DE3941444A1 - Permanentmagnetantrieb fuer eine pumpe, ein ruehrwerk oder eine armatur - Google Patents
Permanentmagnetantrieb fuer eine pumpe, ein ruehrwerk oder eine armaturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnetantrieb
für eine Pumpe, ein Rührwerk oder eine Armatur, bei
dem zur Bildung einer Zentraldrehkupplung ein magnet
besetzter Treiber und ein magnetbesetzter Rotor kon
zentrisch zueinander angeordnet sind und zwischen dem
Treiber und dem Rotor ein Spalttopf als Dichtung ange
ordnet ist, und der Rotor mit Hilfe mindestens eines
Lagers gelagert und mit geringem Spiel innerhalb des
Spalttopfes geführt ist.
Derartige Permanentmagnetantriebe haben sich seit lan
gem für die genannten Anwendungszwecke bewährt. Bei
Pumpen läuft der Rotor und sein Lager in der Regel
in der Förderflüssigkeit, die auch ggf. in dem Spalt
topf durch Wirbelströme erzeugte Verlustwärme abführt.
Die hervorragende Dichtigkeit aufgrund des Spalttopfes,
die leicht beherrschbare statische Dichtungen an den
Flanschen und Schraubverbindungen mit sich bringt,
wird erkauft durch eine völlig gekapselte Lagerung
des Rotors, deren Zustand nur durch eine Demontage
des entsprechenden Aggregates kontrolliert werden kann.
Aufgrund dieser Tatsache sind drohende Lagerschäden
schwer zu erkennen.
Um bei einem Lagerschaden des Rotors eine Beschädigung
des Spalttopfes und damit ein Austreten der Förder-,
Rühr- oder abzusperrenden Flüssigkeit zu verhindern,
ist schon vorgeschlagen worden, den Spalttopf doppel
schalig auszubilden und das zwischen den Schalen ange
ordnete Wegenetz mit Hilfe einer Drucküberwachung dau
ernd hinsichtlich einer Beschädigung zu überprüfen.
Der Aufwand für derartige doppelschalige Spalttöpfe
ist relativ groß, außerdem sinkt wegen der insgesamt
größeren Wandstärke des jeweiligen Spalttopfes der
Wirkungsgrad der Permanentmagnetkupplung ab, da die
sich anziehenden Magnete des Treibers und des Rotors
einen größeren Abstand zueinander einnehmen als bei
einem einschaligen Spalttopf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Permanentmagnet
antrieb der eingangs genannten Art so zu verbessern,
daß auch bei einem Lagerschaden an der Lagerung des
Innenrotors eine Beschädigung des Spalttopfes so gut
wie nicht eintreten kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor,
das zwischen dem Rotor und dem Mantel des Spalttopfes
mindestens ein Notlager angeordnet ist, dessen einer
Teil aus einem Keramik-Werkstoff besteht.
Die Bewegungsfreiheit eines Rotors beispielsweise bei
einer Pumpe ist durch Dichtspalte im Bereich des Lauf
rades in radialer Richtung ohnehin stark eingegrenzt,
so daß an dieser Stelle in Form der hydraulischen Dicht
spalte bereits eine Art Notlager vorhanden ist, zumin
dest jedoch eine Begrenzung des Spielraumes bei einem
Lagerschaden. Anders liegen die Verhältnisse im Bereich
des Rotors der Permanentmagnetkupplung. An dieser Stelle
ist zwar auch die Eingrenzung des Spielraumes durch
den Spalttopf vorhanden. Diese Eingrenzung des Arbeits
raumes in radialer Richtung kann jedoch wegen der Em
pfindlichkeit des Spalttopfes gegenüber einer Beschä
digung oder gar Zerstörung zur Begrenzung des radialen
Spieles bei einer Lagerzerstörung nicht genutzt werden.
In der Regel genügt deshalb nach der Lehre der Erfin
dung ein einziges Notlager beispielsweise am freien
Ende des Rotors. Selbstverständlich können auch zwei
Notlager vorgesehen sein, die dann zu beiden Seiten
der Magnetbesetzung angeordnet sind.
Ein derartiges Notlager oder zwei dieser Notlager sind
besonders wirkungsvoll, wenn zumindest der eine Lagerteil
aus einem keramischen Werkstoff besteht, insbesondere
aus einem nicht-oxydkeramischen Werkstoff. Sehr gute
Notlaufeigenschaften bei geringstem Spiel können dann
verwirklicht werden, wenn jeweils beide Lagerteile
aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere aus nicht
oxydkeramischem Werkstoff gefertigt sind. Im Falle
der Zerstörung oder der Beschädigung des Hauptlagers
bzw. der Hauptlager, die im übrigen aus demselben Werk
stoff gebildet sein können, ist das Anlaufen des Rotors,
an dem Spalttopf außer im Bereich der Notlager sicher
verhindert. Da die genannten Lagerwerkstoffe äußerst
verschleißfest sind, kommt es auch nach einem längeren
Betrieb im Ausnahmezustand zu keinem nennenswerten
Verschleiß und damit zu keiner Berührung zwischen dem
Rotor und dem Spalttopf. Im übrigen wirken die Notlager
als Sperre für Bruchstücke, beispielsweise eines zer
störten keramischen Hauptlagers im Falle seiner Zer
störung.
