EP2436931A2 - Vorrichtung zum Antrieb einer Welle - Google Patents

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EP2436931A2
EP2436931A2 EP20110183390 EP11183390A EP2436931A2 EP 2436931 A2 EP2436931 A2 EP 2436931A2 EP 20110183390 EP20110183390 EP 20110183390 EP 11183390 A EP11183390 A EP 11183390A EP 2436931 A2 EP2436931 A2 EP 2436931A2
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
magnetic
drive part
ionic liquid
drive
Prior art date
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EP20110183390
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2436931A3 (de
EP2436931B1 (de
Inventor
Franz Bosbach
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KSB SE and Co KGaA
Original Assignee
KSB AG
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Publication date
Application filed by KSB AG filed Critical KSB AG
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Publication of EP2436931A3 publication Critical patent/EP2436931A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/024—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a magnetic coupling
    • F04D13/027—Details of the magnetic circuit

Definitions

  • the invention relates to a device for driving a shaft, in particular for a centrifugal pump, with a first drive part, in particular a mounted on a shaft inner drive part, and a second drive part, which is in operative connection with the first drive part.
  • a separating element separates the drive parts spatially from each other.
  • a magnetic coupling pump is described, on the shaft of which a magnetic ring is fastened as the first drive part.
  • the second drive part is formed by a rotor which is driven by an electric motor.
  • the permanent magnets of the first drive part are driven by the counter magnets of the second drive part via magnetic-inductive coupling forces.
  • the two drive parts are separated by a containment shell.
  • the first drive part is located in a gas-filled space. Due to the low permeability of gases, this leads to a poor efficiency in the transmission of torque from the second drive part to the first drive part.
  • the object of the invention is to provide a device with which the efficiency of torque transmission is improved. In this case, elaborate pressure controls to ensure a seal should be avoided.
  • a fluid is arranged, which is composed at least partially of an ionic liquid.
  • the fluid serves as a barrier fluid and prevents penetration of fluid into the area between the two drive parts. Thus, elaborate pressure controls to ensure a seal are not necessary.
  • a fluid which at least partially comprises an ionic liquid.
  • Ionic liquids contain only ions. It is thus liquid salts, without the salt is dissolved in a solvent such as water.
  • salt melts with common salt having a melting temperature above 800 ° C, were the only known examples of such liquids.
  • ionic liquids are defined as salts that are liquid at temperatures below 100 ° C.
  • ionic liquids Thermal stability, low flammability and negligible vapor pressure.
  • solubility in water or organic solvents is largely freely determinable.
  • suitable structure of the ions liquid crystalline properties are adjustable, which leads to particularly good lubricating properties.
  • ionic liquids are characterized by the fact that due to the liquid crystal properties of the ionic liquid only low frictional effects occur and thus the efficiency compared to the use of conventional barrier fluids is increased. This also causes a temperature increase due to frictional heat is reduced and thus reduces the risk of cavitation in the camps. Again, an occurrence of cavitation by the low vapor pressure of the fluid largely prevented.
  • the fluids according to the invention are thermally stable, so that coking or evaporation does not occur even at high temperatures.
  • the fluid used can be composed entirely of an ionic liquid. It is also possible that several ionic liquids form the fluid. For cost reasons, it may also be advantageous under certain circumstances that only a part of the fluid consists of an ionic liquid and the remaining portion is composed of another liquid, for example an oil.
  • the fluid has magnetism-responsive components.
  • the components are magnetizable or have magnetic properties.
  • the components are superparamagnetic, paramagnetic or ferrimagnetic.
  • the components are ferromagnetic. It is advantageous if the components have a permanent magnetization. Due to the magnetic components, the fluid has a significantly higher permeability to gases or conventional barrier fluids. This leads to an amplification of the electromagnetic interactions. The efficiency in the transmission of the torque from the second to the first drive part is increased. To transmit the same drive power, a more compact design is possible when using the fluid, for example by using smaller magnets.
  • a separating element separates the drive parts spatially from each other.
  • the use of a magnetic fluid seal is particularly advantageous.
