DE3308241A1 - Spaltrohrpumpe - Google Patents

Description

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DR. GERHARD RATZEL

PATENTANWALT

Akte 5763 6800 Mannheim ι. 8. März 1983 Seckenheimer Straße 36a -¹S (06 21) 40 6315 Postecheck: Frankfurt/M. Nr. 8293-603 Bank: Deutsche Bank Mannheim (BLZ 67070010) Nr. 720006G Telegr.-Code : Gerpot

Telex 46 3570 Para D

Firma

Industrie-Elektrik-Re gelgerate

Eberhard Henkel

Fischerstraße 32

6800 Mannheim 24

Spaltrohrpumpe

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Die Erfindung betrifft eine Spaltrohrpumpe mit einer Wellenverlängerung , die in eine Kappe

ragt, die auf dem Gehäusedeckel des Pumpengehäuses angeordnet ist.

Eine solche Spaltrohrpumpe ist danach insoweit bekannt, als die Wellenverlängerung einen ferritischen Kern trägt· Auf der Kappe ist andererseits eine elektrisch leitende Spule angeordnet. Die Kappe ist aus nicht magnetischem Material. Eine axiale Verschiebung der Welle bedingt nun eine entsprechende Verschiebung des ferritischen Kernes auf der Wellenverlängerung und damit im Ergebnis eine Änderung der Induktion der Spule auf der Kappe. Diese Induktionsänderung kann als Maß für die axiale Verschiebung der Welle verwendet werden. Bei solchen Spaltrohrpumpen ist die Beobachtung des Axialspieles der Welle und damit auch des Botors und der übrigen rotierenden Pumpenteile notwendig. Denn beim Betrieb werden die Gleitlager, z.B. aus Keramik, der Pumpenwelle allmählich abgenutzt. Dies führt zu einem zunehmenden Axialspiel der Pumpenwelle. Wird das zulässige Axialspiel überschritten, so können in der Pumpe rotierende Teile gegen feststehende Teile laufen. Dies ist unbedingt zu vermeiden. Dies gilt um so mehr, als solche Spaltrohrpumpen mit absolut gekapselten Rotor eine - vollkommen geschlossene Maschineneinheit, bestehend aus einem elektrischen Spaltrohrmotor und einer Kreiselpumpe, darstellen, die als stopfbuchsenloses Aggregat explosionssicher ist. Könnten jedoch rotierende Pumpenteile gegen

.1.

feststehende laufen, so könnte dies nicht nur zu einer Zerstörung der Pumpe führen, sondern auch zu einer Explosion.

Der bekannte Stand der Technik ist schon deshalb kompliziert, weil die Beobachtung einer veränderlichen Induktivität schaltungstechnisch nur aufwendig zu verwirklichen ist· Damit ist die nach dem Stand der Technik bekannte Spaltrohrpumpe mit der Positions-Meßeinrichtung für die Pumpenwelle bei gewissen, extremen Anwendungen zu störanfällig« Auch bedeutet die Verwendung einer Induktivität stets ein Problem zur Herstellung der erforderlichen Eigensicherheit, also der geforderten Explosionssicherheit. Insbesondere kann die Tauchspule auf der Kappe auf dem Gehäusedeckel des Pumpengehäuses auch elektrische Streuspannungen aufnehmen, die die Beobachtung der Eigeninduktivität dieser Tauchspule im Extremfall unmöglich machen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die unkompliziert und daher nicht störanfällig ist und in jedem Falle absolut eigensicher gemacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- - löst, daß in dem freien Ende der Wellenverlängerung in deren Achse zu deren Stirnseite gerichtet ein stabförmiger Dauermagnet angeordnet ist und auf der Außenseite der Stirnseite der Kappe eine entsprechend gerichtete Hallsonde angeordnet ist,

die eigensicher an eine Registriereinrichtung für deren Signal geschaltet ist. Dadurch, daß der Dauermagnet im freien Ende der Wellenverlängerung zu deren Stirnseite gerichtet vorgesehen ist, wird vor der Stirnseite der Wellenverlängerung ein magnetisches Feld aufgebaut. Da der Dauermagnet in der Achse der Wellenverlängerung angeordnet ist, bleibt das Magnetfeld auch bei einer Rotation der Welle statisch.

