DE3305174A1

DE3305174A1 - Kreiselpumpe mit spaltrohr-magnetkupplungs-antrieb

Info

Publication number: DE3305174A1
Application number: DE19833305174
Authority: DE
Inventors: Hermann 7800 Freiburg Krämer
Original assignee: Individual
Current assignee: Lederle GmbH Pumpen und Maschinenfabrik
Priority date: 1983-02-15
Filing date: 1983-02-15
Publication date: 1984-09-06
Also published as: DE3305174C2

Description

Antrieb

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplungs-Antrieb, bei der zweckmäßigerweise ein abgezweigter Teilstrom zwischen dem Rotor und dem Spaltrohr hindurchgeführt ist, und die im Bereich ihres bzw. ihrer Pumpenlaufräder einen oder mehrere Schleifringe aufweist.

Bei derartigen Kreiselpumpen dienen die Schleif- oder Dichtringe bezüglich des Förderdruckes zur Trennung des Ansaug- und des Druckbereiches im Laufradraum. Außerdem sind Gleitlager zur Lagerung der Laufrad- und Rotorwelle vorgesehen.. Dabei ist häufig auch ein Gleitlager im Bereich des. Magnetrotors angeordnet, das von dem Spaltrohrtopf abgestützt wird. Dies ist jedoch in Anbetracht des notwendigerweise im Bereich der Magnete dünn ausgebildeten Spaltrohres und

- auch bei sogenannten "Kunststoffpumpen", bei denen wesentliche Teile aus Kunststoff bestehen, auch aus Festigkeitsgründen problematisch.

Darüber hinaus können insbesondere im antriebsseitigen Lagerbereich durch Erwärmung verursachte Material.dehnungen und/oder elastische Verformungen zu Lagerverän'derungen und auch zu Störungen der Pumpe führen.

Andererseits haben solche "Kunststoffpumpen" den Vorteil, . daß sie gut auch für die Förderung aggressiver und/oder korrodierender Medien eingesetzt verden können. Auch bei Pumpen zur Fördern weniger aggressiver Medien ist L durch die Gleitlager ein erhöhter konstruktiver Aufwand ge- j

Gu/H . /2

geben, der bei'sonst im Aufbau einfachen Pumepn nachteilig ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es u. a., eine Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplungs-Antrieb zu schaffen, bei der einerseits die mit dem Fördermedium in Verbindung kommenden Pumpen-Bauteile aus gegenüber diesem widerstandsfähigen Werkstoff bestehen können, ohne daß bezüglich der Lager oder Lageranordnung wesentliche Nachteile in Kauf genommen werden müssen, und bei der insbesondere eine besonders einfache, dabei aber vorteilhafte und zuverlässige Lagerung der rotierenden Teile gegeben ist. Es soll auch ein guter Axialschubausgleich möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die Pumpe im wesentlichen wälz- und gleitlagerfrei ausgebildet ist und daß mindestens ein Schleifoder Dichtring als hydrodynamisches Lager ausgebildet ist. Man erhält dadurch, ohne daß übliche Lager.vorhanden sind, eine lagerähnliche, vergleichbare Führung des Rotors und des bzw. der Pumpenlaufräder, wobei gleichzeitig noch die Lagereigenschaften verbessert sind, z. B. auch durch eine Verringerung der Lagerreibungsverluste. Außerdem bilden hydrodynamische Lager keine "starren" Lager im üblichen Sinne, so daß z. B. durch Wärmedehnung auftretende Materialveränderungen weitestgehend ohne Einfluß auf die Laufeigenschäften bleiben. Schließlich ist durch die wälz- und gleitlagerfreie Ausbildung der Pumpe auch der Bauaufwand wesentlich reduziert.

Eine Ausführungsform sieht dabei vor, daß die mit dem Fördermedium in Verbindung kommenden Teile der Pumpe u. dgl. aus Kunststoff sind. Durch die gleitlagerfreie Lagerung läßt sich auch eine solche "Kunststoffpumpe" einfach realisieren, da hierbei ggfs. auftretende Verformungen keinen Einfluß auf die Funktion, insbesondere die Lagerung der Pumpe haben. Die Pumpe kann durch die Verwendung von Kunststoff gut zum Fördern von sehr aggressiven und/oder korrodierenden Medien eingesetzt werden. Bevorzugt besteht die Werkstoffpaarung für die Schleifringe aus Keramik und Kohle oder PoIytetrafluoräthylen, ggfs. glasfaserverstärktem, wobei der feststehende Gleitring aus Keramik und der laufradseitige Innen- bzw. Gegenring aus Kohle oder Polytetrafluoräthylen (PTFE) besteht.· Bei

einer solchen Werkstoffkombination ergeben sich .nur äußerst geringe Wärmeausdehnungen, so daß die einmal vorhandenen maßlichen Verhältnisse auch unter verschiedenen Betriebsbedingungen etwa gleich bleiben. Außerdem ergeben sich dadurch besonders gute Laufeigenschaften, die in der Anlaufphase bzw. auch Auslaufphase zum Tragen kommen. Während des Betriebes erfolgt jedoch eine weitestgehend berührungslose, hydrodynamische Lagerung.