  • the magnetic field of the permanent magnets is transmitted through two pole pieces to an area around the shaft concentrated.
  • the magnetic field counteracts an axial displacement of the fluid and keeps the fluid in the space.
  • the fluid used is preferably not miscible with the pumped fluid of the pump.
  • the fluid can be used as a barrier fluid in hermetically sealed magnetic drive pumps or canned motor pumps.
  • the separating element is formed by a split pot.
  • the drive parts are the rotors of the magnetic coupling.
  • the separating element is formed by a split tube.
  • the inner drive part is the rotor
  • the outer drive part is the stator of the canned motor.
  • the fluid acts as an incompressible barrier fluid that prevents the penetration of an external medium into the room. A possible pressure effect on the fluid is passed on to the separating element or the housing.
  • the magnetic components may be present in different forms in the ionic liquid.
  • the components are present as particles suspended in the ionic liquid.
  • the particle size is in the nano range, preferably between 1 and 100 nm, with particular particle sizes in the range of 10 nm prove to be beneficial. They consist of magnetic materials such as magnetite, ferrite, manganese, nickel, cobalt or special alloys.
  • the ionic liquid acts as a carrier liquid for the magnetic particles.
  • a surface active substance such as oleic acid may be added to adhere to the surface of the particles as a monomolecular layer. The radicals of polar molecules of the surfactant repel each other and thus prevent clumping of the particles.
  • the magnetic components are ions of the ionic liquids.
  • no additional carrier liquid is required because the magnetic components themselves are part of the ionic liquid. Due to the charge nature of ions, components of the same charge are automatically rejected, preventing clumping without the need for additional substances. Since the magnetic ions are part of the ionic liquid, segregation is excluded, thus ensuring a long service life of the fluid.
  • the magnetic components When the magnetic components are positively charged, they are cations of the ionic liquid. In this case, only a part of the cations of the ionic liquid can consist of magnetic components, while the remaining cations have no magnetic properties. To ensure a strong influence of the magnetic field, it proves to be beneficial if all cations of the ionic liquid are magnetic.
  • the anions of the ionic liquid may also be magnetic components. Also in this case, it is possible that only a part of the anions are magnetic, whereby the influence of the magnetic field is particularly strong, if all anions of the ionic liquid have magnetic properties.
  • both the anions and the cations of the ionic liquid are magnetic.
  • Magnetic forces, the electrostatic attraction between the ions as well as the insolubility in the medium are three factors to ensure against the discharge of the magnetic fluid. Should it nevertheless come under incorrect loading due to pressure fluctuations or misuse to a leakage of the magnetic fluid, this can by suitable collecting devices with magnetic arrangement such as Magnetic separator collected and returned to the drive.
  • magnetic coupling pump comprises a pump housing 1, in which a mounted on a shaft 2 impeller 3 is arranged. On the pressure side, the pump housing 1 is closed by a housing cover 4. Within the housing cover 4, a bearing housing 5 is arranged, are provided in the sliding bearing 6 for the shaft 2. The drive of the shaft 2 and thus the impeller 3 is used in Fig. 1 not shown, electric motor which engages a motor shaft 7. The motor shaft 7 is positioned by means of two ball bearings 8 in a bearing carrier 9.
  • the motor shaft 7 carries an outer drive part 10, which is also referred to as the primary part of the magnetic coupling.
  • the inner drive part 11, which is also referred to as a secondary part, is fixedly connected to the shaft 2.
  • the inner drive part 11 is spatially separated from the outer drive part 10 by a separating element 12.
  • the separating element 12 is a containment shell.
  • Both drive parts 10, 11 are the rotors of the magnetic coupling which are equipped with permanent magnets.
  • the outer drive part 11 is in operative connection with the inner drive part 10, wherein the magnetic attraction between the poles causes a coupling. In both rotors the orientation of north and south pole changes from magnet to magnet. Therefore, there are alternately North Pole South Pole and South Pole North Pole pairs in the magnetic coupling.
  • the partition 12 encloses a space 13, the interior of the containment shell, in which the inner drive part 11 is located.
  • This space is filled with a fluid 14 which is at least partially composed of an ionic liquid having magnetic components.
