DE3536092C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugalpumpe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Zentrifugalpumpe ist bekannt (JP-OS 59-1 80 099) und hat den grundsätzlichen Vorteil, daß sie sich zum Fördern von aggressiven oder stark verschmutzten Flüssig­ keiten eignet, weil die Spaltrohr-Magnetkupplung es er­ möglicht, ohne gegen diese Flüssigkeiten abdichtende Wel­ lendichtungen auszukommen.

Wenn bei der Montage oder Demontage der bekannten Zentri­ fugalpumpe das Pumpengehäuse geöffnet wird, ist das eine Ende der Pumpenachse aus der Nabe herausgezogen, so daß dann lediglich das andere Ende der Pumpenachse noch in Verbindung mit der Rückwand des Spaltrohres steht und die letztgenannte Lagerstelle möglicherweise das gesamte Moment aufgrund des Gewichts der Pumpenachse, des Rotors, des Pumpenrades und des Verbindungsabschnitts aufnehmen muß. Dies stellt eine starke Belastung der Lagerstelle am Spaltrohr dar, was insbesondere bei einer Ausbildung des Spaltrohres aus einem keramischen Werkstoff eine erhöhte Bruchgefahr ver­ ursacht und einer Erhöhung der Pumpenleistung entgegen­ steht, die ansonsten durch eine Vergrößerung und somit Gewichtserhöhung des Rotors möglich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Zentrifugalpumpe derart auszubilden, daß bei der Montage oder Demontage der Pumpe eine Beschädigung der Lagerung des Rotors im Spaltrohr vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst. Das Spaltrohr hat im Bereich des Verbindungsabschnitts einen auf den Rotoraußendurch­ messer abgestimmten Innendurchmesser. Wenn der Rotor in diesen Bereich des Spaltrohres verschoben ist, steht er in Berührung mit dem Flanschvorsprung, so daß er von diesem abgestützt wird. Dadurch ist die Lagerstelle der Pumpenachse in der Rückwand des Spaltrohres von dem starken Moment entlastet, das sonst auftreten würde, wenn die Einheit aus dem Rotor, dem Verbindsabschnitt und dem Pumpenrad auf der Pumpenachse verschoben wird oder zusammen mit der Pumpenachse von der Rückwand gelöst wird. Dies ermöglicht Rotoren höheren Gewichts und somit eine Erhöhung der Pumpenleistung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Zentri­ fugalpumpe.

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung längs einer Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung eines Hauptteils der Zentrifugalpumpe gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel.

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung eines Hauptteils der Zentrifugalpumpe gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel.

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Zentrifugal­ pumpe und dient zur Erläuterung des Auseinandernehmens der Pumpe.

Gemäß Fig. 1 sind auf einer Grundplatte 40 ein Antriebsmotor 30 und ein Pumpengehäuse 31 angebracht. Zwischen dem An­ triebsmotor 30 und einem mittig in dem Pumpengehäuse 31 angebrachten Magnethalter 21 ist ein Zwischenstück 32 angeordnet, das über eine elastische Kupplung an eine Antriebswelle 22 des Magnethalters 21 angeschlossen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor 30 zwar ein Elektromotor, jedoch ist dieser nur als Beispiel dargestellt; statt dessen kann für diesen Zweck beispiels­ weise eine Brennkraftmaschine eingesetzt werden.

Der in dem Pumpengehäuse 31 aufgenommene Magnethalter 21 ist an seinem Ende mit einem zu der Antriebswelle 22 konzentrischen treibenden Magneten 20 versehen und mittels eines Keils 23 sowie eines Sprengrings 24 an der Antriebs­ welle 22 festgelegt. Die Antriebswelle 22 ist mit Hilfe von als Kugellager ausgebildeten Lagern 25 und 26 neben dem Magnethalter 21 einerseits sowie neben dem Zwischenstück 32 andererseits gelagert. Das Lager 25 ist zwischen dem Pumpengehäuse 31 und der Antriebswelle 22 angeordnet. Das Lager 26 ist in einem Lagergehäuse 27 untergebracht, das verschiebbar in das Pumpengehäuse 31 eingesetzt ist.

Das Lagergehäuse 27 ist an seinem Umfang mit Stellschrau­ ben 33 und 34 zum Einstellen der Lage des Magneten 20 versehen. Die Stellschraube 33 dient dazu, den Magnet­ halter 21 und die Antriebswelle 22 zu einem Spaltrohr 12 hin zu bewegen, während die Stellschraube 34 gegen eine Stirnfläche des Pumpengehäuses 31 stößt, um das Lagergehäuse 27 zu stützen.

