[0001] Die Erfindung betrifft einen magnetischen Pumpenantrieb, mit
- einem von einem Motor angetriebenen Treiber,
- einem von dem Treiber umfassten Läufer, mit dem das Pumpenlaufrad verbunden ist, wobei
Treiber und Läufer mit sich gegenüberliegenden Magneten besetzt sind, und
- einem feststehenden, aus einem Außentopf und einem Innentopf gebildeten Spalttopf,
der den Läufer umschließt, auf seiner Innenseite mit dem Fördermedium der Pumpe in
Verbindung steht, gegenüber dem Pumpengehäuse abgedichtet ist, und durch den die Kraft
der Magnete zur Bewirkung des Antriebes von dem Treiber auf den Läufer hindurchgeht,
wobei
- der Außentopf und der Innentopf an ihren offenen Stirnseiten derart miteinander verbunden
sind, dass ein Zwischenraum zwischen dem Außentopf und dem Innentopf gegenüber dem
Fördermedium der Pumpe abgedichtet ist.
[0002] Derartige Pumpenantriebe sind seit langem bekannt. Sie haben sich in der chemischen,
insbesondere petrochemischen Industrie sowie in der Reaktortechnik als zuverlässig
und betriebssicher erwiesen, wenn es darum geht, eine Wellendichtung herkömmlicher
Art zu vermeiden. Infolge der eingangs genannten Pumpenantriebe sind nur noch statische
Dichtungen vorhanden, die problemlos beherrscht werden und kein Risiko bezüglich eines
ungewollten Flüssigkeitsaustritts bergen.
[0003] Aus Gründen eines guten Wirkungsgrades müssen die sich gegenüberliegenden, einander
anziehenden Magnete des Treibers und des Läufers nah aneinander angeordnet sein, wobei
hier Fertigungstoleranzen und vor allen Dingen Sicherheitsüberlegungen eine Rolle
spielen. Im Ergebnis ist zwischen den sich gegenüberliegen Permanentmagneten in der
Regel ein Abstand von ca. 4 mm vorhanden, wobei dieser sogenannte Luftspalt von dem
zylindrischen Teil des Spalttopfes durchzogen wird, welcher in der Regel eine Dicke
von 1-2 mm aufweist.
[0004] Bei Lagerschäden am Treiber und am Läufer sowie bei unvorhergesehenem Feststoffbefall
des Fördermediums kann es immer wieder vorkommen, dass der Spalttopf beschädigt wird,
so dass das bis dahin unter Abdichtung gehaltene Fördermedium ins Freie gelangt Dieser
Gefahr wird bekanntermaßen dadurch begegnet, den Spalttopf doppelwandig auszubilden,
bzw. zwischen zwei sich berührenden Spalttöpfen einen luftgefüllten oder evakuierten
Zwischenraum, insbesondere ein Wegenetz vorzusehen, wobei an dem Zwischenraum, bzw.
an das Wegenetz jeweils eine Anzeigevorrichtung anschließbar ist, mit deren Hilfe
eine Druckänderung und damit eine Beschädigung feststellbar ist.
[0005] Bei den bekannten magnetischen Pumpenantrieben, von denen einer in der
EP 0 286 822 B1 beschrieben ist, werden systembedingt in dem Spalttopf Wirbelströme induziert, die
in dem metallischen Material des Spalttopfes in Wärme umgesetzt werden. Insbesondere
bei großvolumigen Pumpen kann zwar die im Innentopf anfallende Wärme über das zu fordernde
Medium abgeführt werden. Die im Außentopf erzeugte Wärme kann jedoch nicht ausreichend
über die den Außentopf umgebende Atmosphäre abgeleitet werden. Ferner ist auch die
Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Innentopf und dem Außentopf infolge der luftgefüllten
oder evakuierten Zwischenräume, insbesondere im Falle eines vorhandenen Wegenetzes
unter ungünstigen Umständen, nicht ausreichend, um die in dem Außentopf anfallende
Wirme über den Innentopf an das zu fordernde Medium abzugeben. Infolgedessen kommt
es bei übermäßiger Erwärmung zu Verformungen des Außentopfes, die zu einer Beschädigung
der Pumpe führen.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Pumpenantrieb der eingangs
genannten Art bereitzustellen, bei dem auch die in dem Außentopf erzeugte Wärme zuverlässig
abgeführt wird.