  • the fluid 14 also fills a region 15 which lies between the two drive parts 10, 11.
  • the conveying medium is passed through the gap pot, so that the region 15 is filled with conveying medium.
  • air is in the region 15 between the two drive parts 10, 11.
  • the device according to the invention is characterized in that the fluid 14 has a significantly higher permeability to the medium or air due to its magnetic components. Thereby, the electromagnetic interactions are enhanced and the efficiency in the transmission of the torque from the outer drive part 10 to the inner drive part 11 is increased.
  • the fluid 14 is trapped in the space 13, with a seal 16 ensuring that no fluid 14 exits the space 13.
  • the seal 16 is a magnetic fluid seal disposed between the rotating shaft 2 and the fixed bearing housing 5.
  • the magnetic fluid seal is attached to the shaft 2.
  • the fluid 14 also fills the area 17 between the seal 16 and the bearing housing 5.
  • the magnetic field of the seal 16 counteracts an axial displacement of the fluid 14 and prevents leakage of the fluid 14 into the delivery chamber 18.
  • Fig. 2 shows a canned motor pump.
  • a pump housing 1 an impeller 3 is mounted on a shaft 2.
  • the pump housing 1 On the pressure side, the pump housing 1 is closed by a housing cover 4, to which the motor housing 19 is connected.
  • an outer drive element 10 which forms the stator of the motor.
  • An inner drive part 11 is fixedly connected to the rotating shaft 2 and forms the rotor.
  • the drive parts 10, 11 are spatially separated by a separator 12.
  • the separator 12 is the can of the engine.
  • the magnetic ionic fluid 14 In a region 15, between the drive parts 10, 11, according to the invention is the magnetic ionic fluid 14.
  • the fluid 14 is enclosed in a space 13 in which the inner drive part 11 is arranged.
  • a seal 16 is disposed between the rotating shaft 2 and the fixed motor housing 19.
  • the seal 16 is attached to the motor housing 19.
  • the seal 16 is a magnetic fluid seal.
  • the region 17, between seal 16 and shaft 2 is also filled with the fluid 14. The magnetic field of the seal 16 prevents leakage of the fluid 14 into the delivery chamber 18th
  • Fig. 3 shows a magnetic fluid seal.
  • the magnetic fluid seal consists of a permanent magnet 21 placed between two pole rings 22.
  • the magnetic field of the permanent magnets 21 is concentrated by two pole shoes 22 to a region around the shaft 2. The magnetic field acts on the magnetic components of the fluid 14 and thereby prevents leakage of the fluid 14.
  • Fig. 4 shows an asynchronous motor designed electric motor with a mounted on a shaft 2 first drive part 11 which forms the rotor of the motor, and with a second drive part 10, which forms the stator of the motor.
  • the stator 10 is a winding 26.
  • the rotor 11 is a cage rotor with shorting rings 27 and cage bars 28.
  • Between the stator 10 and the rotor 11 is an ionic liquid 14 as an engine compartment filling. Permanent magnets 21 prevent an axial displacement of the ionic liquid 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb einer Welle (2). Die Welle (2) dient insbesondere dem Antrieb des Laufrades (3) einer Kreiselpumpe. Auf der Welle (2) ist ein erstes Antriebsteil (11) befestigt. Ein zweites Antriebsteil (10) steht mit dem ersten Antriebsteil (11) in Wirkverbindung. Ein Trennelement (12) kann die Antriebsteile (10, 11) räumlich voneinander separieren. Erfindungsgemäß befindet sich in einem Bereich (15) zwischen den beiden Antriebsteilen (10, 11) ein Fluid (14), das sich zumindest teilweise aus einer ionischen Flüssigkeit zusammensetzt, die magnetische Komponenten aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb einer Welle, insbesondere für eine Kreiselpumpe, mit einem ersten Antriebsteil, insbesondere einem auf einer Welle befestigten inneren Antriebsteil, und einem zweiten Antriebsteil, das mit dem ersten Antriebsteil in Wirkverbindung steht. Gegebenenfalls trennt ein Trennelement die Antriebsteile räumlich voneinander.