.Zweckmäßigerweise sind bei einer einstufigen Pumpe im Bereich des Laufrades zwei axial versetzte Schleifringe vorgesehen. Dadurch ergibt sich bereits eine ausreichend gute Abstützung des Laufrades mit Rotor.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor,, daß als Führung für den Teilstrom zumindest abschnittweise ein Spalt dient, der einerseits vom Innenmagnetrotor und andererseits vom Spaltrohrtopf bzw. einer Bohrung des Gehäusedeckels gebildet und dabei dieser Spaltbereich als zusätzliches, hydrodynamisches Lager ausgebildet ist. Man erhält dadurch praktisch über die gesamte Länge des Rotors mit Laufrad.bzw. Laufräder eine gute Lagerung. Gegebenenfalls könnte man dadurch bei einer einstufigen Pumpe im Laufradbereich sogar mit nur einem Schleifring als Hydrolager auskommen, weil antriebsseitig das weitere durch den Rotor sowie den Spaltrohrtopf gebildete Hydrolager vorhanden ist. Insbesondere bei mehrstufigen Pumpen ergeben sich bei Verwendung weiterer Schleifringe jeweils im Bereich von Pumpenrädern ganz besonders gute Lauf- bzw. Lagereigenschaf ten'. Eine Weiterbildung sieht vor, daß der zumindest ein Laufrad sowie den Rotor u. dgl. aufweisende Läufer praktisch über seine gesamte axiale Erstreckung mittels hydrodynamischer •Lager sowie gegebenenfalls zusätzlich im antriebsseitigen Endbereich des Läufers mittels der Magnetkupplung geführt ist. Die Magnetkupplung bildet dabei eine magnetische Zentrierung des Rotors, so daß auch dadurch noch eine zusätzliche Führung des rotierenden Läufers in diesem Bereich gegeben ist.

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Ggfs.. kann die Pumpe im wesentlichen aus Metal 1 bestehen, insbesondere unter Verwendung von Rotguß, Edelstahl, Gußeisen u. dgl. Eine solche Pumpe weist eine gute Stabilität auf, die u. a. auch leistungsstärkere Ausführungen ermöglicht bei gleichzeitig günstiger Lagerung.

Bei einer zusätzlichen Weiterbildung, für die unabhängiger Schutz beansprucht wird, ist bei der Pumpe im Wege des abgezweigten Teilstromes mindestens ein Schleifring vorgesehen und der axial etwas verschiebbare, mit einer Rücklaufbohrung versehene Läufer weist bei einer laufradfernen Seite eine Stirnseite mit einem auf Axialverschiebung ansprechenden Drosselventil für den rückfließenden Teilstrom auf. Dadurch erreicht man einen sich selbsttätig einstellenden Axialschubausgleich, der sich die durch den Schleifring bedingte Druckveränderung im abgezweigten Teilstrom zunutze macht. ' .

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend sowie in den Merkmalen weiterer Unteransprüche aufgeführt. Nachstehend wird die Erfindung mit ihren erfindungswesentlichen. Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher beschrieben. Es zeigen in unterschiedlichen Maßstäben:

Fig. 1 ■ eine zweistufige Pumpe im Längsschnitt,

Fig. 2 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Seitenansicht einer einstufigen, mit einem Elektromotor versehenen Pumpe,

Fig. 3 einen Detailausschnitt A aus Fig. 2,

Fig. 4 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Seitenansicht einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Pumpe,

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gehaltene Teil-Seitenansicht einer Pumpe ähnlich Fig. 4 in abgewandelter Ausführungsform sowie schematisiert

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-Jf-

Fig. 6 die antriebsse i tige Druck b'eauf sch lagung des

Laufrades nach Fig. 5 im Detail und

Fig. 7 die Druckbeaufschlagung der Stirnseite des

Läufers gemäß der Ausführung nach Fig. 5.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Kreiselpumpe (Fig. 1) weist ein Pumpengehäuse 2 auf, in dem sich zwei Laufräder 9, 9a befinden. An das Pumpengehäuse 2 schließt sich ein Anschluß-, flansch 33 zum Verbinden mit einem Antriebsmotor 8 an. Die beiden Laufräder 9, 9a sind axial miteinander gekoppelt und mit einem .Innenmagnet-Rotor 4 verbunden. Die Verbindungswelle 34 zwischen den beiden Laufrädern 9, 9 a sowie der Rotor 4 weisen eine zentrale, durchgehende Bohrung 23 auf, die zur Rückführung eines vom Fördermedium abgezweigten Teilstromes dient. Dieser Teilstrom gelangt von der Druckseite 36 des antriebsseitigen Laufrades 9 a durch den Rotorspalt 25 zwischen dem Rotor 4 und dem Spaltrohr 35 des Spaltrohrtopfes 3 hindurch an die Stirnseite des Rotors und von dort in die Eintrittsöffnung der Bohrung 23. Eine Funktion des abgezweigten Teilstromes liegt in der Abfuhr von Verlustwärme aus dem Bereich der Magnetkupplung 5.

Bei den Laufrädern 9, 9a sind feststehende Schleifringe 11, 11 a, 11 b vorgesehen. Diese dienen zum einen als Abdichtung zwischen Bereichen unterschiedlichen Druckes in der Pumpe 1,z. B. zwischen Druckseite 36 und Ansaugbereich 24. Erfindungsgemäß dienen sie zusätzlich wenigstens zeitweise als Lager und diese Schleifringe 11, 11a usw. sind für den Betriebszustand der Pumpe 1 als hydrodynamische Lager ausgebildet. Dazu weisen diese Lager ein vergleichsweise geringes Radialspiel auf, wodurch während des Laufens der Pumpe 1 der hydrodynamische Effekt zur Lagerung . des Pumpenläufers auftritt. Zur Vermeidung von Nachteilen durch auftretende Wärmedehnungen ist bei den Schleifringen und ihren jeweiligen, hier vorgesehenen Gegenringen 38 eine Werk stoffpaarung aus Keramik und Kohle bzw. Polytetrafluoräthylen vorgesehen. Dabei besteht vorzugsweise der feststehende Schleifring aus Keramik und der laufradseitige Innenring 38 aus Kohle oder Polytetrafluoräthylen (PTFE). Durch eine solche Werkstoff paarung ist ein Betrieb

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der Pumpe auch bei sehr unterschiedlichen Temperaturen möglich, da die auftretenden Wärmedehnungen sehr gering sind-. Außerdem haben diese Materialpaarungen besonders gute Laufeigenschaften, die insbesondere in-der Anlaufbzw. Auslaufphase der Pumpe zum Tragen kommen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Schleifringe mit vermindertem Radialspiel besteht auch darin, daß die auftretenden Leckverluste sehr gering sind und damit ein wirtschaftlicher Betrieb der Pumpe möglich ist.

