Der Magnetrotor 10 ist mit einem Antriebsmagnetkranz 27 versehen,
dessen einzelne Magnete ebenfalls auf einem Stahlring 28
angeordnet
sind, welcher mittels Schrauben 29 auswechselbar mit dem Magnetrotor 10 verschraubt
ist. Auch der Stahlring 28 dient dem magnetischen Rückfluß zwischen den Einzelmagneten.
Der Antriebsmagnetkranz 27 und der Mitnehmermagnetkranz 25 liegen in achsialer Richtung
einander gegenüber, wobei die Trennwand 6 in diesem Bereich in Form einer antriebsseitigen
Ausdrehung in ihrer Dicke vermindert ist, in welche der Antriebsmagnetkranz 27 teilweise
eingreift.
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In dem als Laufradnabe 18 dienenden Teil der Pumpenachse 16 ist stirnseitig
eine zentrale Bohrung 30 angebracht, die über eine radiale Fortsetzung in den Sitzbereich
zwischen Laufradlagerung 20 und Laufradlagerbuchse 24 mündet. Über diese Bohrung
30 läßt sich in bequemer Weise die Laufradlagerung spülen.
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Aus der konstruktiven Ausführung der Pumpe nach Figur 1 ergibt sich,
daß der Magnetrotor 10 durch seine doppelte Lagerung im Lagergehäuse 7 gegen die
Wirkung von Radialkräften abgestützt ist.
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In Richtung der Antriebswelle 12 wirkende Achsialkräfte werden durch
das Festlager 9 aufgenommen, welches gegen einen Sprengring 31 in achsialer Richtung
im Lagergehäuse 7 abgestützt ist. Achsiale Durchbiegungen der Trennwand 6 in Richtung
auf die Antriebswelle 12 werden durch die achsiale Abstützung der Pumpenachse 16
innerhalb des hohlen Abschnittes 13 am Magnetrotor 10 verhindert. Die Abstützung
erfolgt im einzelnen durch das Festlager 15, dessen Außenring gegen einen Bund 32
des mit dem Magnetrotor 10 rotierenden Abschlußdeckels 11 anliegt. Durch die doppelte
Lagerung innerhalb des Magnetrotors 10 ist die Pumpenachse 16 aber auch gegen Radialkräfte
gesichert. Dies wird zusätzlich noch durch die feste Verschaubung zwischen Trennwand
6 und Pumpenachse 16 sowie durch die Verschraubung der Trennwand 6 zwischen Pumpengehäuse
1 und Lagergehäuse 7 gewährleistet.
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Durch die Abstützung der Pumpenachse 16 innerhalb des Magnetrotors
10 wird dessen Lagerungsstreckefür die Abstützung der Pumpenachse 16 mit ausgenützt,
so daß sich hierdurch keine zusätzliche bauliche Verlängerung ergibt. Die Ausbildung
der Magnetdrehkupplung als Stirndrehkupplung reduziert die Baulänge der Pumpe weiter.
Dadurch, daß der Mitnehmermagnetkranz unmittelbar an der Rückseite des Laufrades
angeordnet ist, erübrigt sich ein weiteres, sich antriebsseitig an das Laufrad anschlieBendes
Bauteil, welches bei Zentraldrehkupplungen zur Aufnahme des Mitnehmermagnetkranzes
erforderlich ist. Die Ausbildung der Trennwand 6 als im wesentlichen radiale Scheibe
ist ohne Gefahr einer unzulässigen Durchbiegung jedoch nur durch die achsiale Abstützung
der Pumpenachse 16 im Magnetrotor 10 möglich.
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Eine andere Ausführungsform einer Zentrifugalpumpe ist in Figur 2
dargestellt. Entsprechend der Benennung der Teile bei der Ausführungsform der Figur
1 besteht diese Pumpe aus einem Pumpengehäuse 101 mit einem Saugstutzen 102 und
einem Druckstutzen 103.
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Das Pumpengehäuse 101 ist mit einer Kunststoffauskleidung 104 versehen.
Unter Zwischenfügung eines Dichtringes 105 ist eine das Pumpengehäuse 101 antriebsseitig
abschließende Trennwand 106 zwischen Pumpengehäuse 101 und einem sich daran anschließenden
Lagergehäuse 107 verscoraubt. Auch hier ist die Trennwand 106 laufradseitig mit
einer Kunststoffverkleidung 104 versehen.