Das Pumpengehäuse 31 ist an der oberen Seite, also der von der Grundplatte 40 abgewandten Seite an dem Außenumfang mit einer Hakenöse 35 zum Erleichtern des Zusammenbauens und Auseinandernehmens der Pumpe versehen.

Innerhalb des Pumpengehäuses 31 sind eine Pumpenachse 1, ein Rotor 3, ein Pumpenrad 2 und ein zylindrischer Verbindungsabschnitt 4 angeordnet, der den Rotor 3 mit dem Pumpenrad 2 verbindet. In dem äußeren Umfangsbereich des Rotors 3 ist konzentrisch zu der Pumpenachse 1 ein getriebener Magnet 6 derart angebracht, daß er auf magne­ tische Weise mit dem Magneten 20 gekuppelt ist. Die Magneten 20 und 6 bestehen aus einem Metall oder Ferrit mit großer Koerzitivkraft und hoher Restflußdichte und bilden eine Spaltrohr-Magnetkupplung. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Magnet 6 in den Rotor 3 eingebettet. Der Magnet 6 kann jedoch mit einem vom Material des Rotors 3 abweichenden Material wie Polytetrafluorethylen bedeckt sein.

Der Außendurchmesser des Verbindungsabschnitts 4 ist kleiner als der Außendurchmesser des Rotors 3. Vorzugs­ weise werden das Pumpenrad 2, der Rotor 3 und der Verbin­ dungsabschnitt 4 als einstückiger Körper aus einem Keramikmaterial hergestellt, welches gute chemische Korrosionsbeständigkeit und gute mecha­ nische Festigkeit aufweist, wie beispielsweise Aluminium­ oxid, Zirkonerde, Mullit, Siliziumcarbid oder Silizium­ nitrid.

Das Pumpenrad 2 und der Rotor 3 sind über Lager 5 drehbar auf der Pumpenachse 1 gelagert. In den inneren Lagerflä­ chen der Lager 5 sind Spiralnuten für den Umlauf eines schmierenden Fluids zwischen der Pumpenachse 1 und den Lagern 5 ausgebildet. Im Hinblick auf die Schmierung können die Lager 5 aus Graphit, Siliziumcarbid oder Teflon hergestellt werden.

Die Pumpenachse 1 ist an einem Ende in einer Nabe 16, die in einer Einlaßöffnung 13 in einem vorderen Gehäuse­ teil 11 angebracht ist, und an dem anderen Ende in der Rückwand des Spaltrohres 12 mit Hilfe von Druck­ scheiben 8 gehalten bzw. befestigt. Gemäß Fig. 2 ist die Nabe 16 in der Einlaßöffnung 13 mittels Rippen 15 gehal­ ten.

In dem vorderen Gehäuseteil 11 sind eine Pumpenkammer 7, die das Pumpenrad 2 umschließt, sowie eine Auslaßöff­ nung 14 und die Einlaßöffnung 13 ausgebildet, die mit der Pumpenkammer 7 in Verbindung stehen. Das vordere Gehäuseteil 11 weist eine Auskleidung 10 auf, die aus einem säurebeständigen Keramikmaterial vom Aluminiumoxid­ typ mit Korrosionsbeständigkeit besteht, da diese Aus­ kleidung nicht die hohe mechanische Festigkeit haben muß, die bei dem Rotor 3 und dem Spaltrohr 12 erforderlich ist.

Das Spaltrohr 12 umfaßt einen Flanschteil mit einem Flanschvorsprung 18, der den Verbindungsabschnitt 4 um­ gibt, eine Mantelwand 19, die den Rotor 3 umgibt, und die Rückwand. Die Mantelwand 19 dient als Trennwand zwi­ schen dem treibenden Magneten 20 und dem getriebenen Magneten 6 und ist dünner als der Flanschteil, um die Ausbildung des Magnetfelds zwischen dem Magneten 20 und dem Magneten 6 zu erleichtern.