[0007] Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen magnetischen Pumpenantrieb mit dem Merkmalen
des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des magnetischen Pumpenantriebs sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Kennzeichnend für den erfindungsgemä-βen magnetischen
Pumpenantrieb ist die Anordnung eines flüssigen Mediums in dem Zwischenraum zwischen
dem Außentopf und dem Innentopf. Ein flüssiges Medium ist im Rahmen der Anmeldung
dabei jedes Medium, das eine ausreichende Viskosität besitzt, wie z. B. Flüssigkeiten
oder pastöse Massen, um selbstständig oder unter Druck in den oder die Zwischenräume
zu gelangen. Als Zwischenräume werden dabei alle Bereiche des Spalttopfs zwischen
dem Außentopf und dem Innentopf angesehen, an denen diese nicht aneinander anliegen.
Dies kann sowohl aufgrund der vorhandenen Oberflächenrauhigkeiten, als auch aus einer
gewählten Anordnung und/oder Ausgestaltung der einander zugewandten Kontaktflächen
des Außen- und Innentopfes resultieren. Die Anordnung des flüssigen Mediums in den
Zwischenräumen erhöht die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Außentopf und Innentopf
und gewährleistet so, daß - auch bei großvolumigen Pumpen - die gesamte im Betrieb
der Pumpe im Außentopf anfallende Wärme zuverlässig über den Innentopf an das zu fördernde
Medium abgegeben werden kann. Somit wird einer Beschädigung der Pumpe in Folge von
wärmebedingten Verformungen des Spalttopfes wirksam vorgebeugt. Dabei kann auf eine
kostenintensive Oberflächenbearbeitung des Außen- und Innentopfes zur Erhöhung der
Wärmeleitfähigkeit verzichtet werden. An ihren offenen Stirnseiten sind der Innentopf
und der Außentopf derart miteinander verbunden, bspw. verklebt oder verschweißt, dass
das flüssige Medium nicht aus dem Zwischenraum austreten kann.
[0008] Unter den o. g. Voraussetzungen kann das zu verwendende flüssige Medium grundsätzlich
frei gewählt werden, wobei anwendungsspezifisch unterschiedliche Medien zum Einsatz
kommen können. Falls die Zwischenräume allein aufgrund der Oberflächenrauhigkeit des
Innen- und Außentopfes resultieren, empfiehlt sich die Verwendung eines sehr fließfähigen
flüssigen Mediums, wohingegen im Falle des Bestehens von definierten Zwischenräumen
auch flüssige Medien mit einem geringeren Fließverhalten oder pastöse Massen verwendbar
sind. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die verwendeten
flüssigen Medien eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit auf, wobei insbesondere wärmeleitfähige
Öle sich durch ihre besondere Fließfähigkeit und ihre hohe Wärmeleitfähigkeit von
mehr als 1
w/
mκ auszeichnen, wodurch eine besonders gute Wärmeabfuhr gewährleistet wird.
[0009] Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, unabhängig von der Ausgestaltung der Kontaktflächen
des Außen- und Innentopfes, an den mit dem flüsigen Medium gefüllten Zwischenraum
eine Anzeigevorrichtung anzuschließen, mit deren Hilfe, bspw. durch eine Überwachung
des Drucks im Zwischenraum, eine Beschädigung des Innen- oder Außentopfes feststellbar
ist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung berühren sich der Außentopf
und der Innentopf zumindest im Bereich der zylindrischen Mantelfläche und innerhalb
dieser Berührzone ist ein den Zwischenraum bildendes Wegenetz in die sich berührenden
Flächen eingelassen. Ein definiertes Wegenetz ermöglicht dabei eine besonders zuverlässige
Feststellung von Beschädigungen des Innen- oder Außentopfs, insbesondere von Druckänderungen.
Beschädigungen sind besonders früh und mit hoher Zuverlässigkeit feststellbar, wobei
insbesondere FehIalarmen in besonderer Weise vorgebeugt wird.