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Abweichend von der Ausführungsform der Figur 1 ist der Magnetrotor
110 jedoch nur mittels eines einzigen Festlagers 109 im Lagergehäuse 107 drehbar
gelagert. Da der Magnetrotor 110 hier nicht hohl ausgebildet ist,'dient eine Abschlußscheibe
111 nicht dem antriebsseitigen Verschluß des Magnetrotors, sondern ist als Abschluß
für das Lagergehäuse 107 vorgesehen. Die Antriebswelle 112 ist durch eine Bohrung
in der Abschlußscheibe 111 hindurchgeführt und unmittelbar mit dem Magnetrotor 107
verbunden.
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e Radnabe 118 ist bei dieser Ausführungsform antriebsseitig cht über
die Trennwand 106 hinaus verlängert sondern ruht mit rem antriebsseitigen Ende in
einem Sitz der Trennwand 106.
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e Trennwand 106 ist ihrerseits mittels nur eines einzigen, hsialdruck
aufnehmenden Radiallagers 115 gegen die Laufrad ite des Magnetrotors 110 abgestützt.
Als Ersatz für das zweite ger ist die Laufradnabe 118 mittels Radialstegen 117 im
Pumpenutzen 104 aufgehängt. Die Radialstege 117 sind in einem Nabenpf 119 vereinigt.
Die Laufradlagerung 120, 124 ist ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1
ausgebildet. Das Laufrad 1 weist ebenfalls einen metallischen Kern 122 auf, ist
aber in .esem Fall mit offenen Schaufeln 123 versehen.
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.e Magnete des Mitnehmermagnetkranzes 25 sind unmittelbar an .r Rückseite
des Laufradkernes 122 angebracht. Auch die Magnete .5 Antriebsmagnetkranzes 127
ruhen unmittelbar auf dem Magnet->tor 110, der zur Gewährleistung des magnetischen
Rückflusses Ls Eisen bestehen muß.
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.ne Bohrung 130 zum Spülen der Laufradlagerung verläuft bei dieser
lsführungsform durch einen der Stege, mit dem die Laufradnabe 18 aufgehängt ist,
wodurch diese Spühlbohrung auch während des lmpenbetriebes von außen zugänglich
ist.
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Bi dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Laufradnabe 118 sogen
achsiale Beanspruchung einerseits durch die Aufhängungsstäbe 17 im Saugstutzen 104
und andererseits durch die Trennwand 106 abgestützt. Das Lager 115 dient im wesentlichen
nur der achsialen Abstützung der Radnabe 118 in Richtung auf die Antriebswelle 112,
Ddurc eine Durchbiegung der Trennwand 106 in diese Richtung erhindert werden soll.
Der Magnetrotor 110 ist in achsialer ichtung seinerseits durch das Lager 109 im
Lagergehäuse 107 zw. gegen den Abschlußdeckel 111 abgestützt. Als zweite Lagerung
zur
Aufnahme radialer Kräfte ist hier das Lager 115 der Laufradnabe 118 mit herangezogen.
Auf diese Weise stützt sich auch der Magnetrotor 110 in radialer Richtung gegen
die Trennwand 106 ab. Diese Ausführungsform führt zwar zu einer sehr kurzen Baulänge,
in Einzelfällen kann es jedoch sein, daß die radiale Abstützung sowohl der Laufradnabe
118 als auch des Magnetrotors 110 an der Trennwand 106 je nach Ausbildung der Trennwand
nicht ganz ausreichend ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann daher durch entsprechende
Verlängerung der Antriebswelle 112 eine zweite Lagerung für den Magnetrotor 110
im Lagergehäuse 107 vorgesehen werden.
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Um einen Druckaufbau an der Rückseite des Laufrades zu vermeiden,
welcher zu Achsialkräften entgegen der vorgesehenen achsialen Abstützung in Richtung
auf die Antriebswelle führt, kann es zweckmäßig sein, jeweils sich zwei radial gegenüberliegende
Magnete des Mitnehmermagnetkranzes 25 bzw. 125 durch in das Laufrad eingearbeitete
Rückseitenschaufeln zu ersetzen, durch die ein entsprechender Unterdruck an der
Rückseite des Laufrades erzeugt werden kann.
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Durch die beschriebene Ausführung einer Zentrifugalpumpe mit magnetischer
Drehmomentübertragung lassen sich Verformungen der Tennwand auch wenn diese zwischen
den Magnetkränzen verhältnismäßig dünn ausgeführt ist, vermeiden, sodaß ein Anlaufen
der Magnetkränze an der Trennwand im Betrieb und imit ein unbeabsichtigter Verschleiß
von Pumpanteilen vermieden wird.