DE3413930C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 38 19 293 ist eine Kreiselpumpe bekannt, deren Gehäuse sowie deren Laufrad mit Welle und Innenrotor aus Glas bestehen. Eine Demontage kann praktisch nicht ohne Zerstörung zumindest eines wesentlichen Teiles der Kreiselpumpe vorgenom­ men werden. Es ist nur ein einziges Gleitlager vorhanden und der Rotor, die Welle und das Laufrad weisen insgesamt eine vergleichsweise große axiale Länge auf, wodurch hohe Lager­ kräfte aufgrund der Präzession bei hohen Drehzahlen wohl kaum zu vermeiden sind. Das Laufrad und die Welle sind separat gefertigt und nachträglich miteinander verschweißt, wodurch die Gefahr einer Unwucht gegeben ist. Die Fertigung ist inso­ weit recht aufwendig, und hinsichtlich der Belastbarkeit sind Grenzen gesetzt.

Aus der US-PS 36 47 314 ist eine Kreiselpumpe bekannt, bei welcher das Laufrad nur auf einer Seite mittels einer Hohlwel­ le im Pumpengehäuse gelagert ist. Auf der anderen Seite des Laufrades befindet sich der frei angeordnete Innenrotor eines Magnetantriebes. Die Magnete sind auf der Außenfläche des Innenrotors angeordnet, und sowohl das Gehäuse als auch der Rotor samt Laufrad bestehen aus einem Kunststoff. Aufgrund des vergleichsweise großen Wärmeausdehungskoeffizienten von Kunststoff ist eine derartige Kreiselpumpe für Fördermedien mit hohen Temperaturen wenig geeignet.

Ferner ist in der DE-OS 32 07 166 eine Kreiselpumpe mit einer Magnetkupplung als Antrieb dargestellt. Die Pumpe besteht mit ihren wesentlichen Teilen, die mit dem Fördermedium in Berüh­ rung kommen, aus Kunststoff, so daß aggressive Medien geför­ dert werden können. Falls ein Medium mit Temperaturen größer 370 K zu fördern ist, können sich Probleme aufgrund des ver­ gleichsweise großen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunst­ stoffes ergeben. Die Kreiselpumpe enthält mindestens zwei Lagerringe von hydrodynamischen Lagern. Die mit dem Laufrad, insbesondere mittels Gewinde, fest verbundenen Lageringe er­ fordern einen entsprechenden Fertigungsaufwand, wobei ein entsprechend großer Außendurchmesser der Lagerringe bedingt ist.

Aus der japanischen Veröffentlichung 58-1 33 497 ist eine Krei­ selpumpe bekannt, deren Laufrad mittels einer Hohlwelle gela­ gert ist. Diese Hohlwelle wird von einer feststehenden Achse durchdrungen, die einerseits im Gehäuse und andererseits im Spaltrohrtopf befestigt ist. Diese Achse wird direkt von dem Fördermedium umströmt. Aufgrund der relativ niedrigen Biege­ festigkeit von Keramik ist die Achse nicht aus Keramik gefer­ tigt, wodurch eine geringe Korrosionsbeständigkeit der Pumpe gegeben ist. Die Befestigung der Achse im Spaltrohrtopf erfor­ dert eine Vergrößerung seiner Wandstärke. Dies ist jedoch nach­ teilig im Hinblick auf das erforderliche Magnetvolumen. Ein erhöhtes Magnetvolumen des Rotors bedingt nicht nur höhere Fertigungskosten, sondern darüber hinaus eine Verstärkung der Lagerung und schließlich der Wandstärke.

