DE69013761T2

DE69013761T2 - Magnetpumpe.

Info

Publication number: DE69013761T2
Application number: DE69013761T
Authority: DE
Inventors: Toshiya Kanamori; Eiji Miyamoto; Yoshinori Ojima; Tadashi Yakabe
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2010-06-06
Also published as: ES2066039T3; DE69013761D1; ATE113695T1; EP0401761A2; EP0401761A3; DK0401761T3; EP0401761B1; US5149253A

Description

Diese Erfindung betrifft eine sogenannte Magnetpumpe, entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Beispiele einer Magnetpumpe sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Die in Fig. 6 dargestellte Magnetpumpe ist dazu ausgebildet, das Pumpenrad unter der Verwendung der Magnetkupplung zwischen Permanentmagneten anzutreiben, und die Pumpe umfaßt ein Pumpengehäuse 1, umfassend eine Einlaßabdeckung 1a, die mit einer hinteren Abdeckung 1b verbunden ist und die eine Pumpenkammer 1c enthält, die das Pumpenrad 2 aufnimmt, eine Saugöffnung 1d zum Einführen des zu pumpenden Fluids und eine Ausgangsöffnung 1e zum Austragen des unter Druck versetzten Fluids. Die hintere Abdeckung 1b ist in ihrem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt mit einem Magnetjoch 3a versehen, das auf einer Hauptwelle 3 befestigt ist, um drehend von einer Antriebsquelle angetrieben zu werden, wie etwa von einem Motor (nicht dargestellt), und ein Permanentmagnet 3b ist ringförmig an einer Oberfläche des Magnetjochs 3a vorgesehen, die der hinteren Abdeckung 1b gegenüberliegt. Ein ringförmiger Permanentmagnet 2c ist in ähnlicher Weise wie das Magnetjoch 2b im Pumpenrad 2 eingebettet, das drehbar in der Pumpenkammer 1c aufgenommen ist, und das Pumpenrad 2 wird drehend durch die Hauptwelle 3 angetrieben, um das Fluid zu bewegen. Der ringförmige Permanentmagnet 2c und der Permanentmagnet 3b können als einzelner ringförmiger Permanentmagnet ausgebildet sein oder als Mehrzahl von ringförmig angeordneten Permanentmagneten. In jedem Fall sollten die einander gegenüberliegenden Flächen der jeweiligen Permanentmagnete 2c und 3b N- und S-Pole aufweisen, die abwechselnd und in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Kraft, die auf das Pumpenrad 2 wirkt, wenn es nicht bewegt wird, ist hauptsächlich die magnetische Anziehungskraft F1 der Permanentmagnete 2c, 3b, und daher wird das Pumpenrad 2 gegen die hintere Abdeckung 1b gedrückt, und die Pumpe wird in diesem Zustand aktiviert. Daher ist die hintere Abdeckung 1b auf ihrer Seite mit einem feststehenden Lagerteil 1f versehen und das Pumpenrad 2 ist auch an seiner hinteren Fläche mit einem rotierenden Lagerteil 1g versehen, um die Druckkräfte und die radialen Belastungen aufzunehmen.
In Bezug auf das Lager zur drehenden Lagerung des Pumpenrades ist ein Gleit-Glied auf dem drehenden Teil (Lager 1g) und ein Gleit-Glied auf dem feststehenden Teil (Lager 1f) jeweils als Lager bezeichnet, und ein Paar solcher Gleit- Glieder können ebenso einfach als ein Lager bezeichnet werden.
In Fig. 6 zeigt der Pfeil, der die magnetische Anziehungskraft F1 bezeichnet, die auf das Pumpenrad 2 wirkt, nicht genau an, wo die Kraft wirkt, sondern zeigt nur eine Komponente der magnetischen Anziehungskraft in der Richtung der Wellen-Drehachse. Wenn das Pumpenrad 2 rotiert, wird das Fluid unter Druck gesetzt und der Fluid-Druck wirkt als Druckkraft F2, um das Pumpenrad gegen die Einlaßseite zu drücken. Daher ist die Einlaßabdeckung 1a mit einem feststehenden Lagerteil 1h versehen und ein rotierender Lagerteil 2j ist auf einem Teil vorgesehen, der dem Lager 1h des Pumpenrades 2 gegenüberliegt. Die Stärke der magnetischen Anziehungskraft F1, die von den Permanentmagneten 2c, 3b erzeugt wird, verändert sich zufolge der Kraft des Fluids, die auf das Pumpenrad 2 ausgeübt wird, und die Größe der Druckkraft F2 variiert ebenfalls zufolge des Drucks des Fluids. Es wird nun ein Fall beschrieben, in dem das Pumpenrad mit einer konstanten Drehzahl rotiert, indem auf die Druck-Durchflußratencharakteristik Bezug genommen wird, die in Fig. 6(a) gezeigt ist, bei der die Ordinate H, der Pumpenausstoßdruck und die Abszisse Q die Pumpendurchflußrate ist. Da die Zentrifugalpumpe, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, normalerweise mit geschlossenem Auslaßventil startet, ist der Pumpenbetriebspunkt der Punkt A, und wenn sich das Auslaßventil schrittweise öffnet, bewegt sich der Punkt entlang der durchgezogenen Linie a zum Punkt B. Zwischen den Punkten A und B rotiert das Pumpenrad 2, während es einer Druckkraft F2 unterworfen ist, die größer ist als die magnetische Anziehungskraft F1 und wird daher gegen die Einlaßabdeckung 1a gedrückt. Im Punkt B sind die magnetische Anziehungskraft F1 und die Druckkraft F2 einander gleich, und wenn das Ventil weiter geöffnet wird, wird die magnetische Anziehungskraft F1 größer als die Druckkraft F2, und das Pumpenrad 2 dreht sich, während es gegen die hintere Abdeckung 1b gedrückt wird (Punkt C). Am Punkt C dreht sich das Pumpenrad 2 in eine Stellung, die von der Einlaßabdeckung 1a entfernt ist und daher wird das Lagerspiel zwischen den Abschnitten hohen Druckes und niedrigen Druckes ausreichend groß, um es dem unter Druck versetzten Fluid zu ermöglichen, in den Saugabschnitt zu entweichen und somit den Pumpenauslaßdruck unter den Punkt B zu reduzieren. Wenn das Ventil noch weiter geöffnet wird, bewegt sich der Betriebspunkt der Pumpe entlang der durchgezogenen Linie zum Punkt D. Wenn dann das Ventil allmählich schließt, bewegt sich der Pumpenbetriebspunkt über den Punkt C zum Punkt E, da die magnetische Anziehungskraft F1 größer ist als die Druckkraft F2. In Punkt E sind die magnetische Anziehungskraft F1 und die Druckkraft F2 einander gleich. Wenn das Ventil weiter geöffnet wird, rotiert das Pumpenrad 2, während es durch die Druckkraft F2 gegen die Einlaßabdeckung 1a gedrückt wird und der Betriebspunkt erreicht den Punkt F. Auf diese Weise stellt bei der Magnetpumpe von Fig. 6 die Pumpendruck- Durchflußratencharakteristik eine Hysteresekurve dar, und dementsprechend rotiert das Pumpenrad 2, während es entweder zur Einlaßabdeckung 1a oder zur hinteren Abdeckung 1b vorgespannt ist, und zwar in Abhängigkeit von Betriebszustand, wie dies oben beschrieben ist.
