DE3715484A1 - Magnetischer pumpenantrieb - Google Patents
Magnetischer pumpenantriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Pumpenantrieb,
der aus einem von einem Motor angetriebenen Treiber, aus
einem von dem Treiber umfaßten Läufer, mit dem das Pumpen
laufrad verbunden ist, wobei Treiber und Läufer mit sich
gegenüberliegenden Magneten besetzt sind, und aus einem
feststehenden Spalttopf besteht, der den Läufer umschließt,
auf seiner Innenseite mit dem Fördermedium der Pumpe in
Verbindung steht, gegenüber dem Pumpengehäuse abgedichtet
ist und durch den die Kraft der Magnete zur Bewirkung
des Antriebes vom Treiber auf den Läufer hindurchgeht.
Derartige Pumpenantriebe sind seit langem bekannt. Sie
haben sich insbesondere in der chemischen Industrie und in
der Reaktortechnik als zuverlässig und betriebssicher immer
dann erwiesen, wenn es darum geht, eine Wellendichtung her
kömmlicher Art zu vermeiden. Als Folge eines derartigen
Antriebes sind lediglich statische Dichtungen vorhanden,
die problemlos beherrscht werden und kein Risiko bezüglich
eines ungewollten Flüssigkeitsaustritts bergen.
Insbesondere bei Pumpen, die hohen Systemdrücken unterliegen,
besteht die Gefahr, daß der Spalttopf in seinem zylin
drischen Bereich gebläht wird, also annähernd eine Faßform
einnimmt. Dies gilt umso mehr, wenn ein relativ starker
Antrieb erforderlich ist, so daß mehrere, aus einzelnen
Permanentmagneten gebildete Ringe in Axialrichtung hinter
einander angeordnet sind, um das erforderliche Drehmoment
im Antriebsbereich zu übertragen. In diesem Fall ist die
freie Länge zwischen dem Abdichtflansch des Spalttopfes
und seinem Boden relativ groß, so daß im mittleren Bereich
die stärksten Durchmesservergrößerungen auftreten.
Es ist schon versucht worden, derartige Verformungen an
gänzlich aus Kunststoff hergestellten Pumpen durch Auf
wickeln von Fasern auf den ebenfalls aus Kunststoff be
stehenden Spalttopf einzudämmen.
Dabei werden die Fasern sogar mit etwas Vorspannung aufge
bracht, damit im späteren Belastungsfall eine gewisse
Verformung in Kauf genommen werden kann.
Diese Bemühungen zielen darauf ab, die Permanentmagnete
des Treibers und des Läufers in möglichst geringem Ab
stand zueinander anzuordnen, damit ein guter Wirkungsgrad
der permanentmagnetischen Kupplung erzielt wird. Das
Augenmerk wird also auf eine möglichst geringe Wand
stärke des Spalttopfes zumindest im zylindrischen Bereich
und auf eine geringe Formänderung infolge einer Druckbe
lastung gelegt, damit nicht aus Sicherheitsgründen ein
relativ großer Abstand zwischen den Permanentmagneten ge
wählt werden muß.
Bei metallischen Spalttöpfen ist der Gewinn an Formstabili
tät durch aufgewickelte Fasern unergiebig, da annähernd der
selbe Effekt erzielt wird durch eine unmittelbare Verstär
kung der Spalttopfwandstärke. Die daraus resultierende
Verschlechterung des Wirkungsgrades wird in Kauf genommen.
In einer bisher unveröffentlichten Patentanmeldung hat die
selbe Anmelderin vorgeschlagen, den zylindrischen Bereich
des Spalttopfes durch Ringe zu stützen, zwischen denen die
Kränze aus Permanentmagneten angeordnet sind. Dadurch wird
zwar die Formstabilität des Spalttopfes verbessert, die
Montagemöglichkeiten sind jedoch außerordentlich erschwert,
so daß Treiber aus zwei Hälften oder dergleichen verwendet
werden müssen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen magnetischen Pumpenan
trieb der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei
gutem Wirkungsgrad der Permanentmagnetkupplung und leichter
Montagemöglichkeit ein Höchstmaß an Formstabilität auch
bei einer hohen Druckbelastung des Spalttopfes von innen
her erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß
der zylindrische Teil des Spalttopfes zur Bildung mindestens
zweier Zylinderabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern
mit einer Stufe versehen ist, und daß der Zylinderabschnitt
mit dem jeweils kleineren Durchmesser dem Boden des Spalt
topfes am nächsten ist.