  • In der DE 9307447 U1 wird eine Magnetkupplungspumpe beschrieben, auf deren Welle als erster Antriebsteil ein Magnetring befestigt ist. Das zweite Antriebsteil wird von einem Rotor gebildet, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Permanentmagnete des ersten Antriebteils werden durch die Gegenmagnete des zweiten Antriebsteils über magnetisch-induktive Kupplungskräfte angetrieben. Die beiden Antriebsteile sind durch einen Spalttopf getrennt. Das erste Antriebsteil befindet sich in einem mit Gas gefüllten Raum. Aufgrund der niedrigen Permeabilität von Gasen führt dies zu einem schlechten Wirkungsgrad bei der Übertragung des Drehmomentes vom zweiten Antriebsteil auf den ersten Antriebsteil.
  • In der DE 9307447 U1 sorgt eine Magnetfluid-Dichtung dafür, dass der Raum, in dem sich der erste Antriebsteil befindet, gegenüber einem zweiten Gasraum abgedichtet wird. Mittels eines aufwendigen Systems wird der Gasdruck auf beiden Seiten der Magnetfluid-Dichtung geregelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung verbessert wird. Dabei sollen aufwendige Druckregelungen zur Gewährleistung einer Abdichtung vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Bereich zwischen den beiden Antriebsteilen ein Fluid angeordnet ist, das sich zumindest teilweise aus einer ionischen Flüssigkeit zusammensetzt.
  • Das Fluid dient als Sperrflüssigkeit und verhindert ein Eindringen von Fördermedium in den Bereich zwischen den beiden Antriebsteilen. Somit sind aufwendige Druckregelungen zur Gewährleistung einer Abdichtung nicht notwendig.
  • Erfindungsgemäß wird ein Fluid eingesetzt, das sich zumindest teilweise aus einer ionischen Flüssigkeit zusammensetzt. Ionische Flüssigkeiten enthalten ausschließlich lonen. Es sind somit flüssige Salze, ohne dass das Salz in einem Lösungsmittel wie Wasser gelöst ist. Früher waren Salzschmelzen, bei Kochsalz mit einer Schmelztemperatur von über 800 °C, die einzigen bekannten Beispiele für derartige Flüssigkeiten. Heute sind ionische Flüssigkeiten als Salze definiert, die bei Temperaturen unter 100 °C flüssig sind.
  • Eigenschaften der ionischen Flüssigkeiten sind thermische Stabilität, geringe Entzündlichkeit und vernachlässigbar kleiner Dampfdruck. Durch Modifikation der Ionen ist die Löslichkeit in Wasser oder organischen Lösungsmitteln weitgehend frei bestimmbar. Durch geeigneten Aufbau der Ionen sind flüssigkristalline Eigenschaften einstellbar, was zu besonders guten Schmiereigenschaften führt.
  • Der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund der Flüssigkristalleigenschaften der ionischen Flüssigkeit nur geringe Reibungseffekte auftreten und somit der Wirkungsgrad gegenüber dem Einsatz von herkömmlichen Sperrflüssigkeiten gesteigert wird. Dies führt auch dazu, dass ein Temperaturanstieg infolge von Reibungswärme reduziert wird und somit das Risiko für das Auftreten von Kavitation in den Lagern vermindert wird. Ohnehin wird ein Auftreten von Kavitation durch den geringen Dampfdruck des Fluides weitgehend verhindert. Zudem sind die erfindungemäßen Fluide thermisch stabil, so dass es auch bei hohen Temperaturen nicht zur Verkokung oder Verdampfung kommt.