[0010] Ein besonders wirkungsvolles und statisch günstiges Wegenetz ergibt sich dann, wenn
nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Wegenetz in die Innenseite
des Außentopfes eingelassen ist. Insbesondere wenn das Wegenetz aus einer in den Spalttopf
eingeschnittenen Wendel besteht, welche vorzugsweise am offenen Ende des doppelschaligen
Spalttopfs in einen von außen zugänglichen ersten Anschluß zum Befüllen des Wegenetzes
mit dem flüssigen Medium mündet. Da Beschädigungen, insbesondere des Innentopfs, vornehmlich
als sich vertiefende Riefungen auf einer Kreisbahn auftreten, besteht bei der Verwendung
einer Wendel als Wegenetz eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, daß mindestens eine Stelle
der Wendel bei einer Beschädigung des Innentopfes erfasst wird. Das ermöglicht mit
Hilfe einer Überwachung des Wegenetzes mit einer grundsätzlich beliebig ausgebildeten
Vorrichtung zur Feststellung einer Beschädigung des Innen- oder Außentopfs, insbesondere
über eine Druckabfragung die Auslösung eines sofortigen Alarms.
[0011] Grundsätzlich stellt bereits die gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehene
Verwendung eines ersten Anschlusses eine komfortable Befüllmöglichkeit des Zwischenraums
bzw. des Wegenetzes dar. Darüber hinaus kann dieser Anschluß nach dem Befüllen zur
Anordnung einer Vorrichtung zur Feststellung einer Beschädigung des Innen- oder Außentopfes,
insbesondere Druckmesseinrichtung verwendet werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist der Zwischenraum, insbesondere das Wegenetz, mit einem von außen
zugänglichen zweiten Anschluss zur Abfuhr des flüssigen Mediums aus dem Wegenetz und/oder
zur Entlüftung des Wegenetzes verbunden, wobei der zweite Anschluss vorzugsweise an
dem dem ersten Anschluss gegenüberliegenden Ende des Wegenetzes angeordnet ist.
[0012] Grundsätzlich reicht bereits die statische Anordnung des flüssigen Mediums aus, um
eine ausreichende Wärmeleitung aus dem Außentopf zu gewährleisten. Die Anordnung eines
zweiten Anschlusses, welcher zur Entlüftung verwenbar ist, so dass ein besonders einfaches
Befüllen durch den ersten Anschluss möglich ist, kann jedoch auch dazu genutzt werden,
um einen Kühlkreislauf aufzubauen, bei dem das flüssige Medium durch das Wegenetz
zirkuliert und dabei anfallende Wärme abtransportiert. Dies kann insbesondere dann
von Vorteil sein, wenn wider Erwarten die durch die Anordnung des flüssigen Mediums
erreichte Wärmeleitfähigkeit in speziellen Anwendungsfällen nicht ausreicht, um sämtliche
Wärme aus dem Außen- und/oder Innentopf abzuführen.
[0013] Im Falle der Verwendung als Entlüftungsöffnung kann der zweite Anschluss, wie auch
der erste Anschluss, zur Aufnahme einer Vorrichtung zur Feststellung von Beschädigungen
des Spalttopfs, insbesondere einer Druckmesseinrichtung verwendet werden. Falls keine
solche Vorrichtung vorgesehen ist, können die Anschlüsse, wie auch im Falle der Verwendung
eines einzigen Anschlusses, nach dem Befüllen der Zwischenräume versiegelt werden.
[0014] Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zwischenraum,
insbesondere das Wegenetz, mit einem von außen zugänglichen dritten Anschluss zum
Anschluss einer Vorrichtung zur Feststellung von Beschädigungen des Innen- oder Au-βentopfs,
insbesondere zur Druckmessung im Wegenetz und/oder einem von außen zugänglichen vierten
Anschluss zur Reinigung des Zwischenraums, insbesondere des Wegenetze, verbunden.
Die Anordnung eines separaten Anschlusses für eine Anzeigevorrichtung ermöglicht es,
diese, bspw. eine Druckmesseinrichtung unabhängig von der Ausgestaltung des Anschlusses
zu wählen, da Anschlusskompatibilitäten unberüclaichtigt bleiben können. Überdies
kann dieser dritte Anschluss im Falle der vorteilhafterweise vorzusehenden Zirkulation
des flüssigen Mediums zum Anschluss der Anzeigevorrichtung verwendet werden, wenn
eine Überwachung des Innen- und Außentopfes nicht bereits an der die Zirkulation bewirkenden
Vorrichtung erfolgt.