Die Erfindung schlägt also vor, den Spalttopf in mehrere
Zylinderabschnitte einzuteilen, die durch Stufen voneinander
getrennt sind. Die Stufen bilden quasi Verstärkungsringe,
die dann am wirkungsvollsten sind, wenn der Übergang be
sonders schroff ist. Werden dabei große Radien verwen
det, können Kerbwirkungen vermieden werden, so daß die
Stufen wie Stützringe bzw. Verstärkungsringe wirken. Die
Zylinderabschnitte zwischen den Stufen können in herkömm
licher Weise zur Anordnung der Magnete herangezogen werden,
so daß keine zusätzlichen Verluste durch dickere Wandstärken
oder größere Abstände der Permanentmagneten des Treibers
zu denen des Läufers in Kauf genommen werden müssen. Viel
mehr lassen sich der Treiber von der einen Seite und der
Läufer von der anderen Seite über bzw. in den Spalttopf
schieben, so daß herkömmliche Montageverfahren einge
setzt werden können.
Die Stufenbereiche können zusätzlich durch eine Material
ansammlung verstärkt sein, was in einfachster Weise dadurch
geschieht, daß der Durchmesserübergang an der Außenseite
des Spalttopfes näher an dem Spalttopfboden liegt als der
an der Innenseite. Dadurch entsteht ein integraler Ver
stärkungsring, der an dieser Stelle die Wandstärke
des Spalttopfes ansteigen läßt und eine äußerst günstige
Stützkraft liefert. Statt eines integralen Verstärkungs
ringes kann selbstverständlich ein äußerer Ring an dieser
Stelle aufgeschoben sein, dessen Außendurchmesser dann dem
Durchmesser des benachbarten, im Durchmesser größeren
Zylinderabschnittes entspricht oder geringfügig größer ist
als dieser.
Unabhängig von der Gestaltung der Stufen bewirken diese
eine drastische Verkürzung der freien Zylinderabschnitte,
so daß hohe Systemdrücke innerhalb des Spalttopfes gut
beherrscht werden und keine starken Formänderungen in
Richtung auf eine Faßform befürchtet werden müssen. Die
freien Abschnitte lassen sich besonders klein wählen, so
daß sehr steife Spalttöpfe entstehen, die in Verbindung
mit schmalen Kränzen aus Permanentmagneten eingesetzt
werden. Wirtschaftliche Permanentmagnete können bis zu
einer Erstreckung von 1 cm in Axialrichtung des Spalttopfes
und weniger eingesetzt werden.
Für den Treiber wie für den Läufer bilden integrale Ver
stärkungsringe oder eine Materialverdickung im Bereich der
freien Kante des Treibers ideale Voraussetzungen für eine
"Opferreibfläche", die durch die Wahl der Abstände bei
Lagerschäden mit dem Treiber bzw. dem Läufer in Berührung
kommen, noch ehe die Permanentmagnete bzw. andere Bereiche
auf wesentlich empfindlicheren Partien des Spalttopfes
aufsetzen. Diese Eigenschaft bringt eine erhöhte Sicher
heit gegen eine Beschädigung und damit gegen ein unbeab
sichtigtes Austreten der Förderflüssigkeit aus dem Spalt
topf mit sich. Darüber hinaus kann bei entsprechender Ab
fragung der Berührung eine Alarmmeldung erfolgen, so daß
die gewonnene Sicherheit auch überprüfbar ist.
Es ist nicht Bedingung, daß jeder Zylinderabschnitt
zwischen zwei Stufen bzw. zwischen einer Stufe und dem Boden
oder dem vorderen Dichtflansch zur Übertragung von Magnet
kräften herangezogen wird, sondern es können an beliebiger
Stelle auch andere Einbauten vorhanden sein, beispielsweise
ein Hilfslaufrad zur Umwälzung des Fördermediums durch
den Kupplungsbereich. Es kommt lediglich darauf an, daß
der Spalttopf eine ausreichende Steifigkeit gegen Ver
formung bei partieller Dünnwandigkeit aufweist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das
in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; die
einzige Figur der Zeichnung zeigt:
eine schematische Querschnittsansicht durch einen magnetischen Pumpenantrieb gemäß der Erfindung, die in der oberen Hälfte eine Stufe mit einem aufge schobenen Verstärkungsring und in der unteren Hälfte eine Stufe mit integralem Verstärkungsring wiedergibt.
eine schematische Querschnittsansicht durch einen magnetischen Pumpenantrieb gemäß der Erfindung, die in der oberen Hälfte eine Stufe mit einem aufge schobenen Verstärkungsring und in der unteren Hälfte eine Stufe mit integralem Verstärkungsring wiedergibt.
