DE3612802C2 - Permanentmagnetpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Permanentmagnetpumpe, bestehend aus einer Kreisel- oder Verdrängerpumpe mit einem Läufer, aus einer Permanentmagnetkupplung und einem Antriebsmotor, bei der die Permanentmagnete des mit dem Antriebsmotor verbundenen Außenrotors auf die Permanentmagnete des mit dem Pumpenläufer verbundenen Innenrotors durch einen Spalttopf hindurchwirken, der aus einem elektrisch schlecht leitenden Material besteht und dessen Innenraum von der Förderflüssigkeit benetzt und druckbeaufschlagt ist.

Derartige Permanentmagnetpumpen sind seit langem bekannt. Während ursprünglich ihr Einsatz schwierigen verfahrens­ technischen Förderproblemen der Chemieindustrie vorbehalten war, kommen diese Pumpen wegen ihrer sehr großen Sicher­ heit gegen Austreten des Fördermediums zunehmend auch für solche Fälle zum Einsatz, bei denen ein Störfall noch keine Gefährdung, jedoch eine Beeinträchtigung der Sicher­ heit mit sich bringen würde. Folglich werden die genannten Permanentmagnetpumpen unter den unterschiedlichsten Betriebs­ bedingungen und für die unterschiedlichsten Medien einge­ setzt.

Besonders schwierig wird eine Förderaufgabe, wenn das Fördermedium unter hohem Druck steht und besonders aggressiv ist, so daß keine metallischen Werkstoffe inner­ halb der Pumpe mit dem Fördermedium in Berührung kommen dürfen. In diesen Fällen wird eine Vollkunststoffpumpe eingesetzt, die beschichteten metallischen Pumpen insofern überlegen ist, als die Gefahr der Beschädigung der Be­ schichtung bzw. der Ablösung beseitigt ist. Bei einem hohem Betriebsdruck hat der Spalttopf das Bestreben, seine zylindrische Ausgangsform im Bereich der Permanentmagnete zugunsten einer Kugelform aufzugeben, was im übrigen auch für metallische Spalttöpfe gilt, die in Verbindung mit anderen Fördermedien einem vergleichsweise viel höheren Betriebsdruck ausgesetzt sind.

Aus der GB 21 45 882 ist eine Permanentmagnetpumpe bekannt, die aus einer Verdrängerpumpe mit einem Läufer, aus einer Permanentmagnetkupplung und einem Antrieb besteht, bei der die Magnete des mit dem Antriebsmotor verbundenen Außenrotors auf die Permanentmagnete des mit dem Pumpenläufer verbundenen Innenrotors durch einen Spalttopf hindurchwirken. Der aus schlecht leitendem Material bestehende Spalttopf weist einen Innenraum auf, der von der Förderflüssigkeit benetzt und druckbeaufschlagt ist. Die zylindrische Außenfläche des Spalt­ topfes weist mehrere unmittelbar nebeneinander angeordnete Stützringe auf, die den Spalttopf umschließen und somit nicht nur zu einer Verstärkung sondern auch zu einer unerwünschten Wandverdickung des Spalttopfes führen.

Es ist zu berücksichtigen, daß der zylindrische Bereich des Spalttopfes so dünn wie möglich ausgebildet wird, damit die Entfernung der Permanentmagnete an dem Außen­ rotor und an dem Innenrotor möglichst gering ist, also die Permanentmagnetkupplung einen guten Wirkungsgrad auf­ weist. Folglich wird zur Herbeiführung eines guten Wirkungsgrades die äußerste Grenze an geringer Material­ stärke an dem Spalttopf verwirklicht, die aus Gründen des Betriebsdruckes noch gerade vertretbar ist. Insbe­ sondere bei Spalttöpfen aus Kunststoff muß dabei oftmals eine unverhältnismäßig große Wandstärke in Kauf benommen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Permanentmagnetpumpe der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie extrem hohe Betriebsdrücke verkraftet und dennoch der Wirkungsgrad der Permanentmagnetkupplung besonders gut ist.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Innenseite des Spalttopfbodens mit mindestens einem radial verlaufenden Versteifungssteg bzw. einer Versteifungsrippe versehen ist.