Ίο Dazu dient auch, daß der Dauermagnet stabförmig ausgebildet ist, so daß also zur Stirnseite gerichtet nur ein Pol des Dauermagneten ausgerichtet liegt. Die Kappe auf dem Gehäusedeckel ist aus nicht magnetischem Material und gestattet daher einen unverfälschten Durchtritt des Magnetfeldes in den umgebenden Raum. Hier wird das Magnetfeld von einer Hallsonde detektiert. Die Hallsonde ist dazu ortsfest auf der Außenseite der Stirnseite der Kappe angeordnet. Verschiebt sich nun die Wellenverlängerung axial so ändert sich damit auch der Abstand zwischen der Hallsonde und dem Dauermagnet und damit die Stärke des Magnetfeldes am Ort der Hallsonde. Infolgedessen wird die Hallsonde ein unterschiedliches Signal abgeben, das als Maß für die axiale Lage der Welle zu verwenden ist. Hierzu ist die Hallsonde eigensicher an eine Registriereinrichtung für deren Signal geschaltet. Die Eigensicherheit wird dazu in an sich bekannter " Weise dadurch gewährleistet, daß eine maximal mögliche Spannung in Abhängigkeit zu maximal möglichem Strom nicht überschritten wird. An sich könnte der Dauermagnet auch an einer anderen Stelle als an der Stirnseite der Kappe angeordnet sein;

Jedoch ist die Stirnseite der Kappe der günstigste Ort, da hier der Verlauf des Magnetfeldes im Raum so ist, daß kleine Abstandsänderungen zwischen dem Dauermagnet und der Hallsonde in besonders hohem Maße lineare Änderungen des Magnetfeldes und damit des Signales der Hallsonde bedeuten.

Als Dauerstabmagnet kommt insbesondere ein solcher aus einer bekannten Aluminium-Nickel-Kobald— Legierung in Frage. Bevorzugt ist, daß der Dauer- · magnet vor Einbau künstlich durch vorherige Entmagnetisierung geschwächt ist. Auf diese Weise kann seine Magnetisierung genau eingestellt werden, so daß weitere Justierungen, wie im folgenden noch angegeben, weitgehend entfallen können. Beim Einbau des Dauermagneten und des Hallsensors ist nämlich eine Justierung in dem Sinne erforderlich, daß eine bestimmte axiale Lage der Pumpenwelle einem bestimmten Signal an der Registriereinrichtung entspricht. Dies ist üblicherweise für die Ruhelage der Pumpenwelle einzustellen. Dies kann leicht dadurch gelöst werden, daß das Signal der Hallsonde für die Ruhelage der Pumpenwelle mit einer einstellbaren Referenz Nullspannung ausgeregelt wird, etwa durch Differenzbildung. Die so gewonnene Relativspannung steuert eine Stromquelle, deren Stromstärke der Steuerspannung entspricht. Dieser Strom wird dann auf ein Fernanzeigesystem über-. tragen, wo die Stellung der Pumpenwelle auf einer entsprechend geeichten Skala abgelesen werden kann. Das Fernanzeigesystem selbst muß nicht mehr explosionssicher sein, sondern kann sich in einem getrennten Beobachtungsraum befinden.

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Die Kompensation des Signals der Hallsonde und die Spannungs-Stromumwandlung des so korrigierten Signales hingegen werden eigensicher direkt bei der Hallsonde auf der Kappe auf dem Gehäusedeckel vorgenommen.

Bei allem ist bisweilen aber zu bedenken, daß sich die Pumpe und das in der Pumpe bewegte Medium beim Betrieb erwärmen. Diese Erwärmung kann eine Änderung der Magnetisierung des Dauermagneten und auch des Signals der Hallsonde bewirken. Solche Temperaturdriften könnten die Anzeige der Axialstellung der Pumpenwelle verfälschen. Um diese mögliche Komplikation zu überwinden, kann zur Hallsonde benachbart ein {Thermistor zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Signals der Hallsonde und/oder der Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung des stabförmigen Dauermagneten angeordnet sein und die Kappe, wenigstens soweit sie von dem Gehäusedeckel hervorragt, und die Hallsonde sowie der Thermistor von einer Wärmeisolation umgeben sein. Da zwischen der Wellenverlängerung und der Kappe ein das zu pumpende Medium führender Eingspalt besteht, wird sich in der gesamten Kappe die Betriebstemperatur der Pumpe gleichmäßig ausbreiten. Da die Kappe in diesem Falle bevorzugt aus nicht magnetischem Metall ausgebildet ist, wird sie ihrerseits die Wärme gut - nach außen weiterleiten können. Damit aber über der Länge der Kappe, insbesondere zu deren Stirnseite hin kein Temperaturgefälle entsteht, ist über der Kappe eine Wärmeisolation vorgesehen; infolgedessen werden sowohl der Thermistor als