Die Laufringe der Notlager können in Nuten eingesetzt
werden, die in dem Spalttopf eingeformt sind. Bei ge
schickter Anordnung insbesondere in Durchmesserstufen
bleibt trotz der erforderlichen Materialansammlung
im Bereich der Lagerringe die Dünnwandigkeit des Spalt
topfes im Bereich der Magnetbesetzung voll erhalten,
so daß der angestrebte gute Wirkungsgrad erhalten bleibt,
der sich bei geringem Luftspalt zwischen den sich anzie
henden Magneten des Treibers und des Rotors ergibt.
Die Abfuhr der Verlustwärme aus dem Spalttopf bei metal
lischen Werkstoffen erfolgt durch die Zirkulation eines
Mediums, insbesondere des Pump- oder Rührmediums zwischen
dem Spalt hindurch, der zwischen dem Rotor und der
Innenseite des Spalttopfes vorhanden ist. Damit diese
Zirkulationsströmung erhalten bleibt, können die Lager
teile mit entsprechenden Längsnuten versehen sein,
wobei insbesondere Nuten in den umlaufenden, dem Rotor
zugeordneten Lagerteilen vorteilhaft sind. Bei einer
entsprechenden Schrägstellung, die auf die Drehrichtung
abgestimmt ist, kann mit Hilfe dieser Nuten sogar ein
Fördereffekt verbunden sein. Im übrigen stellen derartige
Nuten sicher, daß die Notlagerflächen immer und unter
allen Umständen benetzt sind, so daß sie jederzeit
belastbar sind.
Besondere Vorteile sind erzielbar, wenn der Gesamtspalt
topf aus einem Lagermaterial besteht, insbesondere
aus einem keramischen Material, z. B. aus Siliziumkarbid.
Da es sich um ein nicht-ferromagnetisches Material
handelt, treten keine Verluste durch Wirbelströme auf,
ein entsprechend gebildeter Spalttopf ist sehr hoch
druckbelastbar, und es brauchen keine gesonderten Vor
kehrungen zur Unterbringung von Lagerteilen getroffen
zu werden. Die gleichen Vorteile hinsichtlich der Ver
meidung von Wirbelstromverlusten sind erzielbar, wenn
der Spalttopf aus Kunststoff besteht, beispielsweise
aus einem kohlefaserverstärkten oder aramidfaserver
stärkten Kunststoff, in den dann die bereits beschrie
benen Lagerringe aus einem Lagerwerkstoff eingelegt
sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert;
in der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch einen unvoll
ständig dargestellten Antrieb mit Hilfe von
Permanentmagneten durch einen Spalttopf hin
durch gemäß der Erfindung in einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Rotors,
der Bestandteil des Antriebes der Fig. 1
ist, und
Fig. 3 eine Querschnittsansicht gemäß Fig. 1 eines
weiteren Ausführungsbeispieles eines Antriebes
gemäß der Erfindung.
Die in den Fig. 1 und 3 wiedergegebene Darstellung
eines Permanentmagnetantriebes gemäß der Erfindung
ist insofern unvollständig, als ein den Spalttopf glok
kenartig umgreifender Treiber nicht dargestellt ist,
da es auf seine Ausbildung bei der Erfindung nicht
ankommt und sog. Zentraldrehkupplungen für sich ge
sehen bekannt sind. Der Einfachheit halber ist auch
die Magnetbesetzung an einem Rotor 1 nicht wiederge
geben, da auch diesbezüglich die Erfindung bekannte
Wege geht, also die Anwendung von Magnetplättchen vor
sieht, die zu einem in sich geschlossenen Ring oder
mehreren in sich geschlossenen Ringen nebeneinander
auf eine Umfangsfläche des Innenrotors aufgeklebt und
mit Hilfe einer aufgeschweißten Deckfolie abgedeckt
sind.
Der in der Fig. 1 wiedergegebene Antrieb ist für eine
Pumpe vorgesehen, deren Pumpenlaufrad mit einer Welle
2 fest verbunden ist. An dem dargestellten, freien
Ende der Welle 2 ist der Rotor 1 festgeschraubt, der
die nicht dargestellten Permanentmagnete trägt. Der
Rotor 1 ist von einem Spalttopf 3 umgeben, dessen Flansch
zwischen Pumpengehäuse und Lagerbock unter gleichzei
tiger Verwendung von Flachdichtungen eingespannt ist.
Innerhalb des Spalttopfes 3 sind zwei oder drei Teile
eines geteilten Lagerringes 4 eingelegt und durch Klem
men oder Kleben gehalten, die den einen Teil des einen
Notlagers bilden. An dem offenen Ende des Spalttopfes
3 ist ein geschlossener Lagerring 5 aus demselben Ma
terial in eine entsprechende Ausnehmung eingelegt und
mit Hilfe eines Ringes 6 gehalten. Beide Lagerringe
4 und 5 bestehen aus Siliziumkarbid. Es ist deutlich
zu erkennen, da8 zwischen den beiden Lagerringen 4
und 5 der Spalttopf 3 seine übliche geringe Wandstär
ke aufweist und innerhalb dieses Bereiches befinden
sich die Magnete an dem Rotor 1. Der Spalttopf 3 be
steht im übrigen aus einem kohlefaserverstärkten oder
aramidverstärkten Kunstharz.