  • Das eingesetzte Fluid kann sich vollständig aus einer ionischen Flüssigkeit zusammensetzen. Es ist auch möglich, dass mehrere ionische Flüssigkeiten das Fluid bilden. Aus Kostengründen kann es unter Umständen auch vorteilhaft sein, dass nur ein Teil des Fluids aus einer ionischen Flüssigkeit besteht und sich der restliche Anteil aus einer anderen Flüssigkeit, beispielsweise einem Öl, zusammensetzt.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das Fluid auf Magnetismus ansprechende Komponenten auf. Die Komponenten sind magnetisierbar oder besitzen magnetische Eigenschaften. Zweckmäßigerweise sind die Komponenten superparamagnetisch, paramagnetisch oder ferrimagnetisch. Idealerweise sind die Komponenten ferromagnetisch. Von Vorteil ist es, wenn die Komponenten eine permanente Magnetisierung aufweisen. Durch die magnetischen Komponenten hat das Fluid gegenüber Gasen oder herkömmlichen Sperrflüssigkeiten eine signifikant höhere Permeabilität. Dies führt zu einer Verstärkung der elektromagnetischen Wechselwirkungen. Der Wirkungsgrad bei der Übertragung des Drehmoments von dem zweiten auf das erste Antriebsteil wird gesteigert. Zur Übertragung der gleichen Antriebsleistung wird, beim Einsatz des Fluids, beispielsweise durch die Verwendung kleinerer Magnete, eine kompaktere Bauweise ermöglicht.
  • Nach einer Ausgestaltung trennt ein Trennelement die Antriebsteile räumlich voneinander.
  • Als besonders günstig erweist es sich, wenn der gesamte Raum in dem sich eines der Antriebselemente befindet, mit dem Fluid gefüllt ist. Durch eine Wellendichtung wird das Fluid in dem von dem Trennelement begrenzten Raum eingeschlossen.
  • Dabei ist der Einsatz einer Magnetfluid-Dichtung besonders vorteilhaft. Das Magnetfeld der Permanentmagnete wird durch zwei Polschuhe auf einen Bereich um die Welle konzentriert. Das Magnetfeld wirkt einer axialen Verschiebung des Fluids entgegen und hält die Flüssigkeit in dem Raum.
  • Das eingesetzte Fluid ist vorzugsweise nicht mit dem Fördermedium der Pumpe mischbar. Dadurch ist das Fluid als Sperrflüssigkeit in hermetisch gekapselten Magnetkupplungspumpen oder Spaltrohrmotorpumpen einsetzbar.
  • Bei Ausführung der Erfindung als Magnetkupplung wird das Trennelement von einem Spalttopf gebildet. Die Antriebsteile sind dabei die Rotoren der Magnetkupplung. Bei einer Ausführung der Erfindung als Spaltrohrmotor wird das Trennelement von einem Spaltrohr gebildet. Bei dem inneren Antriebsteil handelt es sich in diesem Fall um den Rotor, bei dem äußeren Antriebsteil um den Stator des Spaltrohrmotors.
  • Durch eine Fluidfüllung des Raumes, in dem sich das innere Antriebselement befindet, entfallen aufwendige Regelungen zu Druckregulierung auf beiden Seiten der Wellendichtung. Das Fluid wirkt als inkompressible Sperrflüssigkeit, die ein Eindringen eines externen Mediums in den Raum verhindert. Eine mögliche Druckeinwirkung auf das Fluid wird an das Trennelement beziehungsweise das Gehäuse weitergegeben.
  • Aufgrund einstellbarer Korrosivität der ionischen Flüssigkeiten kann teilweise auch auf teure, hochkorrosionsfeste Werkstoffe und Trennelemente in dem Bereich der ionischen Flüssigkeiten verzichtet werden. Ist dennoch ein Trennelement zur Korrosions- oder Druckabkapselung notwendig, kann im Falle von polymeren Trennelementen die Dicke der Elemente reduziert werden, da aufgrund der geringen Diffusionsneigung der großen lonen die Durchlässigkeit stark minimiert ist.
  • Befindet sich auf der anderen Seite der Wellendichtung ein Gas, so wird durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Fluids zur Füllung des Spalttopfes bzw. des Spaltrohrs ein Verdampfen in den gasseitigen Raum, aufgrund des sehr niedrigen Dampfdrucks von ionischen Flüssigkeiten, verhindert.