Das in der einzigen Figur der Zeichnung wiedergegebene
Ausführungsbeispiel zeigt ein Kupplungsgehäuse 1, an dem
in der Regel das nur angedeutete Pumpengehäuse 1′
mit Hilfe von Zugankern befestigt ist. Innerhalb des
Pumpengehäuses 1′ rotiert ein Laufrad 2, das mit Hilfe
einer Welle 3 mit einem Innenläufer 7 verbunden ist. Die
Welle 3 und der Innenläufer 7 bilden einen integralen Be
standteil. Die Welle 3 ist mit Hilfe einer Lagerbuchse 4
innerhalb eines Radiallagers 6 geführt, an dem wiederum
seitlich Axiallagerscheiben 5 anliegen. Der Läufer 7 ist
an seinem freien Ende nochmals an einem Zapfen 14 am Boden
13 eines Spalttopfes 8 geführt, und zwar mit Hilfe einer
feststehenden Lagerbuchse 15, um die ein Radiallager 16 rotiert.
Innerhalb des Kupplungsgehäuses 1 ist ein Treiber 9 dreh
bar gelagert, der mit Hilfe einer Wellenmutter 11 auf einer
nur partiell dargestellten Welle 10 gelagert ist. Der
Treiber 9 hat eine glockenförmige Gestalt, und innerhalb
der Höhlung befindet sich der Spalttopf 8, der wiederum
glockenartig den Läufer 7 übergreift. Auf der Außenseite
des Läufers 7 sowie auf der Innenseite des Treibers 9 sind
Permanentmagnete 20 bzw. 21 paarweise angebracht, wobei sich,
bezogen auf jeweils den Treiber 9 oder den Läufer 7, die
magnetischen Polungen abwechseln. Es liegen sich also ein
Südpol des Treibers 9 und ein Nordpol des Läufers 7, daneben
ein Nordpol des Treibers 9 und ein Südpol des Läufers 7
gegenüber usw. Dies gilt für jeden der beiden aus Permanent
magneten 20 und 21 gebildeten Kränze. Mit Hilfe dieser
Permanentmagnete 20 und 21 wird die Antriebskraft von einem
Elektromotor (nicht dargestellt) über den Treiber 9 auf den
Läufer 7 und damit auf das Pumpenlaufrad 2 übertragen.
Der Spalttopf 8 ist abweichend von herkömmlichen Spalttöpfen
gestaltet. Im Bereich der Kränze aus Permanentmagneten 20
und 21 sind jeweils Zylinderabschnitte 18 und 19 vorhanden,
die durch eine Stufe 22 verbunden sind. In der oberen
Bildhälfte der Figur ist ein Ausführungsbeispiel mit einer
annähernd gleichbleibenden Wandstärke im Bereich der
Stufe 22 wiedergegeben. Zur Stützung an dieser Stelle ist
auf den Zylinderabschnitt 19 mit dem kleineren Durchmesser
ein Verstärkungsring 23 aufgeschoben, der den Spalttopf
nach Art eines Faßreifens umfaßt und stützt. Der Außen
durchmesser des Verstärkungsringes 23 ist so gewählt, daß
er annähernd dem Durchmesser des benachbarten zylindrischen
Abschnitts mit dem größeren Durchmesser entspricht. In
dieser Weise kann der dem Laufrad 2 zugewandte Kranz aus
Permanentmagneten 20 mühelos über den Verstärkungsring 23
bei der Montage hinübergeschoben werden.
Auf der unteren Bildhälfte ist an dieser Stelle ein inte
graler Verstärkungsring 23′ vorhanden, der als Material
ansammlung innerhalb des Spalttopfmaterials zu erkennen
ist. Er hat im wesentlichen dieselbe Wirkung wie das voran
gehend beschriebene Ausführungsbeispiel, lediglich in der
Herstellung gibt es Unterschiede. Es ist deutlich zu er
kennen, daß zu beiden Seiten der Stufe 22 übliche geo
metrische Bedingungen für einen Spalttopf herrschen, also
bei dünner Wandstärke die Permanentmagnete 20 und 21 rela
tiv nahe an der jeweiligen Spalttopfoberfläche entlang
rotieren können.
Im Bereich der freien Kante des Treibers 9 weist der Spalt
topf gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Material
verdickung 25 auf, die ringartig den Spalttopf 8 umgreift.
An dieser Stelle ist der Abstand zur Innenseite des Treibers
9 geringer als der Abstand zwischen den Permanentmagneten
20 und der Oberfläche des zylindrischen Abschnittes 18, so
daß bei einer Beschädigung der Lagerung an der Welle 10
nicht die Permanentmagnete im Bereich der dünnwandigen
zylindrischen Abschnitte 18 auf dem Spalttopf 8 aufsetzen,
sondern die freie Kante des Treibers 9 auf der Material
verdickung 25, so daß zunächst die Gefahr einer ernsthaften
Beschädigung des Spalttopfes 8 ausgeschaltet ist. Eine
ähnliche Sicherung kann auf der Innenseite des Spalttopfes
8 vorhanden sein, was mit einer Schräge 26 in der unteren
Bildhälfte in unmittelbarer Nähe zu dem integralen Ver
stärkungsring 23′ angedeutet ist. Die Schräge 26 berührt
den Spalttopf an dieser Stelle bei einer Beschädigung der
Lagerung des Läufers 7, bevor die Permanentmagnete 21 die
Gelegenheit zu einer Berührung der Innenfläche des Spalt
topfes 8 erhalten.