Es wurde eingangs schon darauf hingewiesen, daß der
Rotor auf der Welle 2 festgeschraubt ist. Bestand
teil dieser Befestigung sind zwei Flansche 14 und 15,
die zu beiden Seiten des Rotors 1 ebenfalls auf die
Welle 2 aufgesteckt und mit Hilfe einer Mutter 16 be
festigt sind. Sie halten Laufringe 7 und 8 aus Sili
ziumkarbid, die die jeweils zweiten Lagerteile des
aus Lagerring und Laufring bestehenden Notlagers bil
den. Wie deutlich aus der Fig. 2 zu erkennen ist, sind
in dem Lagerring 8 nahe der Öffnung des Spalttopfes
3 schräg gestellte Schmiernuten 9 eingelassen, die
einen Fördereffekt für eine anwesende Flüssigkeit in
Axialrichtung des Spalttopfes 3 zu dessen Boden hin
haben. An der anderen Seite des Rotors 1 sind in dem
hier angebrachten Laufring 7 ebenfalls Schmiernuten
10 eingelassen, die jedoch axial ausgerichtet sind
und in der Anzahl geringer sind als die in dem Laufring
8. Dadurch ist die Gesamtquerschnittsfläche der Schmier
nuten 10 kleiner als die der Schmiernuten 9. In Ver
bindung mit dem genannten Fördereffekt wird so der
Spaltraum um den Rotor 1 mit Flüssigkeit gefüllt und
unter hydraulischem Druck gehalten. In dieser Weise
ist der Rotor 1 zwischen den Notlagern schwimmend ge
lagert, also durch eine hydrodynamische Lagerung ge
führt und gesichert.
Bei dem in der Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsbei
spiel besteht der Spalttopf 3 insgesamt aus Silizium
karbid, so daß sich Lagerringe erübrigen. Vielmehr
können die Laufringe 7 und 8 im Falle einer Beschädi
gung des nicht dargestellten Hauptlagers direkt auf
dem Spalttopf 3 aufsetzen und laufen, wobei alle übri
gen Funktionen beibehalten worden sind, wie beispiels
weise die Förderung einer Schmierflüssigkeit durch
die Schmiernuten 9 und den Ablauf dieser Flüssigkeit
durch die Schmiernuten 10 an dem Laufring 7, der dem
Boden des Spalttopfes zugewandt ist. Die zum Boden
des Spalttopfes 3 hin geförderte Flüssigkeit kann im
übrigen durch eine zentrale Bohrung (nicht dargestellt)
in der Welle 2 zurück zum Saugraum der Pumpe fließen,
so daß auch von daher ein Druckgefällte in dieser Rich
tung vorhanden ist.
Claims (10)
1. Permanentmagnetantrieb für eine Pumpe, ein Rührwerk
oder eine Armatur, bei dem zur Bildung einer Zentral
drehkupplung ein magnetbesetzter Treiber und ein
magnetbesetzter Rotor konzentrisch zueinander ange
ordnet sind und zwischen dem Treiber und dem Rotor
ein Spalttopf als Dichtung angeordnet ist und der
Rotor mit Hilfe mindestens eines Lagers gelagert
und mit geringem Spiel innerhalb des Spalttopfes
geführt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Rotor (1) und dem Mantel des Spalt
topfes (3) mindestens ein Notlager angeordnet ist,
dessen einer Teil (4, 5) aus einem keramischen Werk
stoff besteht.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß beide Lagerteile (4, 5; 7, 8)
aus einem keramischen Werkstoff bestehen, insbeson
dere aus einem nicht-oxydkeramischen-Werkstoff.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedes Notlager außer
halb der Magnete der Magnetbesetzung des Rotors
(1) liegt.
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Spalttopf (3) mit mindestens
einer Nut versehen ist, und daß das dem Spalttopf
(3) zugeordnete Lagerteil (4, 5) als geteilter Lager
ring in die Nut eingeklebt ist.
5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
dem Rotor (1) zugeordneten Lagerteile (7, 8) för
dernde oder förderneutrale Schmiernuten (9, 10)
tragen.
6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der einen Seite des Ro
tors (1) fördernde und auf der anderen Seite för
derneutrale Schmiernuten (9, 10) vorgesehen sind.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche
der fördernden Schmiernuten (9) größer ist als
die der förderneutralen Schmiernuten (10).
8. Antrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ringspalt
zwischen den mit Schmiernuten (9, 10) versehenen
Lagerteilen (7, 8) der Lagerspalt eines hydro-dy
namischen Rotorlagers in dem Spalttopf ist.
9. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Spalttopf (3) aus einem keramischen Lagermaterial
besteht.
10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spalttopf
(3) aus Kunststoff besteht, insbesondere aus einem
kohlefaser- oder aramidfaserverstärktem Kunstharz.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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