Die -in Fig.l u.2 gezeigte Pumpe 1,1a, besteht in ihren wesentlichen Teile aus Kunststoff, wobei dazu das Pumpengehäuse 2, die Laufräder 9,9a mit Verbindungswelle 34 und auch das Trägerteil für den Innenmagneten 15 gehören. Das Fördermedium kommt-somit im wesentlichen nur mit diesen Kunststoffteilen in Berührung, so daß bei entsprechender Kunststoff-Materialwahl auch das Fördern von aggressiven und dgl. Medien möglich ist.

Abgesehen von der zwischen den Laufräders 9 u. 9 a vorgesehenen Verbindungs welle 34 ist die Pumpe praktisch wellenfrei ausgebildet; dabei hat auch diese Welle 34 keine Lagerfunktion für die Laufräder 9, 9a, sondern lediglicheine Verbindungsfunktion. Insgesamt ist der gesamte Läufer 39 mit den Laufrädern 9,9a sowie dem Innenmagnet-Rotor 4 freifliegend innerhalb des Pumpengehäuses 2 bzw. innerhalb des Spaltrohrtopfes 3 gelagert.

Der Innenmagnetrotor 4, der ebenfalls aus Kunststoff .besteht, weist eine stirnseitig offene Ringnut 18 zur Aufnahme eines Einsatzteiles 16 mit Innenmagneten 15 auf. Die dünne, umlaufende Nut-Außenwand 19 schließt dabei die Innenmagnete 15 radial nach außen hin ab.

Die Innenmagnete 15 sind auf einem metallischen Magnetträgerteil 31 aufgebracht, das seinerseits von einem Verschlußteil 40 .gehalten ist. Dieses (Fig. 2) besteht aus Kunststoff und umschließt die Innenmagnete sowie das Magnetträgerteil 31 auch stirnseitig, so daß diese innerhalb der Ringnut nach außen hin dicht eingeschlossen

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sind. Das gesamte Einsatzteil 16 ist kraftüber.tragend und dicht in die Ringnut 18 eingesetzt und zweckmäßigerweise durch Verdrehsicherungsstifte 32 gesichert. Gegebenenfalls könnten die Nut-Ränder auch mit den Rändern' des Verschlußteiles 40 durchgehend verschweißt sein.

In der Figur list gut zu erkennen, daß das antriebsseitige Pumpenlaufrad 9 a und der Innenmagnetrotor 4 im wesentlichen einstückig ausgebildet sind. Auch der Spaltrohrtopf 3 steht mit dem antriebsseitigen Gehäusedeckel 30 vorzugsweise einstückig in Verbindung, wobei dieser Gehäusedeckel zweckmäßigerwei se auch den antrie'bsnahen Schleifring 11 b trägt.

Bei der in Figur 1 . - gezeigten mehrstufigen, insbesondere zweistufigen Pumpe ist im Bereich jedes Laufrades 9, 9 a wenigstens ein Schleifring 11, 11 a, 11 b vorgesehen, insbesondere bei einer zweistufigen Pumpe mit zwei Laufrädern -vorzugsweise drei Schleifringe. Dadurch ergibt sich eine gute hydrodynamische Lagerung, die noch durch das hydrodynamische Lager im Bereich der Magnetkupplung 5 unterstützt wird. In diesem Magnetkupplungsbereich dient als Führung für den Teilstrom zumindest abschnittweise der Spalt 25,der einerseits vom Innenmagnetrotor k und andererseits vom Spaltrohrtopf 3 dort begrenzt wird. Durch diesen vergleichsweise schmalen Spalt 25 ergibt sich ebenfalls ein hydrodynamischer Lagereffekt, der eine zusätzliche Abstützung im Bereich des Rotors k ergibt. Somit ist der die Laufräder 9,9a sowie den Rotor k u. dgl. aufweisende Läufer 39 praktisch über seine gesamte axiale Erstreckung mittels hydrodynamischer Lager 4 1 geführt. Hinzu kommt, daß zusätzlich noch im antriebsseitigen Endbereich des Läufers 39 die Magnetkupplung 5 selbst noch Tür eine magnetische Zentrierung und damit Lagerunterstützung des Läufers 39 sorgt.

Der Rotor k weist laufradseitig eine axiale Gewindebohrung

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42 zum Befestigen der Verbindungswelle 34 von dem Pumpenlaufrad 9 auf. Gegebenenfalls könnte auch im -Nabenbereich des Pumpenlaufrades 9 eine vergleichbare Gewindebohrung zum Anschluß eines weiteren Pumpenlaufrades -vorgesehen sein.

Bei den Schleifringen sind Axialanschläge 43 vorgesehen, um bei einem Axialschub die daraus resultierende Axialbewegung des Läufers 39 zu begrenzen. Axialschubbewegungen treten in der Regel in der Hochlauf- und Auslaufphase der Pumpe auf. Während des Betriebes kann eine nachstehend (Fig. 5-7) näher beschriebene Axialschub-Ausgleichseinrichtung wirksam werden. Ggfs. können für einen solchen Axialschub-Ausgleich die Schleifringe

11, 11 a, 11 b auch unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, wobei wenigstens ein mehr antriebsseitig angeordneter Schleifring 11b einen größeren Außendurchmesser aufweist als das bzw. die axial weiter pumpenseitig angeordneten, wie dies strichliniert einseitig angedeutet ist (Fig. 1). Die Laufräder 9,9a stehen über den Bereich der Laufradschaufeln 10 zur Saugseite mit einem jeweils einen Gegenring 38 der Schleifringe 11 bzw. 11a tragenden Ringflansch 27 vor. In die Innenbohrung des Ri'ngflansches 27 des Laufrades 9 ragt ein rohrartiger Gehäuseabschnitt 28 beim antriebsfernen Laufrad 9 hinein, der als Anschlußstutzen für ein Saugrohr 29 od. . dgl. Anschluß ausgebildet ist.