[0015] Grundsätzlich kann eine Spülung des Zwischenraums durch den ersten, zweiten oder
dritten Anschluss erfolgen, wobei eine Spülung dann erforderlich ist, wenn in Folge
eines Lecks das zu fördernde Medium in den Zwischenraum gelangt ist und aus diesem
herausbefördert werden muss, bevor die Pumpe geöffnet werden kann. Dies ist insbesondere
dann zwingend erforderlich, wenn das zu fördernde Medium toxische Eigenschaften besitzt.
Die Anordnung eines separaten vierten Anschlusses gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung
ermöglicht eine besonders gute Anpassung an die an den vierten Anschluss anzuschließende
Reinigungsvorrichtung.
[0016] Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- eine Querschnittsansicht durch einen magnetischen Pumpenantrieb mit einem doppelschaligen
Spalttopf.
[0017] Das in der Fig. 1 wiedergegebene Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt ein Kupplungsgehäuse
1, an dem in der Regel das nicht näher dargestellte Pumpengehäuse mit Hilfe von Zugankern
befestigt ist. Innerhalb des Pumpengehäuses rotiert ein Laufrad 2, das mit Hilfe einer
Welle 3 mit einem Innenläufer 8 verbunden ist. Die Welle 3 und der Innenläufer 8 bilden
einen integralen Bestandteil. Die Welle 3 ist mit Hilfe eines Axiallagers 4 und mit
Hilfe seitlicher Axiallagerscheiben 5 unmittelbar hinter dem Laufrad 2 gelagert, während
der Läufer 8 mit Hilfe eines gesonderten Radiallagers geführt ist, das aus einem umlaufenden
Lagerring 6 und einem feststehenden Lagerring 7 besteht
[0018] Innerhalb des Kupplungsgehäuses 1 ist ein Treiber 10 drehbar gelagert, der mit Hilfe
einer Wellenmutter 9 auf einer nur partiell dargestellten Welle gesichert ist. Der
Treiber 10 hat eine glockenförmige Gestalt, und innerhalb der Höhlung befindet sich
ein doppelschaliger Spalttopf 11, der wiederum glockenartig den Läufer 8 übergreift.
Auf der Außenseite des Läufers 8 sowie auf der Innenseite des Treibers 10 sind Permanentmagnete
12 paarweise angebracht, wobei sich, bezogen auf jeweils den Treiber 10 oder den Läufer
8, die magnetischen Polungen abwechseln. Es liegen sich also ein Südpol des Treibers
10 und ein Nordpol des Läufers 8, daneben ein Nordpol des Treibers 10 und ein Südpol
des Läufers 8 gegenüber usw. Mit Hilfe dieser Permanentmagnete 12 wird die Antriebskraft
von einem, hier nicht dargestellten Elektromotor über den Treiber 10 auf den Läufer
8 und damit auf das Pumpenrad 2 übertragen.
[0019] Der doppelschalige Spalttopf 11 besteht aus einem Außentopf 15 sowie aus einem Innentopf
16, die ineinandergesteckt sind und in ihren zylindrischen Bereichen aneinander anliegen.
Dies kann auch unter Vorspannung erfolgen. Im Bodenbereich ist ein Abstand zwischen
beiden Töpfen 15 und 16 vorhanden, der wenige zehntel Millimeter beträgt, also geringer
ist als in der Fig. 1 dargestellt In dem zylindrischen Mantelbereich des Außentopfes
15 sowie des Innentopfes 16 befindet sich eine in die Innenseite des Außentopfes 15
eingeschnittene bzw. eingeprägte Wendel 17, die in einen sammelkammerartigen Ringraum
18 mündet. Sie ist soweit ausgeprägt, daß der Zwischenraum zwischen den beiden Böden
der Töpfe 15, 16 in strömungsleitender Verbindung mit der Wendel 17 steht. Zu dem
Ringraum 18 führt eine Bohrung 19, die wiederum Verbindung zu einem Anschluss 20 hat
An diesen Anschluss 20 können eine Leitung zum Befüllen der Wendel und des Ringraums
mit einem flüssigen Medium angeschlossen werden. Nach der Befüllung kann der Anschluss
20 zum Anschluss eines Manometers, eines Flüssigkeitsfühlers oder anderer Druckmesseinrichtungen
verwendet werden, die eine Überwachung der Unversehrtheit beider Töpfe 15, 16 in der
Weise bewirken, dass immer dann ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Wendel 17 bzw.