Schließlich ist aus der DE-OS 22 15 186 eine stopfbuchslose Chemiekreiselpumpe mit einem Spaltrohr-Magnetkupplungsantrieb bekannt. Der Innenrotor ist mittels eines Gewinderinges und einer Paßfeder auf einer üblichen Welle aus Stahl befestigt. Die Welle ist in einer Lagerbuchse in bekannter Weise ge­ lagert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß aggressive Medien bei hohen Temperaturen gefördert werden können, wobei eine kostengünstige Fertigung und eine einfache Montage möglich sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß dem kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus und kann zur Förderung von aggressi­ ven Medien bei hohen Temperaturen zum Einsatz gelangen. Das Laufrad und die Welle sind einstückig aus einem keramischen Material gefertigt, wobei dessen niedriger Wärmeausdehnungs­ koeffizient in günstiger Weise ausgenutzt wird. Der Rotor und die Welle werden gemeinsam aus einem einzigen Formling einer keramischen Masse gebrannt und gesintert, wodurch mit niedri­ gem Gewicht und reduzierten Abmessungen eine hohe Festigkeit gegeben ist. So können große Kreiselpumpen für die Chemie und Verfahrenstechnik kostengünstig gefertigt werden, wobei die Materialvorteile des keramischen Materials auch in hohen Tem­ peraturbereichen ausgenutzt werden können. Als keramisches Material gelangt insbesondere Oxidkeramik zum Einsatz. Eine gute Beständigkeit gegenüber Säuren sowie bei starker alkali­ scher Beanspruchung wird erreicht. Die Kreiselpumpe kann pro­ blemlos für Temperaturbereiche größer 370 K, bevorzugt bis etwa 480 K, auch bei recht korrosiven Fördermedien zum Einsatz gelangen. Die Lagerflächen des keramischen Materials können mit hoher Präzision gefertigt werden, und Unwuchten werden zuverlässig vermieden. Das Laufrad, die Welle und der aufge­ schobene Innenrotor weisen insgesamt einen kompakten Aufbau auf bei einer vergleichsweisen geringen axialen Länge. Durch Anordnung der Gleitlager zu beiden Seiten des Laufrades können die Lagerbelastungen klein gehalten werden, wodurch im Hin­ blick auf Präzessionskräfte und Unwuchten eine hohe Funktions­ sicherheit gewährleistet wird. Da die beiden Gleitlager in axialer Richtung nahe beieinanderliegen, und ferner auch das Gehäuse aus dem gleichen Werkstoff wie das Laufrad und die Welle besteht, können hohe Temperaturen auch und gerade bei Ausbildung der Kreiselpumpe für hohe Leistungsbereiche zuver­ lässig beherrscht werden. Die Verbindung des auf die Welle aufgeschobenen Innenrotors mittels eines Gewinderinges und eines Gewindezapfens ermöglicht eine kostengünstige Fertigung und gewährleistet gleichwohl eine zuverlässige Drehmonentüber­ tragung vom Innenrotor auf die Welle bzw. das Pumpenrad. Zu Revisions- oder Reparaturzwecken kann die Kreiselpumpe prob­ lemlos auch vor Ort auseinander- und wieder zusammengebaut werden.

In einer besonderen Ausgestaltung weisen die Gleitlager in einem Gehäuseteil und in einem Gehäusedeckel jeweils eine als Gleitlagerfläche ausgebildete zentrale Bohrung oder eine separate Lagerbuchse auf. Der Fertigungsaufwand für die Her­ stellung der Gleitlagerflächen unmittelbar in dem Gehäuseteil bzw. dem Gehäusedeckel ist gering. Die separate Lagerbuchse ist im Hinblick auf einen einfachen Austausch bei einer Über­ holung oder Reparatur der Kreiselpumpe von Vorteil.

Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil und der Gehäusedeckel zwischen zwei axial beabstandeten Flanschen mittels eines Gehäusepanzers und Ver­ bindungselementen in axialer Richtung verspannt sind. Eine zuverlässige Verbindung von Gehäuseteil und Gehäusedeckel bei exakter Ausrichtung der Gleitlagerflächen der beiden Gleitla­ ger wird erreicht. Der Gehäuseteil und der Gehäusedeckel wei­ sen in Radialebenen liegende Anlageflächen auf, die bei einfa­ cher Bearbeitung aufgrund der axialen Verspannung eine gute Abdichtung ergeben, wobei durch den Gehäusepanzer in einfacher Weise auch ein Schutz vor äußeren Einwirkungen geschaffen ist.

Um eine zuverlässige Befestigung und Drehmomentübertragung zu erhalten, weist der Innenrotor eine ringförmige Kammer auf, welche an einer axialen Stirnfläche eine zum Einsetzen der Magnete vorgesehene Öffnung aufweist, welche mittels eines Verschlußringes dicht verschlossen ist. Im Hinblick auf eine lange Lebensdauer der Kreiselpumpe sind somit die Magnete zuverlässig vor dem korrosiven Fördermedium geschützt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch eine Kreiselpumpe dargestellt, welche ein Laufrad 2 mit einer Welle 50 aus einem keramischen Werkstoff enthält. Das Laufrad 2 ist in einem Gehäuseteil 4 und einem Gehäusedeckel 6 angeordnet. Der Gehäu­ seteil 4 sowie der Gehäusedeckel 6 bestehen aus einem kerami­ schen Werkstoff. Das zu fördernde Medium gelangt über die Ansaugöffnung 8 zum Laufrad 2, dessen Schaufeln 10 es durch den Ringraum 12 zur Auslaßöffnung 14 fördern.