auch die Hallsonde auf der Kappe gleichmäßig die Betriebstemperatur erreichen, so daß der Thermistor stets auch die tatsächliche Temperatur der Hallsonde erfaßt. Da auch die Hallsonde sowie der Thermistor von der Wärmeisolation umgeben sind, ist an diesen Bauteilen ebenfalls kein Temperaturgefälle zu besorgen» Es versteht sich nach diesen Erläuterungen, daß der Thermistor dabei eine Temperatur erfaßt, die ebenfalls derjenigen des Dauermagneten in der Wellenverlängerung entspricht·

Als Thermistor kommt ein NTC-Widerstand in Frage; es versteht sich, daß dessen Temperaturabhängigkeit entsprechend der zu kompensierenden Temperaturdrift . zu wählen ist· Andererseits kann auch die Temperatur von einem Pt-1oo-Element abgegriffen werden. Dessen Signal kann dann in einer entsprechenden Kompensationsschaltung für die Temperaturdrift der Hallsonde und/oder der Magnetisierung des Dauermagneten weiter verarbeitet werden.

Bei alledem kommt zugute, daß die Temperaturdrift der Magnetisierung-des Dauermagneten in dem hier interessierenden Temperaturbereich zwischen -2o und +70⁰C weitgehend linear ist. Als Hallsonde kann ein integriertes Bauteil eingesetzt werden, das als Ausgangssignal einen . dem ermittelten Magnetfeld entsprechenden Strom abgibt, also die hierzu erforderliche Elektronik vollständig beinhaltet.

Die Erfindung sei noch anhand des Beispieles,

■ J.

wie es in der Figur dargestellt ist, erläutert.

Die Figur stellt eine erfindungsgemäße Spaltrohrpumpe im Prinzip im wesentlichen im Querschnitt dar. Das Pumpengehäuse 18 ist nur teilweise zu erkennen, ebenso die Pumpenwelle 4. Von der Spaltrohrpumpe selbst interessiert hier insbe-

, sondere der Gehäusedeckel 3, in der die Kappe 7 angeordnet ist. Sie ist in dem dargestellten Beispiel als Einschraubkappe in eine entsprechende Gewindebohrung in dem Gehäusedeckel 3 vorgesehen. Die Kappe 7 ist aus' Edelstahl. Die Pumpenwelle 4- ist in ansich bekannter Weise in Gleitlagern 1_ mit Axialspiel gelagert. An der Pumpenwelle 4-ist dazu das Achsenlagerteil 1b angeordnet, am Gehäusedeckel 3 das Gehäuselagerteil 1a. Das Axialspiel der Pumpenwelle 4 wird von dem Anschlagteil 2 begrenzt, das im äußersten Fall gegen das Gehäuselagerteil 1a anschlägt. In der Pumpenwelle 4· ist eine Senkbohrung vorgesehen, in der die Wellenverlängerung 5 eingesetzt ist, gegebenenfalls eingeschraubt ist. Im dem freien Ende dieser Wellenverlängerung 5 befindet sich der Stabdauermagnet 6. Er liegt konzentrisch zur Achse . der Wellenverlängerung 5 bzw. der Pumpenwelle 4; der eine Pol des Stabdauermagneten 6 ist zur freien Stirnseite der Wellenverlängerung 5 gerichtet und damit auch zur Stirnseite der Kappe 7· Zwischen der Kappe 7 und der Wellenverlängerung - 5 ist der Ringspalt 17; in diesem Ringspalt 17 befindet sich das zu pumpende Medium. Auf der Stirnseite der Kappe 7 ist die Hallsonde 9 zusammen mit dem Thermistor 1o angeordnet. Umgeben wird die Kappe 7» die Hallsonde 9 und der