Der Flanschteil ist verhältnismäßig dick, damit die Fe­ stigkeit des Spaltrohres 12 als Ganzem sichergestellt ist sowie auf nachfolgend erläuterte Weise Stützfläche zum Abstützen des Rotors 3 vorhanden ist. Der Innendurch­ messer der Mantelwand 19 ist größer als der Außendurch­ messer des Rotors 3, so daß der Rotor 3 aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen den Magneten 20 und 6 im Spaltrohr 12 drehbar ist. Der Flanschteil umgibt mit seinem Flanschvorsprung 18 den Außenumfang des Verbin­ dungsabschnitts 4. Der Innendurchmesser des Flanschvor­ sprungs 18 ist ungefähr gleich dem Außendruchmesser des Rotors 3, damit der Rotor 3 darin axial ist und vom Flanschvorsprung 18 geführt werden kann. Ein Spalt zwi­ schen dem Flanschvorsprung 18 und dem Verbindungsab­ schnitt 4 dient dazu, das schmierende Fluid aus der Pum­ penkammer 7 in die Lager 5 zurückzuführen. Mit Hilfe eines am Außenumfang des Flanschteils angeordneten O-Ringes 17 ist das Spaltrohr 12 gegen die Auskleidung 10 abge­ dichtet. Der Flanschteil und das übrige Pumpengehäuse 31 sind miteinander durch Schrauben 36 verbunden, wäh­ rend der vordere Gehäuseteil 11 und das übrige Pumpenge­ häuse 31 miteinander durch Schrauben 37 verbunden sind.

Die Rückwand des Spaltrohres 12 ist in ihrem mittleren Bereich dicker ausgebildet, um die Pumpenachse 1 zu la­ gern, während der restliche Teil der Rückwand dicker als die Mantelwand 19 ist, um die Festigkeit des Spaltrohres 12 sicherzustellen. Das Spaltrohr 12 kann aus einem che­ misch korrosionsbeständigen Keramikmaterial wie Alumi­ niumoxid, Zirkonerde, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid oder einem (Si-Al-O-N)-System oder dergleichen bestehen. Als Material für das Spaltrohr 12 ist insbesondere teilstabilisiertes Zirkon­ erde-Keramikmaterial (PSZ) infolge seiner hohen mecha­ nischen Festigkeit und seines hohen Wärmeschock-Wider­ standsvermögens vorteilhaft. Wenn das Spaltrohr 12 aus einem solchen nicht magnetischen und elektrisch isolieren­ den Keramikmaterial hergestellt ist, ist die magnetische Kopplung zwischen dem treibenden Magneten 20 und dem ge­ triebenen Magneten 6 günstig. Bei der Verwendung des teil­ stabilisierten Zirkonerde-Keramikmaterials kann die Man­ telwand 19 des Spaltrohres 12 dünn gestaltet werden, wo­ durch hohe Drehmomente hervorgerufen werden, was einen hohen Pumpendruck ermöglicht.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 kann der Flanschteil des Spaltrohres 12 aus einem getrennt von der Mantelwand 19 ausgebildeten Teil 18 B und einem mit der Mantelwand 19 einstückigen Teil 18 A bestehen. Bei dieser Gestaltung wird der Teil 18 A aus dem teilstabilisierten Zirkonerde- Keramikmaterial hergestellt, während der sperrige und komplizierte Teil 18 B aus einem leicht zu verarbeitenden Keramikmaterial wie beispielsweise einem säurebeständi­ gen Aluminiumoxidtyp-Keramikmaterial hergestellt wird.

Es wurde zwar erläutert, daß die Auskleidung 10, das Pum­ penrad 2 und der Rotor 3 im Hinblick auf die Säurebestän­ digkeit und die mechanische Festigkeit vorzugsweise aus Keramikmaterial hergestellt werden, jedoch besteht bei der beschriebenen Zentrifugalpumpe keine Einschränkung auf dieses Material; vielmehr können entsprechend den zu fördernden Fluiden Metalle oder mit Kunststoff be­ schichtete Metalle verwendet werden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Pumpenrad 2 und der Rotor 3 relativ zur Pumpenachse 1 drehbar. Gemäß Fig. 4 können jedoch das Pumpenrad 2 und der Rotor 3 an der Pumpenachse 1 befestigt sein, welche im Pumpengehäuse 31 drehbar gelagert ist. Zu diesem Zweck ist der Rotor 3 mittels eines Keils 39 an der Pumpenachse 1 befestigt und die Pumpenachse 1 drehbar in den Lagern 5 gelagert, die in der Nabe 16 und in der Rückwand des Spaltrohres 12 angebracht sind.

Nachstehend wird anhand der Fig. 1 und 5 erläutert, wie die beschriebene Zentrifugalpumpe zur Wartung und Inspek­ tion auseinandergenommen wird.