Das Laufrad 9 besitzt im Bereich der Laufradschaufeln 10 eine eingezogene Höhlung 26, die. zur Antriebsseite noch etwas tiefer geht,- als •es der Ebene der Laufradschaufeln 10 entspricht. Man erhält dadurch nicht nur gute Zulaufverhältnisse zu den Laufschaufeln, sondern auch eine verringerte Masse am Laufrad 9, was eine "wel lenlaqerf reie" Lagerung erleichtert.

Fig. 2 zeigt . " einen Längsschnitt einer einstufigen Kreiselpumpe 1 a, deren prinzipieller Aufbau dem der zweistufigen Pumpe 1 gemäß Fig. 1 entspricht. Das Pumpenlaufrad 9 a ist hier beidseitig mit Schleifringen 11 a, 11 b versehen. Hier ist auch erkennbar, daß die Gegenringe 38

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der Schleifringe 11· a, 11 b über Gewinde 13 mil dem Laufrad 9 a bzw. dem sich antriebseitig anschließenden Innenmagnetrotor 4 in Verbindung stehen. Im Bereich der Ringnut 18 zur Aufnahme der Innenmagnete 15 u. dgl. ist erkennbar, daß zum dichten Verbinden des Einsatztej1 es 40 mit den Nutaußenrändern umlaufende Schweißnähte 20, 21 vorgesehen sein können. Dies ist in dem Detai 1 ausschnitt gemäß Fig. 3 im Bereich des äußeren Randes der Ringnut 18 nochmals wiedergegeben. Dort ist die Schweißnaht 20 zwischen der Nutaußenwand 19 und dem Einsatzteil 16 gezeigt.

Auch bei dieser einstufigen Kreiselpumpe 1 a ist das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung mitrealisiert: Der Läufer 39 ist praktisch über seine gesamte Länge hydrodynamisch gelagert (vgl. Pos. 41), ohne daß er "Lager"im Sinne von üblichen Wellenlagern besitzt. Im Bereich des Innenmagnetrotors 4 bildet sich dabei ein hydrodynamisches Lager 41 durch den Rotorspalt 25. Hier erfolgt auch wiederum eine Lagerunterstützung, durch den magnetischen Zentriereffekt. Neben den in den Ausf ührungsbei sp'i el en gemäß Fig. 1, 2 u. gezeigten Pumpen könnten'ggfs. auch Kreiselpumpen mit mehr als zwei Laufrädern vorgesehen sein, die dann vorzugsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, miteinander verbunden sein können.

Fig. 4 zeigt noch in einem Längsschnitt eine einstufige Kreiselpumpe Ib, deren Läufer 39 ebenfalls im wesentlichen hydrodynamisch gelagert ist. Ein hydrodynamisches Lager ist dabei im Bereich des Schleifringes 11b bei der Rückseite , des Laufrades 9a angeordnet.

, Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist im Bereich \ des Rotorspaltes 25 ein weiteres hydrodynamisches Lager j gebildet. Im Bereich dieses Spaltes 25 wird nämlich ein vom Hauptförderstrom abgezweigter Teilstrom geführt, der von der Druckseite 36 über den Schleifring 11b in den Spaltbereich gelangt. Auch durch den magnetischen Zentriereffekt ist hier eine Lagerunterstützung vorhanden. Der Rotor 4a ist hier etwa topfförmig und zur laufradfernen

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Seite im wesentlichen offen ausgebildet. Zur Verbindung mit dem Laufrad 9a weist der Rotor 4a einen Ringflansch 44 auf. Ggfs. könnte er auch einstückig mit dem Pumpenlaufrad 9a verbunden sein. Im Verbindungsbereich zwischen Rotor 4a und Laufrad 9a ist ein zentraler Durchtritt 45 zur Rückführung des abgezweigten und über das Innere des Rotors 4a geführten Teilstromes zur Saugseite 24 hin vorgesehen. Neben einer günstigen Führung des Teilstromes kann diese praktisch "offene" Rückführung auch bezüglic des Axialschubausgleiches günstige Verhältnisse ergeben. Das ih Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe "Ib besteht im wesentlichen aus Metall, insbesondere unter Verwendung von Rotguß, Edelstahl. Gußeisen und dergl. Die Pumpe ist somit insbesondere zum Fördern weniger aggressiver Medien geeignet, wobei in vorteilhafter Weise durch die hier mögliche geringere wirksame magnetische Spaltweite auch entsprechend geringere Kopplungsverluste auftreten.

