EP1091128B1 - Magnetgekuppelte Pumpe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetgekuppelte Pumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Eine derartige Pumpe weist je einen üblicherweise mit Permanentmagneten bestückten Innen- und Aussenrotor auf, welche durch einen dazwischen statisch angeordneten, dünnwandigen Spaltrohrtopf resp. Spalttopf voneinander getrennt sind. Wenn nun der Spalttopf aus einem metallischem Werkstoff besteht, entstehen im Betrieb der Pumpe Wirbelstromverluste. Diese führen zu einer Erwärmung des Spalttopfes, welche sich folglich auch auf das Fördermedium überträgt. Bei zu geringem Volumenstrom des Fördermediums steigt die Temperatur im Magnetfeldbereich des Spalttopfes kontinuierlich und volumenstromabhängig an, da die Wärme nur ungenügend durch das Fördermedium abgeführt werden kann.
• Wenn nun weiter gar kein Fördermedium vorhanden ist, d.h. bei einem Trockenlauf, steigt die Temperatur im Magnetfeldbereich des Spalttopfes sehr schnell an. Dies rührt von der geringen Wärmeleitfähigkeit der für den Spalttopf geeigneten metallischen Werkstoffe her, welche zusammen mit dem geringen Querschnitt des Spalttopfes in diesem Bereich zu einer ungenügenden Wärmeabfuhr in diesem Bereich führen.
• Um nun diese Temperaturen zu messen und zu überwachen, werden herkömmlicherweise Temperaturfühler eingesetzt, welche die Temperatur des Fördermediums oder des Spalttopfes ausserhalb des Magnetfeldbereiches erfassen. Dabei besteht nun aber das Problem, dass bei zu geringem Volumenstrom oder einem Trockenlauf die tatsächlich auftretende höchste Temperatur am Spalttopf nicht erfasst wird. D.h. es wird eine zu geringe resp. falsche Temperatur erfasst und zudem besteht bei derartigen Temperaturfühlern das Problem, dass sie ein verhältnismässig träges Ansprechverhalten besitzen, d.h. einen raschen Temperaturanstieg nur verzögert wiedergeben.
• Um nun derartige Pumpen mit metallischem Spalttopf vor Betriebsstörungen, wie beispielsweise Trockenlauf, Unterschreitung des Mindest-Volumenstroms, Ueberschreitung des Siedepunktes des Fördermediums im Spalttopfbereich, Ablagerungen im Bereich des Spalttopfs resp. Magnetrotors oder defekten Wälzlagerungen, abzusichern resp. diese zu erfassen werden unterschiedliche Sensoren eingesetzt, welche einzeln oder in Kombination diese Störungen erfassen und einer Auswertungseinheit zuleiten.
• So ist beispielsweise aus der DE 43 03 629 eine Mehrfachüberwachung einer Kreiselpumpe mit Permanentmagnetkupplung und metallischem Spalttopf bekannt, welche eine schnellansprechende Temperaturmessung im Bereich des Magnetfeldes des Spalttopfes resp. der Permanentmagnetkupplung aufweist. Dabei wird insbesondere der Spalttopf selbst als Teil des Temperatursensors eingesetzt, was bedeutet, dass dieser auf jeden Fall aus einem leitenden, metallischen Werkstoff bestehen muss. Zwar wird dadurch die Temperatur direkt am Ort der Wärmequelle (Permanentmagnetkupplung) gemessen, aber dies wird durch eine nicht erwünschte Störanfälligkeit erkauft, welche beispielsweise durch Oxidation, Korrosion, chemische Verunreinigungen und elektrische Störgrössen im Bereich des Spalttopfes verursacht wird. Weiter ist diese Temperaturmesseinrichtungs-Anordnung der starken Wirbelstrombildung durch die Permanentmagnetkupplung ausgesetzt, was zu einem magnetfeldstärkeabhängigen Messfehler führt, welcher elektrisch kompensiert werden muss. Diese Kompensation muss entsprechend der Dimensionierung der Magnetkupplung jeweils individuell angepasst werden. Ein zusätzliches Problem der erwähnten Lösung besteht darin, dass zwischen der Temperaturmesseinrichtung und der Ausgleichsleitung eine Steckverbindung eingesetzt wird, welche ebenfalls der Oxidation, Korrosion, chemischen Verunreinigungen und elektrischen Störgrössen unterworfen ist. Weiter besteht bei Wartungsarbeiten an der Pumpe die Gefahr, dass diese Steckverbindung mechanisch beschädigt wird, was zu einem vollständigen Ausfall oder zu einer unbemerkten Beeinträchtigung der Messungen führen kann.