Das Laufrad 2 ist im Bereich der Ansaugöffnung 8 sowie etwa in der Mitte der Welle 50 mittels Gleitlagern 20, 22 gelagert, deren Lagerbuchsen 16, 18 mit dem Gehäuseteil 4 bzw. dem Ge­ häusedeckel 6 fest verbunden sind. Die Lagerbuchsen 16, 18 bestehen aus Polytetrafluoräthylen oder aus einem keramischen Werkstoff oder aus Kohle und sie dienen sowohl zur radialen als auch zur axialen Lagerung des Laufrades 2. In einer alter­ nativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform können im Rahmen der Erfindung die Lagerbuchsen entfallen, so daß das Laufrad 2 unmittelbar über entsprechende Lagerflächen des Gehäuseteiles 4 und des Gehäusedeckels 6 gelagert ist. Der Gehäusedeckel 6 ist als eine ringförmige Scheibe ausgebildet, deren axiale Länge mit der der Lagerbuchsen 18 ungefähr über­ einstimmt. Zwischen dem Innenrotor 24, über welchem der An­ trieb des Laufrades 2 erfolgt und dem Gehäusedeckel 6 befindet sich ein Raum 26. Damit in diesem Raum 26 evtl. vorhandene Luftblasen abgeleitet werden können, weist der Gehäusedeckel 6 eine achsparallele Ausgleichsöffnung 28 auf, die die Verbin­ dung zum Ringraum 12 herstellt. Ferner sind im Laufrad 2 ra­ diale Ausgleichsöffnungen 30 sowie eine Längsbohrung 31 vor­ handen, durch welche aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem freien Raum 26 und der Ansaugöffnung 8 die genannten Luft­ blasen abgeleitet werden. Ferner kommt ein Teilstrom des För­ dermediums durch die Ausgleichsöffnungen 28, 30 sowie die Längsbohrung 31 zustande, um die im Bereich der Magnetkupplung bzw. in dem Raum 26 des Spaltrohrtopfes entstehende Verlust­ wärme abführen können.

Der Gehäuseteil 4 und der Gehäusedeckel 6 sind zwischen zwei axial beabstandeten Flanschen 32, 34 angeordnet. Der Gehäuse­ teil 4 sowie teilweise auch der Gehäusedeckel 6 sind von einem Gehäusepanzer 36 umgeben. Die Flansche 32, 34 sind mit diesem Gehäusepanzer 36 durch Verbindungselemente 37 in axialer Rich­ tung verspannt. Der Gehäuseteil 4 und der Gehäusedeckel 6 enthalten in Radialebenen liegende Anlageflächen 38 bis 41, an welchen zugeordnete Flächen 42 bis 44 der Flansche 32, 34 sowie des Gehäusepanzers 36 über geeignete Zwischenringe 46, 47 sowie Dichtungsringe 48, 49 anliegen. Der Gehäuseteil 4 sowie der Gehäusedeckel 6 sind somit einerseits dicht mitein­ ander verbunden und andererseits durch den Gehäusepanzer 36 und die Flansche, die zweckmäßig aus Metall bestehen, gegen äußere Einflüsse gesichert.

Zum Antrieb des Laufrades 2 ist auf der Welle 50 der Innen­ rotor 24 einer Magnetkupplung befestigt. Am Ende der Welle 50 befindet sich ein Gewinde 52, mit welchem ein Gewindering 54 zur axialen Festlegung des Innenrotors 24 eingreift. Der Innenrotor 24 ist mittels einer Paßfeder drehfest mit dem Laufrad 2 verbunden. Der Innenrotor 24 enthält eine ringförmi­ ge Kammer 58, in welcher auf einem Magnetträger 60 Magnete 62 angeordnet sind, die durch einen Öffnung 64 an einer axialen Stirnfläche 66 in die Kammer eingesetzt werden. Die Kammer 58 ist mit zwei Verschlußringen 68, 70 verschlossen. Die Ver­ schlußringe 68, 70 weisen konische Außenflächen 72, 74 auf, welchen entsprechende Flächen des Innenrotors 24 zugeordnet sind. Die Magnete 62 sowie die Verschlußringe 68, 70 sind mittels eines geeigneten Klebers oder Kitts nach außen hin abgedichtet in dem Innenrotor 24 angeordnet. Aufgrund der beiden Verschlußringe 68, 70 sind vergleichsweise große Klebe­ flächen vorhanden, so daß das aggressive Fördermedium sicher von den Magneten ferngehalten wird und eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.