In den Figuren 5 bis 7 ist eine zusätzliche Heiterbildung der Erfindung erläutert. Bei der dort gezeigten, im ganzen mit bezeichneten Kreiselpumpe 101 ist ein sich selbsttätig einstellender Axialschubausgleich möglich. Bei den Ausführungen gemäß Fig. 1 und 2 ist bereits erläutert worden, daß durch eine entsprechende Wahl des Durchmessers z. B. des in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Schleifringes 11 b mit Gegenring der Axialschubausgleich beeinflußt werden kann. Bei dieser Ausführung können ggfs. die Axialanschläge 43 einen Rest-Axialschub ausgleichen. Bei den Ausführungen gemäß-Fig. 1 u. 2 ist auch die besondere Laufradform in Verbindung mit den Durchmesser-Verhältnissen bei den dortigen Schleifringen 11, 11 a, 11 b zu berücksichtigen. Versuche mit einer Kreiselpumpe 101 entsprechend Fig. 5 haben nun folgendes gezeigt: Besitzt eine Kreiselpumpe 101 ein Pumpenlaufrad 109 üblicher Bauart mit einer axial orientierten Ansaugöffnung 150, bei der außen ein Dichtring 151 in der bei derartigen Pumpen bekannten Weise vorgesehen ist, so ergibt sich im Betriebszustand zunächst ein Axialschub, der entsprechend'dem Pfeil Pf 4 das

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Laufrad 109 in Richtung der Pumpen-Antriebsseite zu drücken sucht. Dies wird vor allem dadurch verursacht, daß der lichte Durchmesser D 1 des Schleifringes 111 merkbar größer ist als der lichte Durchmesser D 3 bei dem Dichtring 151. Dementsprechend baut sich im Laufradraum 152,auf die Vorderseite des Laufrades 109 wirkend, ein durch die Pfeile ρ 1 dargestelltes Druckfeld auf (vgl. Fig. 6), dessen Resultierende mit B bezeichnet ist. Dagegen wirkt an der Rückseite 154 dieses Laufrades 109 ein in entgegengesetzter Richtung orientiertes Druckfeld entsprechend den dort eingezeichneten Pfeilen ρ 2, dem die Resultierende C 1 entspricht. Da der Durchmesser D merkbar größer als der Durchmesser D 3 ist und im übrigen im Laufradraum 152 etwa gleiche Druckverhältnisse herrschen, ist die resultierende Kraft C 1 stets kleiner als die resultierende Kraft B, die somit das Pumpenlaufrad 109 und den daran befestigten rohrartigen Innenmagnetträger 104, beide gemeinsam auch "Läufer 139" genannt, in Richtung des Pfeiles Pf zu drücken sucht. Gemäß der Weiterbildung der Erfindung, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, ist nun am Läufer 139 eine mit einem Drosselventil 155 zusammenarbeitende Rücklaufbohrung 123 sowie eine Axialschubausgleich-Stirnseite 156 vorgesehen. Dabei ist der Läufer etwas axial verschiebbar angeordnet und das Drosselventil 155 spricht auf eine solche Axialverschiebung des Läufers 139 an. Der Schleifring 111

besitzt'einen etwas größeren

lichten Durchmesser D 1 als die lichte Weite D 2 des Spaltrohrtopfes 3 beträgt, so daß eine einfache Montage möglich ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Schleifring 111

in einem Teil des Pumpengehäuses

befestigt. Der Schleifring 111 bzw. seine Umgebung lassen ein axiales Spiel für den Läufer 139 von etwa zwei bis drei Millimetern zu. Die im ganzen mit 123 bezeichnete Rücklaufbohrung für den abgezweigten Teilstrom des Fördermediums setzt sich aus einem Venti1-Durchtritt 157, einer im Innenmagnetträger 104 vorgesehenen Höhlung 1FB und einem von dieser zur Laufrad-Saugseite führenden Laufrad-Durchtritt 145 zusammen. Der Läufer 139 bzw. der dazu gehörige Spaltrohrtopf

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ist topfartig ausgebildet, wobei- seine Axialschubausgleich-Stirnseite 156 in der Gegend des pumpenfernen Endes des Läufers 139 angeordnet ist. Dort befindet sich in dieser Stirnseite 156 auch der Venti1-Durchtritt 157 des Drosselventils 155. Die Wand dieses Durchtritts 157 ist axial in Richtung auf den Boden 159 des Spaltrohrtopfes verlängert. Die vorzugsweise kreisringförmig ausgebildete Ventil-Stirnseite 163 dieser rohrartigen Verlängerung 160 bildet mit dem Spaltrohrtopf-Boden 159 einen Steuerspalt 161. Die vorbeschriebene Pumpe 101 arbeitet nun, insbesondere hinsichtlich des Axialschubausgleiches, folgendermaßen: Ein abgezweigter Teilstrom des Fördermediums wird an einer Stelle erhöhten Druckes, nämlich aus dem druckseitigen Bereich des Laufradraumes 152 entnommen. Er gelangt durch den beim Schleifring 111 vorhandenen geringfügigen Spalt 162, wo eine Drosselung des Druckes des abgezweigten Teilstromes stattfindet. Dann fließt dieser (vgl. die Pfeile Pf 1 und Pf 2) zum Drosselventil 155 und von dort in den Ansaugbereich des Laufrades 109 zurück. Da die Axialschub-Komponente B. größer als die Axialschubkomponente C 1 ist, verschiebt sich der Läufer 139 entsprechend dem Pfeil Pf 4 nach rechts, wodurch das Drosselventil 155 eine Schließbewegung macht. Dementsprechend baut sich auf der Axialschubausgleich-Stirnseite 156 ein weiteres Druckfeld entsprechend den dort eingezeichneten Pfeilen ρ 3 auf (vgl. Fig. 7) mit der dazu gehörigen Resultierenden C 2.Dabei muß die Pumpe 101 erfindungsgemäß so dimensioniert sein, daß die Resultierenden C 1 und C 2 bei in Schließstellung befindlichem Drosselventil 155 größer sind als die AxiaLschubkomponente B. Dementsprechend suchen die Kräfte C und C 2 den Läufer 139, wenn er etwas nach rechts ausgewichen ist, axial nach links zu verschieben. Dadurch wird die Durchtrittsfläche für den abgezweigten Teilstrom beim Drosselventil 155 vergrößert und der abgezweigte Teilstrom kann ' schneller die Saugseite des Pumpenlaufrades erreichen. Dabei fällt der Druck ρ 3, der auf die Axialschubausgleich-Stirnseite 156 wirkt, ab, so daß sich die Ausgleichkomponente C