• Weiter ist aus der US 5,525,039 ebenfalls eine magnetgekuppelte Pumpe bekannt, welche einen metallischen Spalttopf zwischen den Antriebs- und Pumpen-Magnetrotoren aufweist. Weiter ist eine Temperaturmesseinrichtung vorhanden, welche unter anderem einen Temperatursensor aufweist, dessen Fühlerelement elektrisch isoliert neben dem Bereich der Magnetrotoren direkt mit der Mantelfläche des Spalttopfes verbunden ist.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine derartige Kreiselpumpe mit permanentmagnetbestückten Innenund Aussenrotor zu finden, bei welcher eine zuverlässige und genaue Erfassung der Temperatur des Spalttopfes im Bereich der Magnetkupplung mit vernachlässigbarem Einfluss der Magnetkupplung erfolgen kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale einer magnetgekuppelten Pumpe nach Anspruch 1 erfüllt.
• Weitere erfindungsgemässe Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der weiteren Ansprüche 2 bis 9.
• Durch die erfindungsgemässe Anordnung des Fühlerelementes direkt am Spalttopf zwischen den Antriebs- und Pumpen-Magnetrotoren kann die Temperatur in diesem Bereich zuverlässig und praktisch störungsfrei erfasst und gemessen werden. Vorteilhafterweise erfolgt dies auch im Falle des Trockenlaufes der Pumpe, da die Messung unabhängig vom Volumenstrom des Fördermediums erfolgt. Die direkte Verbindung ist zudem nicht anfällig auf Störungen, Korrosion und äussere Einflüsse, wie sie beispielsweise bei der Montage resp. Demontage des Gehäuses der Pumpe auftreten können. Die Messung erfolgt überdies direkt an der kritischsten Stelle, nämlich im Bereich des Magnetfeldes der Magnetkupplung direkt auf der Spalttopfoberfläche, vorteilhafterweise im oberen Bereich bei eingebauter resp. stationierter Pumpe.
• Vorteilhafterweise kann eine elektrische Kompensation der Temperaturmesseinrichtung entfallen, wenn der Einfluss des Magnetfeldes der Magnetkupplung einerseits durch eine geeignete Materialwahl des Fühlerelementes der Temperaturmesseinrichtung und andererseits durch die vorzugsweise eingesetzte Ausführung mit elektrisch isolierter Messstelle gegenüber dem Schutzmantel reduziert wird.
• Neben der Erfassung der Temperatur kann die erfindungsgemässe Temperaturmesseinrichtung auch als Anlaufsicherung dienen, indem bei einer Deformation des Spalttopfes oder bei einem Lagerschaden, bei welchem der Antriebs-Magnetrotor unrund resp. exzentrisch läuft, und dadurch der Antriebs-Magnetrotor am Spalttopf streift, ein schneller Temperaturanstieg erfasst werden kann. Wenn die Temperaturmesseinrichtung vorzugsweise auf der Innenseite des Spalttopfes angebracht ist, kann es sogar zu einem Unterbruch des Fühlerelementes selbst oder seiner Zuleitungen kommen, was elektrisch durch die Auswerteeinheit erkannt wird.
• Eine derart schnell und zuverlässig ansprechende Temperaturmesseinrichtung eignet sich insbesondere für den Einsatz in explosionsgefährdeten Zonen, wo die maximale Oberflächentemperatur der Pumpe im Bereich der Magnetkupplung am Spalttopf auftritt und überwacht werden muss und bei Einsatz von leicht siedenden Fördermedien, bei denen eine exakte und schnelle Erfassung der Temperatur des Spalttopfes entscheidend ist, um eine Siedepunktüberschreitung beim Betrieb der Pumpe ausschliessen zu können.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigt
• Fig. 1 den schematischen Längsschnitt durch den Bereich der Magnetkupplung mit Spalttopf einer erfindungsgemässen magnetgekuppelten Pumpe.
• In Figur 1 ist schematisch ein Teil des Längsschnittes einer erfindungsgemässen magnetgekuppelten Pumpe 1 mit Antriebs-Magnetrotor 2, Spalttopf 3 und mit dem Pumpenlaufrad 4 verbundener Pumpen-Magnetrotor 5 dargestellt. Der Antriebs-Magnetrotor 2 ist an seiner Peripherie mit Permanentmagneten 6 ausgestattet, welche gegenüber von am Pumpen-Magnetrotor 5 auf der Innenseite angeordneten Permanentmagneten 7 angeordnet sind. Der Antriebsmagnetrotor 2 ist mit der Antriebswelle 8 verbunden, welche über einen Motor, beispielsweise einen Elektromotor angetrieben wird.
• Der Spalttopf 3 ist statisch mit dem Pumpengehäuse 9 verbunden und dient als Trennung zwischen dem Pumpenraum 10 und dem trockenen Antriebsraum 11 der Pumpe 1. Diese Anordnung bewirkt eine magnetische, berührungslose Kupplung zwischen Pumpen-Magnetrotor 5 und Antriebswelle 8.
• Im Luftspalt zwischen dem Antriebsmagnetrotor 2 und dem Pumpen-Magnetrotor 5 werden am Spalttopf 3 durch die Wirbelströme die höchsten Temperaturen erreicht, weshalb an dieser Stelle erfindungsgemäss das Fühlerelement 12 einer Temperaturmesseinrichtung 13 direkt elektrisch isoliert an der Innenfläche, d.h. der antriebsraumseitigen Fläche des Spalttopfes 3, angeordnet ist. Durch die elektrische Isolation kann der Einfluss der Wirbelströme im Spalttopf auf das Fühlerelement 12 resp. die Temperaturmesseinrichtung 13 weitgehend minimiert werden, resp. bewegt sich in vernachlässigbarem Rahmen.