  • Die magnetischen Komponenten können in unterschiedlicher Form in der ionischen Flüssigkeit vorliegen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Komponenten als Partikel vorliegen, die in der ionischen Flüssigkeit suspendiert sind. Die Partikelgröße liegt im Nanobereich, vorzugsweise zwischen 1 und 100 nm, wobei sich insbesondere Partikelgrößen im Bereich von 10 nm als günstig erweisen. Sie bestehen aus magnetischen Stoffen wie Magnetit, Ferrit, Mangan, Nickel, Kobalt oder speziellen Legierungen. Die ionische Flüssigkeit fungiert als Trägerflüssigkeit für die magnetischen Partikel. Zusätzlich kann eine oberflächenaktive Substanz, wie beispielsweise Ölsäure, beigefügt werden, die als monomolekulare Schicht an der Oberfläche der Partikel haftet. Die Radikale polarer Moleküle der oberflächenaktiven Substanz stoßen sich gegenseitig ab und verhindern damit ein Verklumpen der Partikel.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die magnetischen Komponenten lonen der ionischen Flüssigkeiten. In diesem Fall ist keine zusätzliche Trägerflüssigkeit erforderlich, da die magnetischen Komponenten selbst Teil der ionischen Flüssigkeit sind. Aufgrund der Ladungseigenschaft von Ionen stoßen sich Komponenten gleicher Ladung automatisch ab, so dass ein Verklumpen verhindert wird, ohne dass zusätzliche Substanzen zugeführt werden müssen. Da die magnetischen lonen Teil der ionischen Flüssigkeit sind, wird eine Entmischung ausgeschlossen und somit eine hohe Lebensdauer des Fluids gewährleistet.
  • Sind die magnetischen Komponenten positiv geladen, sind sie Kationen der ionischen Flüssigkeit. Dabei kann auch nur ein Teil der Kationen der ionischen Flüssigkeit aus magnetischen Komponenten bestehen, während die restlichen Kationen keine magnetischen Eigenschaften besitzen. Um einen starken Einfluss des Magnetfeldes zu gewährleisten, erweist es sich als günstig, wenn sämtliche Kationen der ionischen Flüssigkeit magnetisch sind.
  • Auch die Anionen der ionischen Flüssigkeit können magnetische Komponenten sein. Auch in diesem Fall ist es möglich, dass nur ein Teil der Anionen magnetisch sind, wobei der Einfluss des Magnetfeldes besonders stark ist, wenn sämtliche Anionen der ionischen Flüssigkeit magnetische Eigenschaften besitzen.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind sowohl die Anionen als auch die Kationen der ionischen Flüssigkeit magnetisch.
  • Magnetkräfte, die elektrostatische Anziehung zwischen den lonen und zudem die Unlöslichkeit im Medium stellen drei Faktoren zur Sicherheit gegen ein Austragen des Magnetfluides dar. Sollte es dennoch bei Fehlbelastungen durch Druckschwankungen oder Missbrauch zu einer Leckage des Magnetfluides kommen, kann dieses durch geeignete Sammeleinrichtungen mit Magnetanordnung wie Magnetabscheider gesammelt und dem Antrieb wieder zugeführt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete Kreiselpumpe.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt
    • Fig. 1
    eine Magnetkupplungspumpe,
    Fig. 2
    eine Spaltrohrmotorpumpe,
    Fig. 3
    eine Magnetfluid-Dichtung,
    Fig. 4
    einen Elektromotor mit auf einer ionischen Flüssigkeit basierenden Motorraumfüllung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Magnetkupplungspumpe umfasst ein Pumpengehäuse 1, in welchem ein auf einer Welle 2 befestigtes Laufrad 3 angeordnet ist. Auf der Druckseite wird das Pumpengehäuse 1 durch einen Gehäusedeckel 4 verschlossen. Innerhalb des Gehäusedeckels 4 ist ein Lagergehäuse 5 angeordnet, in dem Gleitlager 6 für die Welle 2 vorgesehen sind. Dem Antrieb der Welle 2 und damit des Laufrades 3 dient ein, in Fig. 1 nicht dargestellter, Elektromotor der an einer Motorwelle 7 angreift. Die Motorwelle 7 ist mittels zweier Kugellager 8 in einem Lagerträger 9 positioniert.