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verkleinert. Es pendelt sich automatisch eine Mittelstellung des Läufers 139 ein, bei welcher der Axialschub ausgeglichen ist. Die Verwendung (wenigstens) eines Schleifringes 111 mit einem lichten Durchmesser D 1 in der Größenordnung des lichten Spaltrohr-Durchmessers D 2 zieht einerseits - wenn am Laufrad 109 ein Dichtring 151 mit entsprechend geringerem Durchmesser D 3 vorgesehen ist - gewisse, in Verbindung mit Fig. 6 u. 7 näher beschriebene Axialschubverhältnisse nach sich. Andererseits ermöglicht aber gerade die Kombination eines im Wege des abgezweigten Teilstromes angeordneten Schleifringes 111 in Verbindung mit einer Axialschubaüsgleich-Stirnseite 156 und einem dieser - im Durchflußweg des abgezweigten Nebenstromes - nachgeschalteten Drosselventiles 155 erfindungsgemäß folgende vorteilhafte Wirkungsweise: Auch wenn das Drosselventil 155 erheblich geöffnet wird, läßt der Spalt 162 am Schleifring 111 keine beliebige Menge von abgezweigtem Teilstrom durchfließen, wie sie sich aus der Öffnungsweite des Drosselventils 155 ergeben könnte. Dementsprechend kommt es auch bei geöffnetem Drosselventil 155 im Bereich der Rückseite 154 des Laufrades 109 nicht zu praktisch ins Gewicht fallenden Veränderungen bezüglich der Axialschub-Ausgleichskraft C 1. Dagegen kann derjenige Teil des abgezweigten Teilstromes, der auf die Axialschubausgleich-Stirnseite 156 wirkt, bei geöffnetem Drosselventil 155 in Richtung zur Saugseite des Laufrades 109 oder gar zur Saugseite einer mehrstufigen Pumpe, jedenfalls zu einer Stelle von erheblich geringerem Druck schnell abfließen. Dementsprechend fällt auch der Druck ρ 3, der auf die Ausgleichs-Stirnseite 156 wirkt, verhältnismäßig schnell ab, wobei dieser Abfall in Fig. 7 durch die gestrichelte Kurve 164 angedeutet ist. Der schnelle Druckabfall wird also durch die in Durchflußrichtung des abgezweigten Teilstromes liegende Drosselwirkung des Schleifringes 111 begünstigt! die ein schnelles Nachfließen verhindert. Dementsprechend kann auch mit verhältnismäßig geringen Axial verschiebungen dss Läufers 139 der Ausgleichsschub C 1 + C 2 der Größe des entgegengesetzt wirkenden Axialschubes B schnell angepaßt werden. Damit erhält man praktisch einen sowohl in axialer als auch in

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radialer Richtung im Betriebszustand "schwimmenden" Läufer 139. Einerseits ergibt sich in der vorstehend bereits näher beschriebenen Weise in radialer Hinsicht ein hydraulisch dynamisches Lager 41; andererseits erfolgt auch in axialer Richtung ein automatischer Axialschubausgleich.

Der Innenmagnetträger 104 ist zwischen seiner Ausgleich-Stirnseite 156 und seinem Ringflansch 44 hohl und rohrartig ausgebildet. Dies hat u. a. folgende Vorteile: Wenn Gas mit in den abgezweigten Teilstrom hineingelangt, kann sich dieses während des Betriebs der Pumpe gut zwangsweise im Bereich der Rotationsachse des Läufers 139 sammeln und ohne Behinderung auf kürzestem Wege in Richtung der Pumpensaugseite, gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 z. B.. durch den Durchtritt 145, ■ in den Mündungsbereich des Laufrades 109 abfließen. Dies ist besonders günstig, wenn das Fördermedium schäumend ist oder Gas bzw. Luft enthält. Die Arbeitsaufgaben des abgezweigten Teilstromes (Wärmeabfuhr,

Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilms sowie Axialschubausgleich usw.) können in ausreichender Weise aufrechterhalten werden. Es hat. sich auch als ein v/eiterer Vorteil erwiesen, daß der (oder die) Schleifring(e) 111 etwas größer als der · lichte Durchmesser D 2 des Spaltrohres 135 ausgebildet ist. Überraschenderweise hat sich nämlich herausgestellt, daß bei einem so großen Durchmesser die Radialdrücke besser und verschleißfreier · auf genommen werden können als bei den vorbekann'ten, mehr oder minder in ihrem Durchmesser auf eine Lagerwelle angepaßten Lagerschalen. Befürchtungen, daß ein mindestens im Anlauf- und Auslaufbereich der Kreiselpumpe 1, 1 a usw. auch Führungsaufgaben übernehmender Schleifring 11, 111, der einen so großen Durchmesser D 1 besitzt, auch einem schnelleren Verschleiß oder anderen Nachteilen unterliegen würde, haben sich nicht eingestellt. Dies dürfte auf die gesamte hydrodynamische Lagerung sowohl beim Schleifring 11 bzw. 111 als auch beim Innenmagnetträger 4, 104 infolge der hydrodynamischen Lagerung erreicht werden und auch, weil der Schleifring 111 zeitlich im wesentlichen nur während des An- und Auslaufens eine Führungsfunktion hat.

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Hinzu kommt, daß die Spaltrohr-Magnetkupplung die Zentrierung des Läufers 39 bzw. 139 zusätzlich unterstützt. Dementsprechend wird der Schleifring bzw. 111 nur sehr kurzzeitig mit Führungsaufgaben beansprucht

Durch die Ausbildung der Kreiselpumpe 101 gemäß Fig. 5 kann - unter sonst vergleichbaren Verhältnissen - die Durchflußmenge des abgezweigten Teilstromes kleiner gehalten werden; dadurch wird der Gesamt-Wirkungsgrad der Kreiselpumpe verbessert.