Mit einer dieser Maßnahmen wird der Spalttopfboden so steif und formstabil, daß er an der Druckverformung infolge des Betriebsdruckes im Innenraum des Spalttopfes so gut wie nicht mehr teilnimmt. Als Folge davon ist bereits ein deutlicher Rückgang der Verformung der zylindrischen Mantelfläche gegenüber einem herkömmlichen Spalttopf­ boden bei gleichem Betriebsdruck und gleichen Abmessungen zu beobachten. Die Rippen bzw. Stege haben jedoch noch einen weiteren Effekt auf die Sicherheit der Pumpe. Es hat sich herausgestellt, daß die Rippen oder Stege als Rotationsbremse oder Rotationssperre der hier von dem Innenrotor in ständiger Rotation gehaltenen Strömung des Fördermediums dienen. Eine Rotationsströmung ist grund­ sätzlich ungefährlich, sie kann sich jedoch zu einem Störfaktor entwickeln, wenn das Fördermedium abrasive Partikel enthält, die sich an dieser Stelle ansammeln und eine schleifende, also abtragende Wirkung an dem Spalttopfboden hervorrufen. Die erfindungsgemäß angeord­ neten Stege oder Rippen bilden Taschen, in denen sich der­ artige Partikel ablagern und die folglich an einer zer­ störerischen Schleifarbeit gehindert sind. Allenfalls kommt es zu einem Abtrag der Rippen, der zu einem gewissen Grad geduldet werden kann, jedenfalls nicht die Sicherheit der Pumpe gefährdet.

Als weitere Lösung kann auf der zylindrischen Außenfläche des Spalttopfes ein Stützring oder mehrere Stützringe angeordnet sein, wobei dann die Permanentmagnete des Außenrotors außerhalb der Bereiche der Stützringe in üblicher Nähe zum Spalttopf angeordnet sind.

Insbesondere bei langen Spalttöpfen empfiehlt sich diese zusätzliche Maßnahme, sie kann jedoch auch anstelle des mit Stegen oder Rippen versehenen Spalttopfbodens zur Erhöhung der Formstabilität des Spalttopfes angewendet werden. In jedem Fall werden dann die Permanentmagnete des Außenrotors so nahe wie möglich an die zylindrischen Bereiche zwischen den Stützringen des Spalttopfes heran­ gebracht, damit trotz der Verstärkungen durch die Stütz­ ringe ein guter Wirkungsgrad der Permanentmagnetkupplung erhalten bleibt. Dazu werden die Permanentmagnete auf Futterringen oder einem entsprechend gestalteten Außen­ rotor angebracht, der gegebenenfalls aus zwei zusammenge­ fügten Halbschalen besteht; letztere Bauweise ist immer dann erforderlich, wenn die Stützringe integraler Bestand­ teil des Spalttopfes sind. Die Stützringe verringern die freie Länge des zylindrischen Mantels des Spalttopfes zwischen der einen eingespannten Seite und dem Spalttopf­ boden, wodurch sich eine Reduzierung der Ausbeulung bei hohen Drücken herbeiführen läßt.

Die Stützringe sind wegen ihrer großen Materialansammlung weit weniger anfällig gegen eine äußere Anritzung oder dergleichen durch die Permanentmagnete des Außenrotors bei einer ausgeschlagenen Lagerung desselben. Sie können deshalb als Anlaufsperren für den Fall dienen, daß die Lagerung des Außenrotors beschädigt wird. Dazu muß das Spiel zwischen der Außenfläche eines Stützringes und der Innenfläche des Außenrotors an dieser Stelle gleich oder geringfügig kleiner sein als das Spiel zwischen den Permanentmagneten des Außenrotors und der Außenfläche des Spalttopfes.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine Permanentmagnetpumpe gemäß der Er­ findung mit sich rechtwinklig kreuzen­ den Stegen im Spalttopfboden und Stütz­ ringen auf der zylindrischen Außenseite in Verbindung mit einem Innenrotor, der einfach gelagert ist, und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch einen Spalttopf gemäß der Erfindung für eine Pumpe, deren Innenrotor zweifach ge­ lagert ist.

In Fig. 1 ist im Querschnitt eine Kreiselpumpe mit Per­ manentmagnetantrieb schematisch dargestellt, wobei ins­ besondere dem Pumpenteil weniger Beachtung geschenkt ist als der Permanentmagnetkupplung. Innerhalb des Pumpen­ raumes ist ein Teil eines Laufrades 1 zu erkennen, wobei der Pumpenraum zu der Permanentmagnetkupplung durch einen Lagerträger 2 abgetrennt ist. Dieser enthält eine schema­ tisch angedeutete Lagerung 3, die aus einem breiten Radiallager und zwei seitlichen Axiallagern besteht. Die Lagerung 3 wird von dem Fördermedium über eine Bohrung 4 unter anderem in dem Lagerträger 2 geschmiert.