Eine weitere herkömmliche Magnetpumpe, die in Fig. 7 dargestellt ist, ist dazu ausgebildet, den im Pumpenrad eingebetteten Magnet direkt durch die elektromagnetische Kraft anzutreiben, die im Stator erzeugt wird. Der grundsätzliche Aufbau des Gehäuses 1 und des Pumpenrades 2 ist derselbe, wie der der herkömmlichen Pumpe, die in Fig. 6 dargestellt ist, aber er unterscheidet sich darin, daß der antreibende Magnetkraftmechanismus, der das Mittel zum drehenden Antreiben des Pumpenrades 2 darstellt, ein Stator 5 ist. Der Stator 5 zum Antreiben des in dem Pumpenrad eingebetteten Magnets ist in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt der hinteren Abdeckung 1b befestigt und zwar in einer Stellung, die dem Magnet des Pumpenrades gegenüberliegt, wobei der Stator 5 Spulen 5a aufweist, die um einen ringförmig angeordneten Kern 5b gewickelt sind, wobei die Spulen 5a mit Energie von einer Energiequellensteuerschaltung, die nicht dargestellt ist, versorgt werden, und dadurch das Pumpenrad 2 mit einem Wirkprinzip antreiben, das einem sogenannten bürstenlosen Motor entspricht. Die Magnetpumpe von Fig. 7 entwickelt ein ähnliches Verhalten auf der charakteristischen Kurve, wie die Pumpe von Fig. 6, die oben beschrieben ist, und das Pumpenrad 2 rotiert, während es entweder zur Einlaßabdeckung 1a oder zur hinteren Abdeckung 1b vorgespannt wird, in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe.
Bei den oben erwähnten Magnetpumpen wird das Pumpenrad 2 im Betrieb in Richtung der Wellen-Drehachse 20 in Abhängigkeit vom Betriebszustand verschoben. Es gibt nämlich in bezug auf die Axialkraft, die auf das Pumpenrad 2 wirkt, Gebiete, d. h., einen Betriebsbereich (A T B, F T A auf dem Charakteristik), in dem die resultierende Kraft aus der magnetischen Anziehungskraft F1, die zwischen dem Permanentmagnet 2c, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist, und dem antreibenden Permanentmagnet 3b (oder Stator 5) wirkt, um es drehend anzutreiben, und der Druckkraft F2 zufolge des Fluids, das auf das Pumpenrad wirkt, zur Einlaßöffnung 1a hin gerichtet ist, und einen Betriebsbereich (C T D, D T E), in dem die resultierende Kraft umgekehrt zur hinteren Abdeckung 1b hin gerichtet ist, sowie einen instabilen Bereich (B T D, E T F), der den Übergangsbereich zwischen den Betriebsbereichen darstellt, und die Stellung des Pumpenrades kann in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Pumpe in verschiedenen Weisen variieren. Durch eine solche axiale Verschiebung des Pumpenrades 2 wird eine Stoßkraft auf das Lager ausgeübt, und da das Pumpenrad dann bei einer entsprechenden Drehzahl exzentrisch rotiert, tritt eine schiefe Berührung an der Gleitfläche des Lagers auf, die Schäden verursacht. Ein solches Phänomen schafft Probleme, insbesondere dann, wenn Luftblasen in dem zu pumpenden Fluid enthalten sind. Wenn nämlich das Fluid, das Luftblasen enthält, unter der Wirkung der Zentrifugalkraft des Pumpenrades 2 unter Druck versetzt wird, variiert der Auslaßdruck in weiten Bereichen, und dementsprechend variiert auch die Druckkraft F2, die durch den Druck des Fluids verursacht wird. Daher kann das Pumpenrad 2 in axialer Richtung vibrieren, wodurch eine unerwünschte Vibration der Pumpe verursacht werden kann und die Möglichkeit eines Versagens der Lager besteht. In den oben dargestellten Beispielen zum Stand der Technik sind darüber hinaus Lager in den jeweiligen Stellungen auf den Seiten der Einlaßabdeckung 1a und der hinteren Abdeckung 1b vorgesehen, und diese Lager müssen parallel oder rechtwinkelig zueinander zusammengebaut werden, und dies verursacht Schwierigkeiten bei der Herstellung und beim Zusammenbau der Teile.
In dem Fall, daß ein Fluid von extrem großer Reinheit zu fördern ist ohne verunreinigt zu werden, bringt ein leicht beschädigbares Lager die Gefahr mit sich, daß Abriebteilchen des Lagers in ein solches Fluid gelangen, und falls eine spezielle Oberflächenbehandlung, wie etwa ein Korrosionsschutz auf das Lager aufgebracht wird, kann eine solche Oberflächenbehandlung abgesprengt werden; dies bringt möglicherweise schwerwiegende Probleme mit sich, die auch dann mit einer Wahrscheinlichkeit auftreten, wenn die Pumpe gut in Stand gehalten wird.
Entsprechend der Druckschrift US-A 3 867 655 ist eine Magnetpumpe bekannt, die nicht ein geschlossenes Pumpenrad, sondern ein sogenanntes halb offenes Pumpenrad aufweist. Eine Platte auf der Ausgangsseite des Pumpenradblattes ist stationär und daher kein Element des Pumpenrades. Der Pumpendruck, der durch die Drehung des Pumpenrades in einem Umfangsraum erzeugt wird, wirkt nicht auf die auslaßseitige Oberfläche des Pumpenrades. Der Pumpendruck kann jedoch auf das Pumpenrad auf seiner Einlaßseite in einem Spalt zwischen dem Rotor und dem Abdeckungsteil wirken. Dies führt zu einer Druckkraft auf der Auslaßseite, während die magnetische Anziehungskraft auf die Einlaßseite gerichtet ist. Dies schafft ein Hysterese-Phänomen in der Pumpendruck- Durchflußratencharakteristik und verursacht die Nachteile der oben erwähnten Magnetpumpe, wie sie oben diskutiert worden sind.
Die Druckschrift DE-B 20 58 062 offenbart eine einschlägige Magnetpumpe, entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. In dem Fall dieser bekannten Magnetpumpe tritt der Fluideinlaß-Durchgang zur Verbindung zwischen einem Sauganschluß und der Pumpenkammer durch den zentralen Bereich des Magnetkraft-Antriebsmechanismus. Zusätzlich dazu ist das Pumpenrad vom geschlossenen Typ, d. h., die Pumpenradschaufeln sind zwischen einem vorderen Element und einem hinteren Element eingefügt. Diese Anordnung des Pumpenrades führt dazu, daß der Pumpendruck auf das hintere Element wirkt und eine Druckkraft erzeugt, die auf das Pumpenrad wirkt, welche zum Sauganschluß hin gerichtet ist. Die magnetische Anziehungskraft, die auf das Pumpenrad wirkt, ist ebenfalls zum Sauganschluß hin gerichtet. Daher wirken die magnetische Anziehungskraft und die Druckkraft, die durch die Drehung des Pumpenrades erzeugt wird, stets in die gleiche Richtung, und daher wird kein Hysterese-Phänomen in der Pumpendruck-Durchflußratencharakteristik erzeugt. Daher wird das Pumpenrad auch dann, wenn der Pumpenbetriebspunkt in irgendeiner Stellung während des Betriebs ist, nicht in axialer Richtung entlang seiner Drechachse verschoben. Dies führt zu der Vermeidung zahlreicher oben erwähnter Nachteile.
Das Lager dieser bekannten Magnetpumpe umfaßt einen feststehenden Teil, der am Gehäuse befestigt ist und einen beweglichen Teil, der am Pumpenrad befestigt ist. Der Spalt zwischen diesen beiden Lagerteilen bildet ein hydrodynamisches Lager. Der Spalt dieses Lagers und die Oberflächen der zwei Lagerteile sind sphärisch. Die Lagerflächen erstrecken sich bis zum äußeren Umfang des Pumpenrades. Zufolge dieser Geometrie der Lagerteile besitzt das Pumpenrad eine beträchtliche Länge in seiner Axialrichtung und die Lagerflächen der Lagerteile bedecken eine beträchtliche Fläche des Pumpenrades. Diese Eigenschaften führen dazu, daß die Drehachse des Pumpenrades instabil ist und dazu neigt, aus der Mittellinie der bekannten Pumpe abzuweichen, was die Wirkung der Pumpe wesentlich beeinträchtigt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetpumpe zu schaffen, bei der die Drehung des Pumpenrades weiter stabilisiert wird.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Magnetpumpe gelöst. Entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 besteht das magnetische Mittel aus einem Permanentmagnet, der im Pumpenrad eingebettet ist, wobei der Permanentmagnet scheibenförmig ausgebildet ist und rechtwinkelig zu der Achse des Pumpenrades orientiert ist. Darüberhinaus ist der äußere Durchmesser des Lagers kleiner als der innere Durchmesser des Permanentmagnets.
Bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 definiert.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsvariante besser zutage, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen ist, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen und in denen:
Fig. 1 ein vertikaler Schnitt einer Ausführungsvriante der Magnetpumpe ist;
Fig. 1(a) eine schematische Darstellung des wesentlichen Teiles von Fig. 1 ist;
Fig. 1(b) eine Vorderansicht des Teiles von Fig. 1(a) ist;
Fig. 2 ein vertikaler Schnitt einer anderen Ausführungsvariante der Magnetpumpe ist;
Fig. 2(a) eine schematische Darstellung ist, die die Anordnung des Magnets von Fig. 2 zeigt;
Fig. 2(b) ein Schnitt nach der Linie X - Y von Fig. 2(a) ist;
Fig. 3 ein vertikaler Schnitt ist, der eine weitere Ausführungsvariante der Magnetpumpe zeigt;
Fig. 4(a) - (c) jeweils schematische Darstellungen einer Ausführungsvariante des Lagers der Magnetpumpe sind;
Fig. 5 ein vertikaler Schnitt ist, der den wesentlichen Teil einer Ausführung des Pumpenrades der Magnetpumpe ist;
Fig. 6 ein vertikaler Schnitt ist, der eine bekannte Magnetpumpe zeigt;
Fig. 6(a) eine Druck-Durchflußratencharakteristik der herkömmlichen Magnetpumpe ist; und
Fig. 7 ein vertikaler Schnitt einer anderen bekannten Magnetpumpe ist.
Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt einer ersten Ausführungsvariante und ebenso einer dritten Ausführungsvariante der Magnetpumpe, umfassend ein Pumpengehäuse 1, das eine Einlaßabdeckung 1a mit einer Saugöffnung 1d für das Fluid und eine hintere Abdeckung 1b mit einer Auslaßöffnung 1e für das unter Druck gesetzte Fluid aufweist, wobei die Einlaß- und die hintere Abdeckung 1a und 1b eine Pumpenkammer 1c begrenzen, die ein Pumpenrad 2 enthält, einen rotierenden Lagerteil 1g und einen feststehenden Lagerteil 1f, die als beweglicher Teil bzw. als feststehender Teil dienen und die am Pumpenrad 2 bzw. an der Einlaßabdeckung 1a vorgesehen sind, wobei die Pumpenkammer 1c und der Sauganschluß 1d miteinander über einen Einlaßdurchgang 1k in Verbindung stehen. Das Material der Teile, die das Gehäuse 1 bilden, sollte gegenüber dem zu fördernden Fluid korrosionbeständig sein. Es ist ebenso wünschenswert für zumindest die Einlaßabdeckung 1a, die in einem magnetischen Feld von einer hohen Flußdichte angeordnet ist, aus einem nicht magnetischen Material hergestellt zu sein. Das Pumpenrad 2 ist drehbar in der Pumpenkammer 1c angeordnet und besitzt einen ringförmigen Permanentmagnet 2c, der als magnetisches Mittel dient, der auf einer Oberfläche eines ringförmig ausgebildeten Magnetjochs 2b befestigt und eingebettet ist, das in der Nachbarschaft der Einlaßabdeckung 1a gebildet ist, welche üblicherweise durch bekannte Mittel abgedichtet ist, wie etwa thermische Verbindung oder Schweißen unter Verwendung eines nicht magnetischen Materials, wie etwa Nylon oder Fluor-Kunststoffe, um zu verhindern, daß das Fluid den metallischen Abschnitt erreicht. Darüber hinaus ist das Pumpenrad 2 mit Schaufeln 2g ausgestattet, um das vorbestimmte Pumpverhalten zu erreichen, welche auf einer Grundplatte 2h angebracht sind um die Pumpleistung in der dargestellten Ausführungsvariante zu erhöhen. Der feststehende Lagerteil 1f ist fest mit der inneren Oberfläche oder dem Abschnitt der Einlaßabdeckung 1a, der zur Pumpenkammer 1c hin gerichtet ist, verbunden oder darin eingeschraubt, wobei seine konkave Oberfläche zu der Seite des Pumpenrades 2 hin gerichtet ist, und der Abschnitt des Pumpenrades 2, der in der Richtung der Achse 20 seiner rotierenden Welle zu ihm hin gerichtet ist, ist fest mit dem rotierenden Lagerteil 1g verbunden oder in ihn eingeschraubt, wobei die konvexe Oberfläche der konkaven Oberfläche des feststehenden Lagerteiles 1f entspricht und zu ihm hin gerichtet ist, und wobei die Druckkraft in der Richtung der Achse 20 und die rechtwinkelig dazu gerichtete Radialkraft durch den gleitenden Kontakt der Lager 1f und 1g aufgenommen werden muß. An dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt der Einlaß-Abdeckung 1a ist ein Stator 5 vorgesehen, der als Magnetkraft-Antriebsmechanismus dient, oder als Mittel zum drehenden Antrieb des Pumpenrades unter der Wirkung magnetischer Kraft auf den Permanentmagnet 2c, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist, zu dienen, wobei er dazu ausgebildet ist, eine Magnetkraft durch die Energie einer nicht dargestellten Energiequelle zu erzeugen, und wobei der Fluid-Einlaßdurchgang 1k, der eine Verbindung zwischen dem Sauganschluß 1d und der Pumpenkammer 1c herstellt, im zentralen Abschnitt des Stators 5 entlang der rotierenden Welle 20 des Pumpenrades 2 gebildet ist. Daher tritt das Fluid, das in die Pumpe eintritt, durch den zentralen Abschnitt des Magnetkraft-Antriebsmechanismus in der rotierenden Welle 20 des Pumpenrades und wird durch die Wirkung des Pumpenrades 2, das in der Pumpenkammer 1c rotiert, unter Druck gesetzt, und es wird über die Auslaßöffnung 1g aus der Pumpe nach außen ausgestoßen.
Die Fig. 1(a) und 1(b) sind schematische Darstellungen, die die Kraftübertragung der Magnetpumpe in der Ausführungsvariante der Fig. 1 schematisch zeigen, wobei die Fig. 1(a) ein vertikaler Schnitt ist, der den Stator 5, sowie das Magnetjoch 2b zeigt, und die Fig. 1(b) eine seitliche Darstellung ist, wie sie in der Fig. 1(a) von rechts zu sehen ist, wobei das Magnetjoch 2b entfernt ist. Ein ringförmiger Kern 5b aus einem ferromagnetischen Material ist mit sechs Vorsprüngen S1 - S6 auf seiner Seite vorgesehen, die dem Permanentmagneten 2c benachbart ist und Spulen k1 - k6 sind jeweils um die Vorsprünge S1 - S6 gewickelt. In dieser Ausführungsvariante umfaßt der Permanentmagnet 2c acht segmentierte Permanentmagnete M1 - M8, die in einer ringförmigen Anordnung angeordnet sind, wobei jeder der Permanentmagneten M1 - M8 vormagnetisiert und so angeordnet ist, daß die S-Pole und N-Pole abwechselnd auf der Oberfläche, die dem Stator 5 gegenüberliegt, angeordnet sind. Obwohl der Permanentmagnet 2c in die segmentierten Permanentmagnete M1 - M8 unterteilt ist, um einen ringförmigen Magnet zu bilden, kann, falls dies notwendig ist, ein einzelner Magnet verwendet werden, indem er ringförmig ausgebildet wird und so magnetisiert wird, daß er eine abwechselnde Anordnung von S-, N-Polen ergibt, und dies gilt auch für die Permanentmagneten 12, 22 und 32, die in der Folge beschrieben werden. Der Stator 5 ist einstückig mit den Vorsprüngen S1 - S6 gebildet, indem Siliziumstahl-Platten laminiert werden oder Eisenpulver gesintert wird, und es wird eine unterschiedliche Anzahl von Polen, wie etwa sechs Pole in dieser Ausführungsvariante, gegenüber der des Permanentmagnets 2c (acht Pole in dieser Ausführungsvariante) üblicherweise ausgewählt, um den Startvorgang und eine sanfte Rotation des Pumpenrades 2 zu gewährleisten.