Zuerst wird das Zwischenstück 32 von dem Antriebsmotor 30 und der Antriebswelle 22 gelöst. Dann wird die Stell­ schraube 34 gelockert, während die Stellschraube 33 ange­ zogen wird, um die Antriebswelle 22 in Richtung zum Spalt­ rohr 12 zu verschieben. Außerdem werden die Schrauben 37 ent­ fernt, damit das Pumpengehäuse 31 bewegbar wird. Dann wird das übrige Pumpengehäuse 31 vom Gehäuseteil 11 gelöst und zum Antriebsmotor 30 hin bewegt, um dadurch die Pum­ penachse 1 so weit aus der Nabe 16 herauszuziehen, daß die Pumpenachse 1 noch etwas von der Nabe 16 abgetützt ist.

Dier Verschiebung der Antriebswelle 22 zusammen mit dem treibenden Magneten 20 ergibt, daß der Rotor 3, der mit dem getriebenen Magneten 6 versehen ist, auf der Pum­ penachse 1 nach links in Fig. 5 verschoben wird, so daß der Außenumfang des Rotors 3 im Flanschvorsprung 18 des Spaltrohres 12 sitzt.

Dann wird das den Rotor 3 enthaltende Gehäuseteil des Pumpengehäuses 31 weiter in Richtung zum Antriebsmotor 30 bewegt, um die Pumpenachse 1 aus der Nabe 16 an dem vorderen Gehäuseteil 11 herauszuziehen.

Durch die vorstehend beschriebenen aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgänge wird das vordere Gehäuseteil 11 von dem Rotor 3 und dem Spaltrohr 12 gelöst. Bei diesem Lösen ist der Rotor 3 von dem Flanschvorsprung 18 abgestützt, so daß der Rotor 3 keine Biegebelastung auf die Pumpen­ achse 1 und das Spaltrohr 12 ausübt.

Zum Trennen des Rotors 3 vom Spaltrohr 12 wird der Rotor 3 entlang der inneren Umfangsfläche des Flanschvorsprungs 18 des Spaltrohres 12 verschoben, bis der Rotor 3 zusammen mit dem Pumpenrad 2 aus dem Spaltrohr 12 herausgezogen ist.

Die Montage der Zentrifugalpumpe wird nicht beschrieben, da sie in Schritten vorgenommen werden kann, die zu den vorstehend beschriebenen Schritten bei der Demontage gegensinnig sind.

Claims (5)

1. Zentrifugalpumpe mit einem Antriebsmotor, einer mit einem Rotor versehenen Pumpvorrichtung und einer Spaltrohr-Magnetkupplung, die einen treibenden Magneten, der an einem an den Antriebsmotor angeschlossenen Magnet­ halter angebracht ist, und einen am Rotor angebrachten, getriebenen Magneten aufweist, der magnetisch mit dem treibenden Magneten gekoppelt ist, wobei die Pumpvorrich­ tung ein Pumpenrad, einen Verbindungsabschnitt, der das Pumpenrad mit dem Rotor verbindet und dessen Außendurchmesser kleiner als der des Rotors ist, eine Pumpenachse zur drehbaren Lagerung des Rotors und des Pumpenrades sowie ein Pumpengehäuse und ein daran befe­ stigtes Spaltrohr aufweist, das den Rotor aufnimmt, wobei ein Ende der Pumpenachse in einer Nabe gelagert ist, die mit Hilfe von Rippen in einer Einlaßöffnung des Pum­ pengehäuses angeordnet ist, während das andere Ende der Pumpenachse in einer Rückwand des Spaltrohres gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltrohr (12) einen Flanschvorsprung (18) aufweist, der den zylindrischen Verbindungsabschnitt (4) umgibt, und daß der Rotor (3) bei der Montage oder Demontage in dem Flanschvorsprung (18) gleitend axial verschiebbar ist.

2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnethalter (21) eine Vorrichtung (27, 33, 34) zum Einstellen seiner Lage in Axialrichtung der Pumpenachse (1) aufweist.

3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung (27, 33, 34) ein Lagerge­ häuse (27), in dem über ein Lager (26) die Antriebswelle (22) des Magnethalters (21) gelagert ist, und eine Stell­ schraube (33, 34) aufweist, die zwischen dem Lagergehäuse und dem den Magnethalter umgebenden Pumpengehäuse (31) wirkt.

4. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltrohr (12) aus Keramikmaterial besteht.

5. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Keramikmaterial Zirkonerde-Keramikma­ terial ist.