Mit dem Laufrad 1 ist ein Innenrotor 5 zu einer Einheit zusammengefügt, der auf seiner äußeren Mantelfläche zwei mit Permanentmagneten 7 besetzte Bereiche aufweist. Die Permanentmagnete sind dünne Plättchen aus einer seltenen Erde und Kobalt, die in wechselnder Polarität zu einem geschlos­ senen Ring angeordnet und von einem, dünnen Schutzmantel 6 umschlossen sind. Der Innenrotor 5 ist eng von einem Spalttopf 8 umgeben, um dessen Außenfläche ein mit Per­ manentmagneten 7 bestückter Außenrotor 10 rotiert. Die Permanentmagnete 7 des Außenrotors 10 sind ebenfalls in wechselnder Polarität in derselben Anzahl pro Bereich wie an dem Innenrotor 5 angebracht, insbesondere in ein Bett geklebt.

Zwischen den Bereichen der Permanentmagnete bzw. auch außerhalb des einen Bereiches sind auf die zylindrische Mantelfläche des Spalttopfes 8 zwei Stützringe 9 aufge­ schoben und zum Beispiel festgeklebt, die einer Verformung des Spalttopfes in diesem Bereich entgegenwirken. Zur Wahrung eines geringen Abstandes der Permanentmagnete 7 an dem Außenrotor 10 zu der restlichen Fläche des Spalt­ topfes und damit zu den Permanentmagneten 7 des Innen­ rotors 5 sind sie auf Futterringen 11 angeordnet, die ver­ schieblich und fixierbar in den Außenrotor 10 eingesetzt sind. Der Außenrotor ist in üblicher Weise an einem Lagerzapfen 13 wälzgelagert, wobei die Lager in einem die Permanentmagnetkupplung übergreifenden Gehäuseteil 12 gehalten sind (nicht dargestellt).

Auf der Innenseite des Bodens des Spalttopfes 8 befinden sich zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Stege 14. In der Darstellung in der Fig. 1 hätte der flächig er­ kennbare Steg 14 strenggenommen schraffiert werden müssen, aus Gründen der besseren Übersicht ist jedoch eine Ansicht wiedergegeben worden, obwohl sich dieser Steg durch die geschnittene Mittelebene erstreckt. Der dazu senkrecht stehende Steg ist in gestrichelten Linien ange­ deutet.

Die beiden Stege 14 verleihen dem Spalttopfboden eine außerordentliche Steifigkeit, wobei die in den zylindrischen Bereich des Spalttopfes 8 hineinragenden äußeren Enden auch in diesem Bereich einen Beitrag zur Formstabilität leisten. Dadurch wird die Verformung des Spalttopfes unter einem hohen Betriebsdruck insbesondere bei einem Spalttopf 8 aus Kunststoff stark vermindert.

Die Stege 14 wirken außerdem als Rotationssperre oder Rotationsbremse für die in diesem Bereich befindliche Förderflüssigkeit. Sie wird durch den umlaufenden Innen­ rotor 5 an dieser Stelle permanent in Drehung versetzt und ständig durch die aus der Lagerung 3 in diesem Bereich austretende Flüssigkeitsmenge ersetzt. Dennoch kann es zu Ansammlungen von Partikeln kommen, die ohne die Stege 14 ständig an der tiefsten Stelle des Bodens des Spalt­ topfes 8 kreisen und eine schleifende Wirkung entfalten können. Die Stege 14 verhindern diese Rotationsströmung, und eventuell sich hier sammelnde Partikel werden in den vier durch die Stege 14 gebildeten Taschen aufgefangen und gehalten. Eine gegebenenfalls innerhalb der Taschen vorhandene Teilrotationsströmung ist unschädlich, da die Stege ohne weiteres angegriffen werden dürfen, ohne nennenswert an Stabilität zu verlieren.

In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Spalttopf gemäß der Erfindung wiedergegeben. Es handelt sich um einen Spalttopf 8′, der für eine Pumpe bestimmt ist, die eine zweifache Lagerung für den aus dem Laufrad und dem Innenrotor bestehenden Läufer hat. Dazu ist an dem Boden des Spalttopfes 8′ ein Lagerzapfen 17 fest angebracht, der zur Aufnahme feststehender Lager­ schalen für zwei Axiallager und ein Radiallager dient.