Die Drehung des Permanentmagnets 2c wird durch einen geeigneten Wechsel der Versorgung der Spulen k1 - k6 mit Gleichstrom in Übereinstimmung mit den Signalen eines Magnetpol-Erfassungsmittels, wie etwa ein Halleffekt-Element das nicht dargestellt ist, verursacht.
Auf diese Art wird die Magnetpumpe von Fig. 1 so betrieben, daß das Pumpenrad 2 durch die versorgende Kraft des Stators 5 gedreht wird, um das Fluid unter Druck zu setzen und zu fördern. Dann und falls das Pumpenrad 2 mit einer Nenndrehzahl rotiert, wirkt der Druck des Fluids auf das Pumpenrad 2, so daß er eine Druckkraft erzeugt, die das Pumpenrad 2 nach links drückt, wie in Fig. 1 dargestellt. Andererseits drückt die Axialkomponente der Kraft, die vom Stator 5 auf das Pumpenrad 2 wirkt, das Pumpenrad stets nach links, so daß das Pumpenrad 2 fortgesetzt in einer stabilen Position arbeiten kann, ohne seine Stellung an irgend einem Betriebspunkt zu verändern.
Zusätzlich zu der Magnetkraft des Stators 5 und der Kraft des Fluids, das durch die Pumpe unter Druck gesetzt wird, ist das Pumpenrad 2 der Schwerkraft ausgesetzt, sowie der Kraft des Fluids, die zwischen den Lagern 1f und 1g wirkt. Die Schwerkraft hat nahezu keinen Effekt, obwohl die Wirkung der Schwerkraft davon abhängt, ob die Magnetpumpen von Fig. 1 horizontal oder vertikal angeordnet ist. Daher wird die Wirkung der Schwerkraft auf sie hier nicht weiter beschrieben. Die Größe des Druckes des Fluids auf die Lager ist ebenfalls nicht beschrieben, da, falls die Lager normal arbeiten, eine Reaktionskraft gleich der auf sie ausgeübten Kraft erzeugt wird.
Die folgenden Wirkungen werden bei der oben beschriebenen Ausführungsvariante erhalten.
(A) Die Richtung der axialen Komponente der magnetischen Anziehungskraft, die zwischen dem Permanentmagnet 2c, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist, und dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus 5 wirkt, wirkt stets in der Richtung, um das Pumpenrad 2 gegen den Magnetkraft- Antriebsmechanismus 5 zu drücken und die Richtung der Kraft des Fluids, die auf das Pumpenrad wirkt und die durch die Drehung des Pumpenrades erzeugt wird, ist ebenfalls immer in die Richtung, um das Pumpenrad gegen den Magnetkraft-Antriebsmechanismus zu drücken, so daß auch dann, wenn der Pumpenbetriebspunkt in irgendeiner Position ist, das Pumpenrad in einer stabilen Stellung in bezug auf Axialrichtung gedreht wird, und somit keine Stoßkraft auf das Lager ausgeübt wird und verhindert wird, daß das Lager beschädigt wird.
Darüber hinaus wird kein solches Hysterese-Phänomen auf die Pumpendruck-Durchflußraten-Charakteristik verursacht, wie sie bei herkömmlichen Magnetpumpen verursacht wird.
(B) Auch dann, wenn das Fluid, das zu pumpen ist, Luftblasen enthält, die eine Schwankung im Pumpenausgangsdruck bewirken, kann das Pumpenrad stets in einer stabilen Stellung gedreht werden und eine abnormale Vibration wird unterdrückt, da kein Hysterese-Phänomen in bezug auf die Pumpendruck-Durchflußraten-Charakteristik besteht.
(C) Da das Pumpenrad rotiert, während es gegen den Magnetkraft-Antriebsmechanismus gedrückt wird, wird der magnetische Spalt zwischen dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus und dem Pumpenrad so klein als möglich gehalten. Dementsprechend ist die Kraft zum Drehantrieb des Pumpenrades stets auf einem maximalen Wert, um eine maximale Pumpenleistung zu ermöglichen.
(D) Da das Pumpenrad stets läuft, während es magnetisch von dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus angezogen wird, braucht lediglich ein Paar von Lagern 1f, 1g zur Abstützung der Kraft in ökonomischer Weise zwischen dem Pumpenrad 2 und dem Gehäuse 1a des Magnetkraft- Antriebsmechanismus vorgesehen sein.
(E) Da keine Hysterese im bezug auf die Pumpendruck-Durchflußraten-Charakteristik besteht, wird kein Offset-Kontakt-Phänomen auf die gleitenden Oberflächen des Lagers ausgeübt und die mögliche Beschädigung davon kann im wesentlichen vermieden werden.
(F) Da der Stator für den Magnetkraft- Antriebsmechanismus verwendet wird, ist der einzige bewegliche Teil dieser Magnetpumpe das Pumpenrad und die übrigen Teile sind stationär, so daß keine Teilchen in die Umgebung abgegeben werden und keine Anwendung von Öl notwendig ist, so daß es möglich ist, die Pumpe in einer Umgebung zu verwenden, die frei von Verunreinigung bleiben muß.
(G) Die Magnetpumpe kann in extrem kompakter Form ausgebildet werden.
(H) Da der Fluid-Einlaßdurchgang so ausgebildet ist, daß er durch den zentralen Abschnitt des Lagers hindurchtritt, das im Pumpengehäuse befestigt ist, ist das Lager zwischen dem Pumpenrad und dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus in der Richtung der Achse der Welle des Pumpenrades angeordnet und stützt das Pumpenrad ab. Daher wird jegliche Kraft, die auf das Pumpenrad wirkt, wie etwa die magnetische Anziehungskraft F1, eine Pumpenrad-Druckkraft F2, eine Radialkraft und eine Schwerkraft, die auf das Pumpenrad wirkt, in der Nähe des Angriffspunktes oder der Mitte des Pumpenrades aufgenommen, und eine wirksame Kraftaufnahme kann durchgeführt werden.
Fig. 2 zeigt die zweite erfindungsgemäße Ausführungsvariante und die vierte erfindungsgemäße Ausführungsvariante, welche in der Folge beschrieben werden, wobei der Magnetkraft-Antriebsmechanismus einen unterschiedlichen Aufbau gegenüber den oben beschriebenen Ausführungsvarianten aufweist. In der zweiten Ausführungsvariante ist ein Permanentmagnet für den Magnetkraft-Antriebsmechanismus vorgesehen, der das Mittel zum Drehantrieb des Pumpenrades 2, in dem der Permanentmagnet eingebettet ist, unter der Wirkung einer externen Magnetkraft, darstellt, wobei der Permanentmagnet drehbar in dem nicht mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist, so daß seine Magnetkraft direkt auf den Permanentmagnet wirkt, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist, um es drehend anzutreiben. Die folgende Beschreibung ist ein Auszug dieser Ausführungsvariante, wobei die Teile, die denen in der Fig. 1 gleich sind, nicht weiter im Detail beschrieben sind.
Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt in dieser Ausführungsvariante das Gehäuse 1 mit dem Sauganschluß 1d, dem Ausgangsanschluß 1e und der Pumpenkammer 1c die Einlaßeindeckung 1a und die hintere Abdeckung 1b, und das Pumpenrad 2 ist in der Pumpenkammer 1c angeordnet. Die Außenseite des Gehäuses 1 ist durch eine Gehäuse- Hinterabdeckung 11b verstärkt, sowie durch eine Einlaßgehäuseabdeckung 11a und durch eine Verstärkungsplatte 11c, die an der Einlaßgehäuse-Abdeckung 11a befestigt ist. Ein Kugellager 10 ist am inneren Umfang der Einlaßgehäuse- Abdeckung 11a befestigt und an dem der Flüssigkeit nicht ausgesetzen Abschnitt des Gehäuses 1 angeordnet, und ein ringförmiger Permanentmagnet 12 ist am Innenring des Lagers befestigt. Daher ist der ringförmige Permanentmagnet 12 oder der Magnetkraft-Antriebsmechanismus zum drehenden Antrieb des Pumpenrades 2 drehbar in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt vorgesehen.
Der Permanentmagnet 12 ist im wesentlichen in magnetischer und gegenseitiger Anziehung mit dem Permanentmagnet 2c, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist. Da der Permanentmagnet 12 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus ebenso die abwechselnde Polanordnung aufweist, wie sie in Fig. 2(a) dargestellt ist, ähnlich dem Permanentmagnet 2c des Pumpenrades 2, dreht sich das Pumpenrad 2 so wie der Permanentmagnet 12 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus ebenfalls in Synchronisation mit ihm. Der Permanentmagnet 12 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus treibt nicht nur das Pumpenrad 2 direkt drehend an, sondern nimmt auch die magnetische Wirkung für seine eigene Drehung vom Stator 5 auf. Daher ist die Magnetisierung des Permanentmagnets 12 so ausgebildet, daß die axial angeordneten Pole der unterschiedlich der gegenüberliegenden Oberflächen des ringförmigen Permanentmagnets 12 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wie dies in den Fig. 2(a) und (b) dargestellt ist. Auf diese Art hat der Permanentmagnet 12 die Funktion einer Antriebsquelle gegenüber dem Pumpenrad 2 und besitzt ebenso die Funktion eines angetriebenen Gliedes in bezug auf den Stator 5. Obwohl der Permanentmagnet 12 in der Form eines einstückigen ringförmigen Magnetes dargestellt ist, kann er so ausgebildet sein, daß eine Mehrzahl von einzelnen Permanentmagneten in einem Ring angeordnet sind, in dem die N- und S-Pole abwechselnd angeordnet sind.
In der Ausführungsvariante von Fig. 2 geht darüber hinaus der Einlaßdurchgang 1k zur Verbindung der Pumpenkammer 1b mit dem Sauganschluß 1d durch die zentralen Abschnitte des Stators 5 und des Permanentmagnetes 12 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus entlang der Achse 20 des Pumpenrades 2. Bei dieser Erfindung ist jedoch das Mittel zum Drehen des Magnetkraft-Antriebsmechanismus beispielsweise in Form einer Turbine oder eines Motors ausgebildet, die so angeordnet sind, daß sie den Permanentmagnet 12 über Getriebe drehend antreiben und es besteht keine Notwendigkeit, daß eine solche Turbine oder ein solcher Motor in der gleichen Achse wie die des Magnetkraft-Antriebsmechanismus ausgebildet ist.
Auch in dieser Ausführungsvariante wirken sowohl die magnetische Anziehungskraft F1, auf das Pumpenrad 2 wirkt, als auch die Druckkraft F2 zufolge des Druckes des Fluids, so, daß sie das Pumpenrad 2 gegen den Magnetkraft- Antriebsmechanismus drücken und die Kraft wird auf den gleitenden Oberflächen zwischen dem drehenden und rotierenden Lagerteil 1g, der am Pumpenrad 2 befestigt ist, und dem feststehenden Lagerteil 1f, der ihm gegenüberliegt und der an der Einlaßabdeckung 1a befestigt ist, abgestützt, und das Pumpenrad 2 kann in einer stabilen Stellung ähnlich der der Ausführungsvariante von Fig. 1, gedreht werden. Die dargestellte Pumpe umfaßt weiters eine Motorabdeckung 7 zur Aufnahme des Stators 5, einen Anschluß 7b zur Aufnahme von Energie der nicht dargestellten Energiequelle und einen Luftzufuhranschluß 7c zur Zufuhr von Kühlluft zu Abschnitten des Stators 5.
Die folgenden Wirkungen können in der zweiten Ausführungsvariante erzielt werden.
Da der Magnetkraft-Antriebsmechanismus zum drehenden Antrieb des Pumpenrades 2 der Permanentmagnet ist, hat die magnetische Anziehungskraft, die auf das Pumpenrad wirkt, auch eine zentrierende Funktion, um das Pumpenrad in einer konstanten Position in einer Richtung rechtwinkelig zur Drehachse zu halten, so daß das Pumpenrad durch die zentrierende Wirkung in einer geeigneten Position gehalten werden kann und zwar zufolge der Magnetkraft, auch wenn keine besondere Welle vorgesehen ist um, es in einer vorbestimmten radialen Stellung zu halten.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante nach der vierten Erfindung, die einen Aufbau des Magnetkraft- Antriebsmechanismus hat, der unterschiedlich von der Ausführungsvariante von Fig. 1 ist. Daher wird in der Folge hauptsächlich der Unterschied beschrieben werden.
In Fig. 3 umfaßt das Gehäuse 1 mit dem Sauganschluß 1b, dem Ausgangsanschluß 1e und der mit der Pumpenkammer 1d die Einlaßabdeckung 1a und die hintere Abdeckung 1b, und das Pumpenrad 2 wird rotierend in der Pumpenkammer 1c aufgenommen. Die Außenseite des Gehäuses 1 ist durch eine hintere Gehäuseabdeckung 11b, eine Einlaßgehäuseabdeckung 11a und eine Verstärkungsplatte 11c verstärkt, die an der Einlaßgehäuseabdeckung 11a befestigt ist. Ein Kugellager 10 ist am inneren Umfang der Einlaßgehäuseabdeckung 11a befestigt und in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt des Gehäuses 1 angeordnet, und ein Magnetjoch 23, das mit einem Permanentmagnet 22 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus versehen ist, ist am Innenring des Lagers befestigt. Im Magnetjoch 34, das mit einem abtriebsseitigen Permanentmagnet 32 zur Aufnahme der Magnetkraft von Stator 5 versehen ist, ist an einem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 35 auf der dem Magnetjoch 23 gegenüberliegenden Seite am Pumpenrad 2 befestigt, so daß der Permanentmagnet 22 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus und des abtriebsseitigen Permanentmagnets 32 zusammen gedreht werden.
Der Stator 5 zum Drehen des abtriebbseitigen Permanentmagnets 32 ist fest in der Motorabdeckung 7 aufgenommen, die vollständig mit der Einlaßgehäuseabdeckung 11a verbunden ist, die in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt des Gehäuses 1 vorgesehen ist, und ein Vorsprung S des Kernes 5b des Stators 5 liegt dem abtriebsseitigen Permanentmagnet 32 gegenüber. Wenn die Energie der nicht dargestellten Energiequelle über den Anschluß 7b der Spule 5a zugeführt wird, wird ein Magnetfeld am Vorsprung S des Kernes 5b erzeugt, um den abtriebsseitigen Permanentmagnet 32 drehend anzutreiben, der im Abstand von dem Vorsprung S gegenüberliegt und zwar in der Richtung der Drehachse 20, und das Magnetjoch 23 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus, der drehbar zusammen mit dem abtriebsseitigen Permanentmagnetjoch 34 getragen wird, wird ebenfalls zusammen mit dem abtriebsseitigen Magnetjoch 34 drehend angetrieben. Daher wird der Permanentmagnet 22 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus drehend angetrieben, um eine magnetische Antriebskraft zu erzeugen, um das Pumpenrad 2 anzutreiben. In dieser Ausführungsvariante von Fig. 3 ist es bevorzugt, daß der Permanentmagnet 2c, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist, und der Permanentmagnet 22 des Magnetkraft-Antriebsmechanismus mit der gleichen Anzahl von Polen versehen sind, und daß der Permanentmagnet 32 ebenfalls mit einer geeigneten Anzahl von abwechselnd polarisierten Polen versehen ist, um eine optimale Kraftübertragung in bezug auf den Stator 5 zu erheben.