Die Ausführung der Kreiselpumpe 101 gemäß Fig. 5 bis 7 mit einem Axialschubausgleich kann selbstverständlich auch bei "Kunststoffpumpen" gemäß Fig. 1 u. 2 realisiert werden.

In Fig. 4 ist die vorbeschriebene Axialschubausgleichseinrichtung in etwas abgewandelter Ausführung strichliniert an einer anderen Stelle angedeutet, wobei sich hier das Drosselventil 155 im laufradnahen Bereich bei dem Durchtritt 45 befindet. In diesen greift mehr oder weniger ein Kegelventilstift 46 ein, der mit dem Spaltrohrtopf 3 verbunden ist. Die Öffnungs- und Schließbewegung des Drosselventiles 155 erfolgt auch hier durch Axialverschiebung des Läufers 39, wobei sich eine Relativbewegung zu dem Kegelventilstift 46 ergibt. Die übrige Funktionsweise ist mit der anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 beschriebenen etwa vergleichbar.

Bei der erfindungsgemäßen Axialschubausgleichseinrichtung ist eine Stufen- bzw. Differentialdrossel für den Nebenstrom, einmal bei dem Schleifring z. B. 111 und zum anderen unmittelbar bei dem Drosselventil 155 geschaffen. Der hohl ausgebildete Innenmagnetrotor 4 bzw. 104 ist leicht, was die wellenlagerfreie Lagerung des Läufers 139 begünstigt.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

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Claims

Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplungs-

Antrieb

Ansprüche

Θ-Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupp-

lungs'antrieb, bei der ein abgezweigter Teilstrom zwischen dem Rotor und dem Spaltrohr hindurchgeführt

ist, und die im Berei'ch itires bzw. ihrer Purapenlaufräder einen oder mehrere Schleifringe aufweist, dadurch gekennzeichnet,, daß die Pumpe (1, 1a - 1 c, 101) irr sentlichen wälz- und gleitlagerfrei ausgebildet, ist und daß mindestens ein Schleifring (11, 111) als

hydrodynamisches Lager (Al) ausgebildet ist-.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Fördermedium in Verbindung kommenden Teile aus Kunststoff bestehen.

.3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffpaarung für den oder die Schleifringe (111-11 a, 11 b). aus Keramik und Kohle oder Polytetrafluor_T äthylen (PTFE) , gegebenenfalls glasfaserverstärktem PTF besteht, und daß vorzugsweise der feststehende Gleitring (111, 11, 11 a, 11 b) aus Keramik od. dgl. und der laufradseitige Innen- bzw. Gegenring (38) aus Kohle od. dgl. oder Polytetraf1uoräthylen besteht.

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A. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer einstufigen Pumpe (1 a) im Bereich des Laufrades zwei axial versetzte Schleifringe (11 a, 11 b) vorgesehen sind (Fig. 1); di-e ggfs. unterschiedliche Innendurchmesser haben (Fig. 2).

5. Pumpe nach einem d.er Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Pumpenlaufrad (9 a) wellenfrei ausgebildet und mit einem Innenmagnetrotor (A) versehen ist, der sich vorzugsweise freifliegend innerhalb des Spaltrohrtopfes (3) befindet und die Innenmagnete (15) der Magnetkupplung (5) trägt.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrstufigen Pumpe (1) im Bereich jedes Laufrades (9, 9 a) wenigstens ein Schleifring vorgesehen ist, insbesondere bei einer zweistufigen Pumpe mit zwei Laufrädern wenigstens drei Schleifringe.

7. Kreiselpumpe insbesondere nach Anspruch 1 bis 6, bei der mit Fördermedium in Verbindung kommende Pumpenteile wie Pumpengehäuse, Laufrad, Innenlager usw. zumindest teilweise aus temperatur- bzw. säurebeständigem Kunststoff od. dgl. inertem Werkstoff bestehen, und mit ±m Innenipagnetrotor allseitig von säurebeständigem Kunststoff umschlossenen Innenmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Innenmagnete (15) in einem rohrartigen Einsatzteil

(16) aus fördermediumbeständigera Werkstoff gehalten sind, welches auf einem im Durchmesser reduzierten Abschnitt

(17) des Innenmagnetrotors (A) aufgesetzt ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmagnetrotor (A), zweckmäßigerweise an seinem antriebsseitigen Ende eine stirnseitig offene Ringnut (18) im Rotor zur Aufnahme des Einsatzteiles (16) aufweist, wobei dort am Außenmantel des Innenmagnetrotors wenigstens eine dünne, umlaufende, vorzugsweise einstückig mit dem Innenmagnetrotor (A)

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verbundene Wand (19) die Innenmagnete (15) radial außen abschließt.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das .Einsatzteil kraftübertragend und vorzugsweise dicht in die Ringnut eingesetzt und zweckmäßigerweise durch Verschraubung, Stifte und/oder Schweißnähte u. dgl. verbunden ist.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenlaufrad (9 a) und der

· Innenmagnetrotor (4) im wesentlichen einstückig ausgebildet sind und eine .axiale Rücklaufbohrung (23) für den abgezweigten Teilstrom des Fördermediums aufweist.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein, vorzugsweise alle Schleifringe (11, 11 a, 11 b) Axialanschläge (43) aufweisen.

12. Pumpe nach.einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (11, 11 a, 11 b) unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, wobei wenigstens ein mehr antriebseitig angeordneter Schleifring (11 b) einen größeren Außendurchmesser aufweist als das bzw. die axial weiter pumpenseitig angeordneten .