Wiederum sind auf der Außenfläche des zylindrischen Be­ reiches des Spalttopfes 8′ Stützringe 16 angeordnet, die im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 als integraler Bestandteil des Spalttopfes 8′ ausgeformt sind. Zwischen dem Halteflansch des Spalttopfes 8′ und diesen drei Stützringen 16 befinden sich drei zylindrische Abschnitte, in denen die Permanentmagnetringe positioniert sind. Dabei ist eine ähnliche Ausbildung des Außenrotors zweckmäßig, die bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 ge­ schildert worden ist.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Boden des Spalttopfes 8′ außer mit dem Lagerzapfen 17 noch mit zwei Stegen 18 versehen, die wiederum die Stabilität des Bodens erhöhen und außerdem Rotationsbremsen oder -sperren darstellen. Die Ausschnitte nahe dem Lagerzapfen 17 dienen zur Aufnahme einer Axiallagerscheibe, so daß an dieser Stelle bei komplett montierter Pumpe kein freier Durchgang vorhanden ist. Die Stützringe 16 sowie die Stege 18 erfüllen den gleichen Zweck wie die Stützringe 9 und die Stege 14 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1, so daß an dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet werden kann. Im übrigen ist die zugehörige Pumpe bis auf die Lagerung ähnlich gestaltet bzw. in der Ausführung frei wählbar, also als Seitenringkanalpumpe oder dergleichen wählbar.

Claims (10)

1. Permanentmagnetpumpe, bestehend aus einer Kreisel- oder Verdrängerpumpe mit einem Läufer, aus einer Permanent­ magnetkupplung und einem Antriebsmotor, bei der die Per­ manentmagnete des mit dem Antriebsmotor verbundenen Au­ ßenrotors auf die Permanentmagnete des mit dem Pumpenläu­ fer verbundenen Innenrotors durch einen Spalttopf hin­ durchwirken, der aus einem elektrisch schlecht leitenden Material besteht, und dessen Innenraum von der Förder­ flüssigkeit benetzt und druckbeaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Spalttopfbodens mit mindestens einem radial verlaufenden Versteifungssteg (14, 18) bzw. einer Versteifungsrippe versehen ist.

2. Permanentmagnetpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei sich rechtwinklig kreuzende Stege (14, 18) vorgesehen sind.

3. Permanentmagnetpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steg (14) oder jede Rippe bei einem leicht gewölbten Spalttopfboden bis in den zylin­ drischen Bereich des Spalttopfs (8) hineinragt.

4. Permanentmagnetpumpe, bestehend aus einer Kreisel- oder Verdrängerpumpe mit einem Läufer, aus einer Permanent­ magnetkupplung und einem Antriebsmotor, bei der die Per­ manentmagnete des mit dem Antriebsmotor verbundenen Au­ ßenrotors auf die Permanentmagnete des mit dem Pumpenläu­ fer verbundenen Innenrotors durch einen Spalttopf hin­ durchwirken, der aus einem schlecht leitenden Material besteht und dessen Innenraum von der Förderflüssigkeit benetzt und druckbeaufschlagt ist, und auf der zylin­ drischen Außenfläche des Spalttopfs Stützringe angeordnet sind, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete des Außenrotors (10) in üblicher Nähe zum Spalttopf (8) und die Stützringe (9, 16) zwischen bzw. neben den Permanent­ magneten (7) angeordnet sind.

5. Permanentmagnetpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Stützring (9) auf den Spalttopf (8) aufgeschoben ist.

6. Permanentmagnetpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützringe (16) integraler Bestandteil des Spalttopfes (8′) sind.

7. Permanentmagnetpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (7) des Außenrotors (10) auf Futterringen (11) ruhen.

8. Permanentmagnetpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrotor (10) aus zwei Halbschalen besteht.

9. Permanentmagnetpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen der Außen­ fläche eines Stützringes (9) und der Innenfläche des Außenrotors (10) gleich oder geringfügig kleiner ist als das Spiel zwischen den Permanentmagneten (7) des Außenro­ tors (10) und der Außenfläche des Spalttopfes (8).

10. Permanentmagnetpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalttopf (8, 8′) und gegebenenfalls jede Versteifungsrippe (14, 18) oder jeder Stützring (16) aus Kunststoff besteht.