Auf diese Weise ist in der Ausführungsvariante der Fig. 3 der Permanentmagnet in dem Magnetkraft- Antriebsmechanismus dazu ausgebildet, den Permanentmagnet, der im Pumpenrad 2 eingebettet ist, direkt anzutreiben, und der Stator ist als Mittel ausgebildet, den Magnetkraft- Antriebsmechanismus drehend anzutreiben und der Einlaßdurchgang 1k zur Verbindung des Sauganschlusses mit der Pumpenkammer 1c ist im zentralen Abschnitt gebildet, d. h., entlang der Drehachse des Pumpenrades 2.
Auch in diesem Fall wirken sowohl die Antriebskraft F2 zufolge des Druckes des Fluids auf das Pumpenrad 2 und die Axialkomponente F1 der magnetischen Anziehungskraft in der Richtung, um das Pumpenrad 2 gegen den Magnetkraft-Antriebsmechanismus zu pressen und die Kraft wird von den gleitenden Oberflächen zwischen dem rotierenden Lagerteil 1g und dem festen Lagerteil 1f, der in der Einlaßabdeckung 1a fixiert ist, und ihm gegenüberliegt, aufgenommen, so daß das Pumpenrad 2 in der stabilen Stellung gedreht werden kann, in ähnlicher Weise wie in den Ausführungsvarianten, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.
Diese Ausführungsvariante verwendet darüber hinaus die Kraftübertragung zwischen dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus und dem Pumpenrad 2 das gleiche Prinzip der Permanentmagnet-Kupplung wie die zweite Ausführungsvariante und daher ist der Energieverlust zufolge der Kraftübertragung (Magnetkraft) nahezu vernachlässigbar, solange das Material der Einlaßabdeckung 1a und der Verstärkungsplatte 11c in geeigneter Weise ausgewählt werden wird. Sowohl der Magnetkraft-Antriebsmechanismus als auch der Stator 5, der als Mittel zum drehenden Antrieb dient, sind in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt. Im allgemeinen ist die Energieumwandlung im Zusammenhang mit dem Stator 5 von der elektrischen Energie auf das Rotations-Drehmoment ein Vorgang, der einen beträchtlichen Energieverlust mit sich bringt und zwar zufolge des magnetischen Spaltes. In dieser Ausführungsvariante jedoch, wie aus der Fig. 3 klar wird, ist der Aufbau zur Erzeugung des Rotations-Drehmoments im Stator 5 in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt angeordnet, wodurch der magnetische Spalt minimiert werden kann, so daß die Magnetpumpe einen großen Wirkungsgrad bekommt.
Die dargestellte Pumpe besitzt ebenso die Motorabdeckung 7 zur Aufnahme des Stators 5, den Anschluß 7b zur Aufnahme von Energie von der nicht dargestellten Energiequelle, den Luftzufuhr-Anschluß 7c zur Zufuhr von Kühlluft zu Abschnitten des Stators 5 und den Auslaßanschluß 7d für die Kühlluft.
In der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante können die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den oben festgestellten Wirkungen der Ausführungsvariante der zweiten Erfindung erzielt werden.
Der Magnetkraft-Antriebsmechanismus besitzt den Magnet zur Ausübung von Magnetkraft auf das Pumpenrad zur Drehung und es besteht nahezu kein Energieverlust während der Kraftübertragung zwischen dem Pumpenrad und dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus, falls das Material des Gehäuses und seiner verstärkenden Glieder, die zwischen dem Pumpenrad und dem Magnetkraft-Antriebsmechanismus angeordnet sind, in geeigneter Weise ausgewählt werden, unabhängig von der Leistung der Magnetpumpe und der Abmessung des magnetischen Spaltes, mit dem Ergebnis, daß keine Wärme zufolge der Kraftübertragung erzeugt wird. Ebenso ist der Magnetkraft-Antriebsmechanismus und der Stator, um ihn zu drehen, in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt angeordnet, so daß eine hochwirksame Kraftübertragung (Energieumwandlung) erreicht werden kann, so daß jegliche Wärmeerzeugung zufolge des Energieverlustes vermieden werden kann und eine Magnetpumpe mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt werden kann.
Die Fig. 4 und 5 sind vorgesehen, die Teile der bevorzugten Ausführungsvariante der Magnetpumpe der vorliegenden Erfindung zu erklären, wobei die Fig. 4 für das Lager und die Fig. 5 für das Pumpenrad angegeben sind.
Die Fig. 4 zeigt schematisch ein Lager, das für die Verwendung in der Magnetpumpe der vorliegenden Erfindung geeignet ist. In der Magnetpumpe der Erfindung ist das Lager wünschenswerterweise als ein dynamisches Drucklager ausgebildet mit einem Eigenflüssigkeits-Schmiersystem, das die Flüssigkeit in der Pumpenkammer 1c als Schmiermittel verwendet, und vorzugsweise als Spiralnut-Lager, das mit Nuten von etwa 10 Mikrometer Tiefe auf einer der gleitenden Oberflächen ausgestattet ist, im Hinblick auf große Lastaufnahmen. Das Lagermaterial ist vorzugsweise eine Keramik, die ein sprödes Material ist, das nicht leicht verformbar ist, und vorzugsweise aus einem gesinterten keramischen Material, so wie etwa einem gesinterten Siliziumkarbidmaterial, einem gesinterten Siliziumnitridmaterial, einem gesinterten Aluminiumoxidmaterial besteht. Bei der Verwendung von sehr aggressiven Chemikalien sollte eine dünne Schicht einer hochreinen Keramik auf der gesamten Oberfläche des gesinterten keramischen Materials gebildet sein. Insbesonders hat ein spiralförmig genutetes Lager, das durch Bildung einer Schicht von Siliziumkarbid von 100 bis 200 um Dicke auf der Oberfläche eines gesinterten Siliziumkarbidmaterials durch einen thermischen CVD-Vorgang (chemische Dampfabscheidung) gebildet wird, wobei dann spiralförmige Nuten auf der Oberfläche der CVD-Schicht gebildet werden, exzellente Korrosions- und Verschleißeigenschaften, und die physikalischen Eigenschaften des Substrats aus gesintertem Siliziumkarbidmaterial und die dünne Schicht von Siliziumkarbid, die darauf gebildet ist, sind ähnlich, was eine hohe gegenseitige Bindungsfestigkeit ergibt, sowie eine große thermische Widerstandsfähigkeit sowie eine physikalische Stoßfestigkeit und eine hohe Zuverlässigkeit. Die in der Folge beschriebenen Lager können aus den oben beschriebenen Materialien gebildet sein und sind grundsätzlich selbst dynamische Drucklager von selbstschmierendem Typ. Fig. 4(a) zeigt nur den rotierenden Lagerteil des dynamischen Drucklagers von Kugelflächen-Typ in bezug auf die obige Ausführungsvariante und die Gleitfläche 50 hat eine sphärische Ausbildung und ist mit spiralförmigen Nuten 51 darin versehen. Andererseits hat die Oberfläche des feststehenden Lagerteiles, der nicht dargestellt ist, eine zugehörige konkave kugelförmige Ausbildung. Ein Pfeil zeigt die Drehrichtung des Lagers B, und wenn das Lager in dieser Richtung rotiert, wird ein starrer Flüssigkeitsfilm auf der Gleitfläche 50 gebildet, um ein Gleichgewicht mit der Belastung zu ergeben. Zufolge der kugelförmigen Form kann die Gleitfläche 50 sowohl die Druckkraft als auch Radialkräfte aufnehmen.