13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das einlaufseitige Pumpen 1 auf rad (9) eine zentrale Aussparung (26) etwa in dem Axialbereich der Ebene der Laufradschaufel (10), zweck- ' mäßigerweise eine noch weiter zur Antriebseite eingezogene Höhlung aufweist, in welche vorzugsweise die Rücklauf bohrung (23) mündet (Fig. 1 u. 2).

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14. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Laufräder (9, 9 a) über den Bereich der· Laufradschaufeln (10) zur Saugseite hin mit einem einen Innenring

(38) tragenden Ringflansch (27) vorstehen, und daß in die Innenbohrung des einlauf seit igen Pumpenrades (9) vorzugsweise ein rohrartiger Gehäuseabschnitt hineinragt, .der zweckmäßigerweise als Anschlußstutzen für ein Saugrohr (29) od. dgl. ausgebildet ist.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltrohrtopf (3) mit dem antriebsei tigen Gehäusedeckel (30) des Pumpengehäuses (2) vorzugsweise einstückig in Verbindung steht, und daß dieser Gehäusedeckel (30) zweckmäßigerweise den Außenring (37) des antriebsnahen Schleifringes (11 b) trägt.

16. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Führung für den Teilstrom zumindest abschnittweise ein Spalt (25) dient, der einerseits vom Innenmagnetrotor (4) und andererseits vom Spaltrohrtopf (3) bzw. einer Bohrung des Gehäusedeckels (30) gebildet ist und dabei dieser Spaltbereich als zusätzliches hydrodynamisches Lager ausgebildet ist.

17. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest ein Laufrad (9) sowie den Rotor (4) und dgl. aufweisende Läufer (39) praktisch über seine gesamte axiale Erstreckung mittels hydrodynamischer Lager (41) sowie ggfs. zusätzlich im antriebsseitigen Endbereich des Läufers

(39) mittels der Magnetkupplung (5) geführt ist.

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18. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch

gekennzeichnet, daß der Rotor (4) 1 auf radseitig eine axiale Bohrung, insbesondere eine Gewindebohrung (42) zum Befestigen einer Verbindungswelle (34) eines weiteren Pumpenlaufrades (9) aufweist.

19. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus Metall besteht, insbesondere unter Verwendung von Rotguß, Edelstahl, Gußeisen und dergl.

20. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19,. dadurch ge-.kennzeichnet, daß der Rotor(4a)etwa topfförmig und zur laufradfernen Seite im wesentlichen offen ausgebildet ist und einer seiner Laufradseite vorzugsweise einen Ringflansch(44) zum Verbinden mit dem Laufrad (9a) ■auf wei st ( Fig . 4).

21. Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad(9a)einen vorzugsweise zentralen Durchtritt (45) zur Innenhöhlung des Rotors (4a) hat (Fig. 4).

22. Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplungs-Antrieb, bei der ein von einer Stelle erhöhten Druckes der Pumpe abgezweigter Teilstrom zwischen dem Magnetkupplungs-Rotor und dem Spaltrohr hindurch- und zu einer Stelle niedrigeren Drucks der Pumpe zurückgeführt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß - in Durchflußrichtung des abgezweigten Teilstromes gesehen - bei diesem mindestens ein Schleifring (111), danach eine Axialschubausgleich-Stirnseite (156) am axial etwas verschiebbaren .Laufer (139) der Kreiselpumpe (101) sowie danach eine mit einem Drosselventil (155) zusammenarbeitende Rück laufbohrung (123) für den abgezweigten Teilstrom vorgesehen ist, wobei das Drosselventil auf eine Axialverschiebung des Läufers (139) anspricht.

23. Pumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der

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Schleifring (111) (die Schleifringe) bzw. seine (ihre) Umgebung etwas axiales Spiel für den Läufer (139) zuläßt (zulassen),vorzugsweise ein Spiel von etwa zwei bis drei Millimeter.

24. Pumpe nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück laufbohrung (123) vom Drosselventil (155) unmittelbar in den Saugbereich eines Pumpenlaufrades (109), ggfs. in den Saugbereich der Pumpe (1) führt.

25. Pumpe nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmagnetträger (104) im wesentlichen rohrartig hohl ausgebildet ist, vorzugsweise zumindest etwa im Bereich des Spaltrohrtopfes (103).

26. Pumpe nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer(f39) topfartig mit einer in der Gegend seines pumpenfernen Endes im wesentlichen geschlossenen Axialschubausgleich-Stirnseite (156) ausgebildet ist und dort ein Drosselventil (155) besitzt, welches mit dem Boden (159) des Spaltrohrtopfes (103) zusammenarbeitet.

27. Pumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (155) im wesentlichen von einem Ventildurchtritt (157) in der Axialschubausgleich-Stirnseite (156) des Läufers (139) gebildet ist, wobei die Seitenwand des Durchtritts vorzugsweise rohrartig in Richtung auf den Boden (159) des Spaltrohrtopfes (103) verlängert und die Ventil-Stirnseite (161) od. dgl. die Verlängerung mit dem Boden des Spaltrohrtopfes einen Steuerspalt (161) des Drosselventils bildet.

28. Pumpe nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser (D 1) des Schleifringes (111) etwas größer ist a-U der lichte Durchmesser (D 2) des Spaltrohres (135).

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29. Pumpe nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei welcher der Ansaugbereich des Pumpenlaufrades mittels eines Dichtringes od. dgl. gegenüber dem Laufradraum abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser (D 3) des saugseitigen Dichtringes (151 ) kleiner ist als der lichte Durchmesser (D 1) des Schleifringes (111), wobei die Laufradschaufeln vorzugsweise einen axialen oder überwiegend axialen Einlauf haben (Fig. 5).

- Beschreibung - j