  • Die Motorwelle 7 trägt ein äußeres Antriebsteil 10, das auch als Primärteil der Magnetkupplung bezeichnet wird. Das innere Antriebsteil 11, das auch als Sekundärteil bezeichnet wird, ist fest mit der Welle 2 verbunden. Das innere Antriebsteil 11 ist vom äußeren Antriebsteil 10 durch ein Trennelement 12 räumlich separiert. Bei dem Trennelement 12 handelt es sich um einen Spalttopf. Bei beiden Antriebsteilen 10, 11 handelt es sich um die Rotoren der Magnetkupplung die mit Permantentmagneten bestückt sind. Das äußere Antriebsteil 11 steht mit dem inneren Antriebsteil 10 in einer Wirkverbindung, wobei die magnetische Anziehung zwischen den Polen eine Kupplung bewirkt. Bei beiden Rotoren wechselt die Ausrichtung von Nord- und Südpol von Magnet zu Magnet. Deshalb gibt es bei der Magnetkupplung abwechselnd Nordpol-Südpol- und Südpol-Nordpol-Paare.
  • Das Trennelement 12 umschließt einen Raum 13, den Innenraum des Spalttopfs, in dem sich das innere Antriebsteil 11 befindet. Dieser Raum ist mit einem Fluid 14 gefüllt, das sich zumindest teilweise aus einer ionischen Flüssigkeit zusammensetzt, die magnetische Komponenten aufweist. Das Fluid 14 füllt dabei auch einen Bereich 15 aus, der zwischen den beiden Antriebsteilen 10, 11 liegt.
  • Bei konventionellen Magnetkupplungspumpen unterscheidet man Nassläufer und Trockenläufer. Bei Nassläufern wird Fördermedium durch den Spalttopf geleitet, so dass der Bereich 15 mit Fördermedium gefüllt ist. Bei Trockenläufern befindet sich Luft im Bereich 15 zwischen den beiden Antriebsteilen 10, 11. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Fluid 14 aufgrund seiner magnetischen Komponenten eine signifikant höhere Permeabilität gegenüber Fördermedium oder Luft hat. Dadurch werden die elektromagnetischen Wechselwirkungen verstärkt und der Wirkungsgrad bei der Übertragung des Drehmoments von dem äußeren Antriebsteil 10 auf das innere Antriebsteil 11 gesteigert.
  • Das Fluid 14 ist in dem Raum 13 eingeschlossen, wobei eine Dichtung 16 dafür sorgt, dass kein Fluid 14 aus dem Raum 13 austritt. Bei der Dichtung 16 handelt es sich um eine Magnetfluid-Dichtung, die zwischen der rotierenden Welle 2 und dem feststehenden Lagergehäuse 5 angeordnet ist. Die Magnetfluid-Dichtung ist an der Welle 2 befestigt. Das Fluid 14 füllt dabei auch den Bereich 17 zwischen der Dichtung 16 und dem Lagergehäuse 5 aus. Das Magnetfeld der Dichtung 16 wirkt einer axialen Verschiebung des Fluids 14 entgegen und verhindert ein Austreten des Fluids 14 in den Förderraum 18.
  • Fig. 2 zeigt eine Spaltrohrmotorpumpe. In einem Pumpengehäuse 1 ist auf einer Welle 2 ein Laufrad 3 befestigt. Auf der Druckseite wird das Pumpengehäuse 1 durch einen Gehäusedeckel 4 verschlossen, an den sich das Motorgehäuse 19 anschließt. Im Motorgehäuse 19 befindet sich ein äußeres Antriebselement 10, das den Stator des Motors bildet. Ein inneres Antriebsteil 11 ist fest mit der rotierenden Welle 2 verbunden und bildet den Rotor.