Die Fig. 4(b) zeigt den rotierenden Lagerteil eines konischen Lagers mit spiralförmigen Nuten und die Gleitfläche des feststehenden Lagerteiles, der nicht dargestellt ist, hat eine entsprechende konkave Oberfläche. Wenn der rotierende Lagerteil in der Richtung des Pfeiles 52 rotiert, kann das konische, mit spiralförmigen Nuten versehene Lager sowohl die Druckkraft als auch die Radialkräfte aufnehmen. Insbesonders sichert er die Stellung des Pumpenrades stärker.
Die Fig. 4(c) zeigt den rotierenden Teil eines Lagers vom Spindeltyp mit spiralförmigen Nuten, wie es im Stand der Technik bekannt ist, das einen flachen, mit spiralförmigen Nuten versehenen Lagerteil 56 zur Aufnahme der Druckkraft und einen zylindrischen, mit spiralförmigen Nuten versehenen Lagerabschnitt 57 zur Aufnahme der Radialkräfte aufweist. Es ist ebenso notwendig, daß die Gleitfläche des feststehenden Lagerteiles komplementär zu den Gleitflächen 56, 57 des rotierenden Lagerteiles ist.
Bei den Lagern mit spiralförmigen Nuten können die spiralförmigen Nuten darüberhinaus entweder auf der Oberfläche des rotierenden Teiles oder des feststehenden Lagerteiles vorgesehen sein, und die rotierenden Lagerteile der Fig. 4(a), (b) und (c) können ebenso an den feststehenden Teilen befestigt sein.
Fig. 5 ist ein Schnitt des wesentlichen Teiles des Pumpenrades 2 und das Eisenmagnetjoch 2b und der Permanentmagnet 2c, die daran befestigt sind, sind aus leicht korrodierbarem Material. Deshalb sind sie nicht nur durch ein organisches Polymermaterial (Nylon, PTFE, PFA, u.s.w.) eingeschlossen, sondern auch durch ein hochgradig luftdichtes anorganisches Material, um die Widerstandsfähigkeit des metallischen Materials gegenüber der Korrosion zu verbessern. Obere und untere strömungsseitige Abdeckungen 60b und 60c sind aus einem Harz von guter Korrosionsfestigkeit, wie etwa PFA hergestellt, das Magnetjoch 2b und der Permanentmagnet 2c sind in der oberen und unteren strömungsseitigen Abdeckung 60b und 60c aufgenommen, wobei deren gemeinsame Oberfläche 60b verschweißt ist, um die Metallteile darin aufzunehmen, wobei diese weiter in keramischen Behältern 61b, 61c aufgenommen sind, deren äußerste Oberfläche mit oberen und unteren strömungsseitigen Pumpenrädern 62b und 62c abgedeckt sind, die aus PTFE hergestellt sind und wobei ihre gemeinsame Oberfläche 62d verschweißt ist, um den Rotorabschnitt abzudichten. Schaufeln 63, um das Fluid unter Druck zu setzen, sind einstückig mit dem unteren strömungsseitigen Pumpenrad 62c geformt, und ein Hauptschild 64 ist an die Schaufeln 63 angeschweißt. In dieser Anordnung wird, auch wenn das Fluid, das sich in einem gasförmigen oder flüssigen Zustand befindet, dazu neigt durch die äußeren am Umfang befindlichen PTFE-Pumpenräder 62b, 62c hindurchzutreten, ein solches Hindurchtreten verhindert, und zwar durch die Behälter 61b, 61c aus anorganischem Material um dem Permanentmagnet 2c und das Magnetjoch 2b zu schützen. Die Behälter 61b, 61c, die in Fig. 5 dargestellt sind, sind mit dünnen Filmen aus Siliziumkarbid angeordnet, das durch ein thermisches CVD-Verfahren hergestellt wird, und auf diese Weise wird ihr Verbindungsabschnitt 61d durch einen zwischengelegten dünnen Film aus PFA abgedichtet.
Mit einer solchen Anordnung wird auch in dem Fall, daß die Pumpe dazu verwendet wird, ein in hohem Maße durchdringendes und korrosives Fluid zu fördern, wie beispielsweise Fluorwasserstoffsäure, erreicht, daß die im Pumpenrad 2 eingebetteten Metallteile nahezu keiner Korrosion unterliegen und zwar nicht einmal über lange Zeiträume hinweg.
Falls das zu pumpende Fluid Quarz nicht angreift, wie etwa Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure, können die Behälter 61b 61c aus Quarz gebildet werden, und die Verbindungsfläche 61d kann mit bekannten Mitteln verschweißt werden, wie etwa durch einen Laserstrahl, um eine vollständige Abdichtung zu ergeben.
Es kann auch verhindert werden, daß die Behälter durch das Einlegen der oberen und der unteren strömungsseitigen Abdeckungen 60b und 60c beschädigt werden, indem ein elastisches Material zwischen die Metallglieder, wie den Permanentmagnet 2c und das Magnetjoch 2b und den spröden Behälter 61b, 61c zwischengelegt wird.
Falls darüberhinaus die oben erwähnten Behälter aus einem glasartigen Material, wie etwa Quarz, aufgebaut sind und die Verbindungsfläche vollständig durch Verschweißen oder thermische Verbindungsmittel abgedichtet sind, dann kann es sein, daß keine Notwendigkeit besteht, die Metallglieder in dichter Weise einzukapseln, wie in dem Fall der oberen und der unteren strömungsseitigen Abdeckung 60b und 60c, und es ist dann nur notwendig, eine stoßaufnehmende Wirkung vorzusehen, um einen punktförmigen Kontakt der Metallglieder mit dem Behälter zu verhindern.
Die obige Beschreibung in bezug auf die Fig. 4 und 5 ist gemeinsam auf jeder der Magnetpumpen der vorliegenden Erfindung anwendbar.
Indem die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Anordnungen verwendet werden, können folgende Wirkungen erzielt werden.
(A) Das mit spiralförmigen Nuten versehene Lager aus gesintertem Siliziumkarbidmaterial, das mit einer dünnen Schicht aus Siliziumkarbid versehen ist, das durch ein thermisches CVD-Verfahren aufgetragen ist, verhindert ein Auswaschen der Komponenten in bezug auf fast alle Arten von Fluid in einem Temperaturbereich unterhalb von 200ºC und daher ist die Pumpe für die Verwendung zum Pumpen von Chemikalien extrem hoher Reinheit geeignet.
(B) Da die Metallglieder so wie der im Pumpenrad 2 enthaltene Magnet und das Magnetjoch in anorganischen Behältern eingeschlossen sind, kann das Durchdringen einer korrosiven Komponente des Fluids in wirksamer Weise verhindert werden oder minimiert werden, um die Lebensdauer der Pumpe zu verlängern und die Möglichkeit des Austragens von Rost von den Metallgliedern in ein Fluid kann minimiert werden.
Der Magnetkraft-Antriebsmechanismus ist in einem nicht mit der Flüssigkeit in Berührung tretendem Abschnitt des Gehäuses angeordnet und zwar an einer Stelle, die dem Pumpenrad in bezug auf die Richtung der Drehachse des Pumpenrades gegenüberliegt. Ein Fluid-Einlaßdurchgang zur Verbindung des Sauganschlusses mit der Pumpenkammer ist gebildet, um durch den Zentralabschnitt des Magnetkraft- Antriebsmechanismus hindurchzutreten.