Der Innenrotor 24 ist von einem Außenrotor 76 umgeben, und da­ zwischen ist in bekannter Weise ein Spaltrohrtopf 78 angeord­ net. Der Spaltrohrtopf 78 besteht in einer bevorzugten Ausge­ staltung aus Metall, wobei auf der Innenseite eine Schicht 79 aus einem chemisch beständigen Werkstoff, insbesondere Emaille, aufgebracht sein kann. Die chemischen und/oder physi­ kalischen Eigenschaften dieses Emailles entsprechen weitgehend denen des in der Pumpe vorgesehenen keramischen Werkstoffes, so daß eine otpimale Werkstoffpaarung, insbesondere im Hin­ blick auf Temperaturbelastungen, gegeben ist. Ferner kann der Spaltrohrtopf aus Keramik oder Glas bestehen und zweckmäßig mit faserverstärkten Werkstoffen versehen und insbesondere umhüllt sein. Bei allen Ausführungsformen gelangt das Förder­ medium nur mit einem chemisch beständigen Werkstoff in Berüh­ rung, wobei das Temperaturverhalten zumindest näherungsweise dem des Gehäuses und des Laufrades entspricht.

Der Spaltrohrtopf 78 ist mit seinem Ring 80 zwischen dem Flansch 34 und dem Gehäusedeckel 6 eingespannt. Der Außenrotor 76 befindet sich innerhalb eines Lagerträgers 82, der mittels Gewindebolzen 83 mit dem Flansch 34 verschraubt ist. In dem Lagerträger 82 befinden sich ferner Lager 84 für den Außen­ rotor 76 . Der Lagerträger 82 kann durch Lösen der Gewindebol­ zen 83 von den übrigen Teilen der Kreiselpumpe entfernt wer­ den, die somit auch bei Montage- oder Reparaturarbeiten im vollen Umfange vom Systemdruck beaufschlagt bleiben können.

Claims (6)

1. Kreiselpumpe mit einem Laufrad, das mittels einer Welle in einem Gehäuse gelagert ist, mit auf der Welle in einem abgedichteten Innenrotor angeordneten Magneten einer Antriebs­ einheit, die einen Spaltrohrtopf aufweist, wobei das Laufrad und die Welle als eine Einheit aus dem gleichen Werkstoff bestehen und mit einer als Gleitlagerfläche ausgebildeten Außenfläche in dem Gehäuse gelagert sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Laufrad (2) und die Welle (50) aus einem keramischen Material einstückig gefertigt sind,
daß der aus keramischem Material bestehende und auf die Welle (50) aufgeschobene Innenrotor (24) mittels eines Gewinderinges (54) und eines Gewindezapfens (52) mit der Welle (50) verbun­ den ist und
daß zu beiden Seiten des Laufrades (2) in axialer Richtung anschließend je ein Gleitlager (20, 22) angeordnet ist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (20, 22) in einem Gehäuseteil (4) und in einem Gehäusedeckel (6) jeweils eine als die Gleitlagerflächen aus­ gebildete zentrale Bohrung oder eine separate Lagerbuchse (16, 18) aufweisen.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (4) und der Gehäusedeckel (6) zwischen zwei axial beabstandeten Flanschen (32, 34) mittels eines Gehäuse­ panzers (36) und Verbindungselementen (37) in axialer Richtung verspannt sind.

4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrotor (24) eine ringförmige Kam­ mer (58) aufweist, welche an einer axialen Stirnfläche (66) eine zum Einsetzen der Magnete vorgesehene Öffnung (64) auf­ weist, welche mittels eines Verschlußringes (68, 70) dicht verschlossen ist.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrotor (24) und der Verschlußring (68, 70) einander entsprechende konische Flächen (72, 74) aufweisen.

6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Innenrotor (24) umgebende Spalt­ rohrtopf (78) aus Metall besteht und auf seiner dem Innenrotor (24) zugewandten Innenfläche eine chemisch beständige Schicht (79) aufweist oder daß der Spaltrohrtopf (78) aus Metall, Keramik oder Glas besteht und/oder mit faserverstärkten Werk­ stoffen versehen ist.