  • Die Antriebsteile 10, 11 sind durch ein Trennelement 12 räumlich separiert. Das Trennelement 12 ist das Spaltrohr des Motors. In einem Bereich 15, zwischen den Antriebsteilen 10, 11, befindet sich erfindungsgemäß das magnetisch ionische Fluid 14. Das Fluid 14 ist einem Raum 13 eingeschlossen in dem das innere Antriebsteil 11 angeordnet ist. Eine Dichtung 16 ist zwischen der rotierenden Welle 2 und dem feststehenden Motorgehäuse 19 angeordnet. Die Dichtung 16 ist dabei am Motorgehäuse 19 befestigt. Bei der Dichtung 16 handelt es sich um eine Magnetfluid-Dichtung. Der Bereich 17, zwischen Dichtung 16 und Welle 2, ist ebenfalls mit dem Fluid 14 gefüllt. Das Magnetfeld der Dichtung 16 verhindert ein Austreten des Fluids 14 in den Förderraum 18.
  • Fig. 3 zeigt eine Magnetfluid-Dichtung. Zwischen einer rotierenden Welle 2 und einem feststehenden Bauteil besteht ein Spalt 20. An dem feststehenden Bauteil ist eine Magnetfluid-Dichtung befestigt. Die Magnetfluid-Dichtung besteht aus einem Permanentmagneten 21, der zwischen zwei Polringen 22 platziert ist. In dem Bereich 17 zwischen der Magnetfluid-Dichtung und der rotierenden Welle 2 befindet sich das erfindungsgemäße Fluid 14, das auch den Raum 13 ausfüllt. Das Magnetfeld der Permanentmagnete 21 wird durch zwei Polschuhe 22 auf einen Bereich um die Welle 2 konzentriert. Das Magnetfeld wirkt auf die magnetischen Komponenten des Fluids 14 und verhindert dadurch ein Austreten des Fluids 14.
  • Fig. 4 zeigt einen als Asynchronmotor gestalteten Elektromotor mit einem auf einer Welle 2 befestigtem ersten Antriebsteil 11, das den Rotor des Motors bildet, und mit einem zweiten Antriebsteil 10, das den Stator des Motors bildet. Der Stator 10 besitzt eine Wicklung 26. Bei dem Rotor 11 handelt es sich um einen Käfigläufer mit Kurzschlussringen 27 und Käfigstäben 28. Zwischen Stator 10 und Rotor 11 befindet sich eine ionische Flüssigkeit 14 als Motorraumfüllung. Permanentmagnete 21 verhindern eine axiale Verschiebung der ionischen Flüssigkeit 14.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Antrieb einer Welle (2), insbesondere für eine Kreiselpumpe, mit einem ersten Antriebsteil (11), insbesondere einem auf einer Welle (2) befestigten inneren Antriebsteil, und einem zweiten Antriebsteil (10), das mit dem ersten Antriebsteil (11) in Wirkverbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich in einem Bereich (15) zwischen den beiden Antriebsteilen (10, 11) ein Fluid (14) befindet, das sich zumindest teilweise aus einer ionischen Flüssigkeit zusammensetzt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (14) magnetische Komponenten aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennelement (12) die Antriebsteile (10, 11) räumlich voneinander separiert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trennelement (12) um den Spalttopf und bei den Antriebsteilen (10, 11) um die Rotoren einer Magnetkupplung handelt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trennelement (12) um das Spaltrohr, bei dem ersten Antriebsteil (11) um den Rotor und bei dem zweiten Antriebsteil (10) um den Stator eines Spaltrohrmotors handelt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Raum (13), in dem sich eines der Antriebsteile (10, 11) befindet, von dem Fluid (14) ausgefüllt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (14) in dem Raum (13) eingeschlossen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtung (16), die zwischen relativ zueinander bewegten Bauteilen, (2, 5 / 2, 19) angeordnet ist, ein Austreten des Fluids (14) aus dem Raum (13) verhindert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) als Magnetfluid-Dichtung ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fluid (14) zumindest ein Teil der Ionen der ionischen Flüssigkeit magnetische Komponenten sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Anionen der ionischen Flüssigkeit magnetische Komponenten sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kationen der ionischen Flüssigkeit magnetische Komponenten sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fluid (14) zumindest ein Teil der magnetischen Komponenten Partikel sind, die in der ionischen Flüssigkeit suspendiert sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ausgetragenes Fluid über eine Abscheidevorrichtung gesammelt wird.
  15. Kreiselpumpe gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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