Claims

1. Magnetpumpe, umfassend ein Pumpenrad (2) vom geschlossenen Typ mit magnetischen Mitteln (2c), das durch eine Magnetkraft drehbar angetrieben wird, die von außerhalb des Pumpenrades wirkt;

ein Pumpengehäuse (1) umfassend einen Sauganschluß (1d) und einen Ausgangsanschluß (1e) und eine Pumpenkammer (1c); wobei das Pumpenrad (2) drehbar in der Pumpenkammer (1c) des Gehäuses (1) aufgenommen ist;

ein Lager (1f, 1g), das auf der Saugseite des Pumpenrades (2) vorgesehen ist, und das einen feststehenden Teil (1f) der am Gehäuse (1) befestigt ist, und einen beweglichen Teil (1g) aufweist, der auf dem Pumpenrad befestigt ist, wobei das Lager (1f, 1g) so geformt ist, daß es die Radialkraft und die Druckkraft aufnimmt, die auf das Pumpenrad (2) wirken;

einen Magnetkraft-Antriebsmechanismus (5, 12, 22, 32), der ein Mittel zum Aufbringen der Magnetkraft auf das magnetische Mittel (2c) des Pumpenrades (2) darstellt, um das letztere drehbar anzutreiben, wobei der Magnetkraft- Antriebsmechanismus (5, 12, 22, 32) in einem der Flüssigkeit nicht ausgesetzten Abschnitt des Gehäuses (1) auf der Saugseite des Pumpenrades (2) befestigt ist und dem Pumpenrad (2) in bezug auf die Richtung der Drehachse (20) des Pumpenrades (2) gegenüberliegt; und einen Fluideinlaßdurchgang (1k) zur Verbindung zwischen dem Sauganschluß (1d) und der Pumpenkammer (1c), wobei der Fluid-Einlaßdurchgang (1k) so ausgebildet ist, daß er durch den zentralen Abschnitt des Magnetkraft-Antriebsmechanismus (5, 12, 22, 32) und die Mitte des Lagers (1g, 1f) tritt, wie sie durch die Drehachse (20) des Pumpenrades (2) definiert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

das magnetische Mittel durch einen Permanentmagnet (2c) gebildet ist, der in dem Pumpenrad (2) eingebettet ist, daß der Permanentmagnet (2c) scheibenförmig und rechtwinkelig zu einer Drehachse (20) des Pumpenrades orientiert ist, und daß ein äußerer Durchmesser des Lagers (1f, 1g) kleiner als ein innerer Durchmesser des Permanentmagnets (2c) ist, der in dem Pumpenrad eingebettet ist.

2. Magnetpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkraft-Antriebsmechanismus (5, 12, 22, 32) einen Permanentmagnet (12, 32) umfaßt, der drehbar in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Abschnitt des Gehäuses (1) befestigt ist.

3. Magnetpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkraft-Antriebsmechanismus (5, 12, 22, 32) einen Stator (5) umfaßt, der an dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt tretenden Abschnitt des Gehäuses (1) befestigt ist.

4. Magnetpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkraft-Antriebsmechanismus (5, 12, 22, 32) einen Permanentmagnet (22) umfaßt, der drehbar an dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt tretenden Abschnitt des Gehäuses (1) befestigt ist, sowie einen Stator (5), der ein Mittel zur Übertragung der Drehung auf den Magnetkraft- Antriebsmechanismus bildet, wobei der Stator (5) in dem nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt tretenden Abschnitt des Gehäuses (1) befestigt ist.

5. Magnetpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (2c), der in dem Pumpenrad (2) eingebettet ist, in einen Behälter aufgenommen ist, der aus anorganischem Material hergestellt ist.

6. Magnetpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßdurchgang (1k) durch einen zentralen Abschnitt des feststehenden Teiles (1f) des Lagers (1f, 1g) tritt, der an dem Gehäuse (1) befestigt ist.

7. Magnetpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Lagerteile (1f, 1g) keramisch ist und daß einer der Lagerteile eine Gleitfläche mit Nuten (51) aufweist, um einen dynamischen Druck zu erzeugen.

8. Magnetpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ein Substrat aus gesintertem Siliziumkarbidmaterial und eine dünne Schicht aus Siliziumkarbid aufweist, die auf die Oberfläche des Substrates durch ein thermisches CVD-Verfahren aufgebracht ist.