Die Wahl zwischen einem integralen Verstärkungsring 23′ und
einem aufgesetzten Verstärkungsring 23 richtet sich nach
dem Verwendungszweck. Wenn aus Korrosionsgründen relativ
weiche Materialien für den Spalttopf 8 verwendet werden
müssen, empfiehlt sich die Anbringung von aufgeschobenen
Verstärkungsringen 23, die dann aus einem wesentlich feste
ren Material mit einem größeren Elastizitätsmodul gewählt
werden können. Im übrigen kann über die Erstreckung in
axialer Richtung und vor allen Dingen durch die Bestimmung
der Höhe der Stufe 22 annähernd jede gewünschte Festigkeit
erzielt werden.
Abweichend von der Darstellung können selbstverständlich
noch mehr Kränze aus Permanentmagneten eingesetzt werden,
wenn der Antrieb entsprechend gestaltet ist. Allerdings
kann auch innerhalb eines Zylinderabschnittes des Spalt
topfes 8 ein Hilfslaufrad oder dergleichen angeordnet
sein, womit ein Hinweis gegeben ist, daß die Formstabilität
des Spalttopfes 8 im Vordergrund steht und nicht die mög
lichst lückenlose Bestückung mit Permanentmagneten.
Claims (9)
1. Magnetischer Pumpenantrieb, bestehend aus einem
von einem Motor angetriebenen Treiber, aus einem von
dem Treiber umfaßten Läufer, mit dem das Pumpenlauf
rad verbunden ist, wobei Treiber und Läufer mit sich
gegenüberliegenden Permanentmagneten besetzt sind,
und aus einem feststehenden Spalttopf, der den Läufer
umschließt, auf seiner Innenseite mit dem Fördermedium
der Pumpe in Verbindung steht, gegenüber dem Pumpenge
häuse abgedichtet ist und durch den die Kraft der Per
magnete zur Bewirkung des Antriebs vom Treiber auf
den Läufer hindurchgeht, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zylindrische Teil des Spalt
topfes (8) zur Bildung mindestens zweier Zylinderab
schnitte (18, 19) mit einer Stufe (22) versehen ist,
und daß der Zylinderabschnitt (19) mit dem jeweils
kleineren Durchmesser dem Boden (13) des Spalttopfes
(8) am nächsten ist.
2. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Stufe
zur Bildung eines integralen Verstärkungsringes (23′)
der Durchmesserübergang an der Außenseite des Spalt
topfes (8) näher an dem Spalttopfboden (13) liegt
als der an der Innenseite.
3. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß auf den Zylinderab
schnitt (19) mit dem jeweils kleineren Durchmesser
des Spalttopfes (8) ein Verstärkungsring (23) auf
schiebbar ist, dessen Außendurchmesser dem des benach
barten, größeren Zylinderabschnittes (18) entspricht
oder geringfügig größer ist.
4. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
der Permanentmagnete (20) des Treibers (9) von der
Oberfläche des Spalttopfes (8) in dem zugeordneten
Zylinderabschnitt (18, 19) größer ist als der Abstand
des Treibers (9) zu einem der Verstärkungsringe (23,
23′).
5. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand der
Permanentmagnete (21) des Läufers (7) von der Innen
fläche des Spalttopfes (8) in dem zugeordneten
Zylinderabschnitt (18, 19) größer ist als der Abstand
des Läufers (7) zu einem der Verstärkungsringe (23′).
6. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Spalttopf (8) im Bereich der freien
Kante des Treibers (9) eine Materialverdickung (25)
aufweist, und daß an dieser Stelle der Abstand des
Treibers (9) von der Oberfläche des Spalttopfes (8)
am geringsten ist.
7. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß im Bereich jedes Zylinderabschnittes (18,
19) auf dem Treiber (9) und dem Läufer (7) Permanent
magnete (20, 21) angebracht sind.
8. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die relativen Ab
stände der Permanentmagnete (20, 21) an dem Treiber
(9) und dem Läufer (7) zueinander und zu dem Spalttopf
(8) in den jeweiligen Zylinderabschnitten (18, 19) im
wesentlichen identisch sind.
9. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des einen Zylinderabschnittes ein Hilfs
laufrad angeordnet ist.
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Publications (1)
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DE3715484A1 true DE3715484A1 (de) | 1988-11-17 |
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