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Thermistor 1o von einer Hülse 8 als Wärmeisolierung. Diese Hülse 8 ist dazu bevorzugterweise aus einem Kunststoff· Dabei kann die Anordnung so gewählt werden, daß die Hallsonde 9 und der Thermistor 1o gegenüber der Kappe 7 mit einem Gießharz verankert sind· An dieser somit gebildeten Baueinheit bestehend aus Kappe 7» Hülse 8, Hallsonde 9 und Thermistor 1o ist eine Verstärkerelektronik 11 angeordnet; an dessen Gehäuse ist ein Steckanschluß 12 vorgesehen, damit auch unmittelbar vorort gemessen werden kann· Der Verstärker 11 wird einerseits durch die Versorgungsstromleitung 14 mit elektrischer Energie versorgt und gibt andererseits durch die Meßstromleitung 13 das Meßsignal weiter· Diese beiden Stromleitungen sind eigensicher ausgelegt, d.h· die Anzeigevorrichtung 15» die an diese Stromleitungen angeschlossen ist bzw· die Versorgungsstromleitung 14 speist, ist entsprechend eigensicher ausgelegt. In der Anzeigevorrichtung 15 sind ein unterer Grenzwertschalter 16a und ein oberer Grenzwertschalter 16b vorgesehen. Diese Grenzwertschalter begrenzen das zulässige Axial— spiel der Pumpenwelle· Wird es überschritten, so sorgen die Grenzwertschalter für eine automatische Abschaltung der Pumpe· Die Meßstromleitung 13 und die Versorgungsstromleitung 14 sind unterbrochen dargestellt, um anzudeuten, " daß sich die Anzeigevorrichtung außerhalb des gegen Explosionen zu sichernden Bereiches der Spaltrohrpumpe befinden kann.

Es versteht sich bei alledem, daß die Hallsonde

in geeigneter Weise zu orientieren ist. Dazu sind bei den handelsüblichen Hallsonden-Bauteilen lediglich die Einbauanweisungen zu berücksichtigen; bei der in der Figur dargestellten Verwirklichung der Erfindung steht das Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zur Stirnseite der Kappe bzw. der Wellenverlängerung. Dieses Magnetfeld hat in ansich bekannter Weise üblicherweise die Hallsonde senkrecht zu dem durch sie laufenden Strom zu durchtreten, während das Signal seinerseits senkrecht zum Magnetfeld von der Hallsonde abgenommen wird.

Zeichenerklärung

1_	Gleitlager
1a	Gehäuselagerteil
1b	Achsenlagerteil
2	Anschlagteil
3	Gehäusedeckel
4·	Pumpenwelle
5	Wellenverlängerung
6	Stabdauermagnet
7	Kappe
8	Hülse
9	Hallsonde
1o	Thermistor
11	Verstärker
12	Steckanschluß
13	Meßstromleitung
14-	Tersorgungsstromleitung
15	Anzeigevorrichtung
16a	Unterer Grenzwertschalter
16b	Oberer Grenzwertschalter
17	Ringspalt
18	Pumpengehäuse

Claims (2)

1. ⁿ_^s 2

   ' 1 .j Spaltrohrpumpe mit einer Wellenverlängerung (5), die in eine Kappe (7) ragt, die auf dem Gehäusedeckel (3) des Pumpengehäuses angeln ordnet ist,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß in dem freien Ende der Wellenverlangerung . . (5) in deren Achse zu deren Stirnseite gerichtet, ein stabförmiger Dauermagnet (6) angeordnet ist und auf der Außenseite der Stirnseite der Kappe (7) eine entsprechend gerichtete Hallsonde (9) angeordnet ist, die eigensicher an eine Registriereinrichtung für deren Signal geschaltet ist.
2. 2. Spaltrohrpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
   daß zur Hallsonde (9) benachbart ein Thermistor (1o) zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Signals der Hallsonde (9) und/oder der Temperaturabhängigkeit der

   Magnetisierung des stabförmigen Dauermagneten (6) angeordnet ist und die Kappe (7)» wenigstens soweit sie von dem Gehäusedeckel (3) hervorragt, und die Hallsonde (9) sowie der Thermistor (Ίο) von einer Wärmeisolation umgeben sind.