• Das Fühlerelement 12 ist vorzugsweise mindestens an der Verbindungsstelle mit dem Spalttopf 3 abgeflacht ausgebildet und wird mittels Lötung, vorzugsweise Hartlötung, Laserschweissung oder Klebung mit der Oberfläche des Spalttopfes 3 verbunden. Das Fühlerelement 12 führt vorzugsweise direkt aus dem Schutzrohr 14 der Temperaturmesseinrichtung 13 an diese Stelle, ohne ein zusätzliches Verbindungselement oder dergleichen. Wenn die Temperaturmesseinrichtung 13 vorzugsweise mit dem Spalttopf 3 verbunden ist, kann die Verbindung direkt, d.h. insbesondere ohne Steckverbindung ausgeführt werden, was die herkömmliche Problematik mit Störungen, Korrosion und äussere Einflüsse bei der Montage und Demontage beispielsweise bei Wartungsarbeiten weitgehend ausschliesst.
• Durch diese Anordnung kann einerseits der Einfluss des Magnetfeldes, welches durch die Permanentmagneten 6 resp. 7 des Antriebsmagnetrotors 2 resp. des Pumpen-Magnetrotors 5 herrühren, minimal gehalten werden, wodurch eine elektrische Kompensation der Temperaturmesseinrichtung 13 vermieden werden kann, und andererseits wird an der kritischsten Stelle des Pumpenraumes 10 die Temperatur unmittelbar und schnell erfasst.
• Bei einer Deformation des Spalttopfes 3 infolge zu hohem Druck im Pumpenraum 10 wird das Fühlerelement 12 mit der Aussenseite des Antriebsmagnetrotors 2 in Kontakt gelangen und dadurch entweder ein sehr rascher Temperaturanstieg registriert werden können oder das Fühlerelement 12 wird durch den Kontakt zerstört, was ebenfalls zu einem entsprechend auswertbaren elektrischen Signal führt. Damit kann neben der reinen Temperaturerfassung die Temperaturmesseinrichtung 13 auch als ein Mittel zur Erfassung von unzulässigen Druckzuständen im Pumpenraum 10 resp. einem Lagerschaden der Antriebswelle 8 resp. des Antriebsmagnetrotors 2 dienen.
• Durch die dargestellt Anordnung erfolgt die Messung der Temperatur des Spalttopfes 3 völlig unabhängig vom Fördermedium, und funktioniert deshalb sowohl im Normalbetrieb, wie auch bei Störfällen wie Unterschreitung des Mindest-Volumenstroms, Überschreitung des Siedepunktes des Fördermediums im Spalttopfbereich, abgehängte Magnetkupplung oder Trockenlauf.

Claims (6)

1. Magnetgekuppelte Pumpe (1) mit Antriebs-Magnetrotor (2) und mit dem Pumpenlaufrad (4) verbundenem Pumpen-Magnetrotor (5) und dazwischenliegend angeordnetem, mit dem Pumpengehäuse (9) fixierten, metallischen Spalttopf (3), sowie einer mit einer Auswerteeinheit verbindbarer Temperaturmesseinrichtung (13), wobei die Temperaturmesseinrichtung (13) ein direkt mit der Mantelfläche der dem Antriebs-Magnetrotor (2) zugekehrten Seite des Spalttopfes (3) elektrisch isoliert verbundenes Fühlerelement (12) aufweist dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement (12) unmittelbar im Bereich zwischen den Magneten (6,7) des Antriebs-Magnetrotors (2) resp. Pumpen-Magnetrotors (5) angeordnet ist, und dass das Fühlerelement (12) mindestens eine abgeflachte Spitze aufweist, vorzugsweise wenigstens im Bereich der Verbindung mit dem Spalttopf (3).
2. Magnetgekuppelte Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlerelement (12) mittels Lötung, vorzugsweise Hartlötung, Laserschweissung oder Klebung mit der Oberfläche des Spalttopfes (3) verbunden ist.
3. Magnetgekuppelte Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (13) als Mantelthermoelement ausgebildet ist, und ausserhalb des Luftspaltes zwischen Spalttopf (3) und Antriebs-Magnetrotor (2) durch das Gehäuse (9) der Magnetgekuppelte Pumpe (1) hindurchgeführt angeordnet ist und vorzugsweise mit dem Spalttopf (3) verbunden ist.
4. Magnetgekuppelte Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Schutzrohres (14) der Temperaturmesseinrichtung (13) bis dicht an den Luftspalt zwischen Spalttopf (3) und Antriebs-Magnetrotor (2) heranführend ausgebildet ist.
5. Magnetgekuppelte Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (13) ein Widerstandsmesselement, vorzugsweise ein Keramik- oder ein Platinwiderstandselement aufweist.
6. Magnetgekuppelte Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe als Kreiselpumpe ausgebildet ist.