der Zwischenraum zwischen den Böden Verbindung mit dem Fördermedium (beschädigter
Innentopf 16) bzw. mit der Atmosphäre (beschädigter Außentopf 15) bekommt
[0020] Die Wendel 17 kann annähernd beliebig gestaltet werden, solange eine ausreichende
Wärmeleitung über das in der Wendel 17 angeordnete flüssige Medium und eine ausreichende
Kontrollfunktion möglich ist. Für eine ausreichende sichere Überwachung reicht eine
Tiefe von wenigen zehntel Millimetern aus, während die Steigung so gewählt werden
sollte, dass einerseits eine gute Erfassung aller Flächenbereiche vorhanden ist, andererseits
jedoch der Außentopf 15 nicht unnötig geschwächt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind sowohl der Außentopf 15 als auch der Innentopf 16 in der Lage, den Betriebsdruck
der Pumpe allein zu widerstehen, so daß bei der Beschädigung des einen der beiden
Töpfe 15, 16 keine Berstgefahr besteht
[0021] Statt der Wendel 17 können auch andere Formen zur Durchdringung des Zwischenraums
zwischen beiden Töpfen bzw. zur Abfragung des Zwischenraumes zwischen den Böden verwirklicht
werden. Z. B. können Längsriefen gleichmäßig um den Umfang verteilt sein, zwischen
denen darüber hinaus in Umfangsrichtung Querverbindungen geschaffen werden können
und in denen das flüssige Medium angeordnet ist Es kommt lediglich darauf an, dass
der Zwischenraum zwischen den beiden Töpfen im wesentlichen in seiner Gesamtheit erfasst
wird und mit einem flüssigen Medium gefüllt ist und die Schwächung des doppelschaligen
Spalttopfs insgesamt möglichst gering ist.
1. Magnetischer Pumpenantrieb, mit
- einem von einem Motor angetriebenen Treiber (10),
- einem von dem Treiber (10) umfassten Läufer (8), mit dem das Pumpenlaufrad (2) verbunden
ist, wobei Treiber (10) und Läufer (8) mit sich gegenüberliegenden Magneten (12) besetzt
sind, und
- einem feststehenden, aus einem Außentopf (15) und einem Innentopf (16) gebildeten
Spalttopf (11), der dem Läufer (8) umschließt, auf seiner Innenseite mit dem Fördermedium
der Pumpe in Verbindung steht, gegenüber dem Pumpengehäuse (1) abgedichtet ist, und
durch den die Kraft der Magnete (12) zur Bewirkung des Antriebes von dem Treiber (10)
auf den Läufer (8) hindurchgeht, wobei
- der Außentopf (15) und der Innentopf (16) an ihren offenen Stirnseiten derart miteinander
verbunden sind, dass ein Zwischenraum zwischen dem Außentopf (15) und dem Innentopf
(16) gegenüber dem Fördermedium der Pumpe abgedichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Außentopf (15) und dem Innentopf (16) ein flüssiges Medium angeordnet
ist, das derart ausgebildet ist, dass es den Zwischenraum zwischen dem Außentopf (15)
und dem Innentopf (16) ausfüllt.
2. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
3. Magnetischer Pumpenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssiges Medium wärmeleitfähige Öle verwendbar sind.
4. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Außentopf (15) und der Innentopf (16) zumindest im Bereich der zylindrischen
Mantelflächen berühren und innerhalb der Berührzone ein den Zwischenraum bildendes
Wegenetz (17) in die sich berührenden Flächen eingelassen ist.
5. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegenetz (17) in den Außentopf (15) eingelassen ist.
6. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegenetz (17) aus einer in den Spalttopf (15, 16) eingeschnittenen Wendel (17)
besteht.
7. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum, insbesondere das Wegenetz (17) mit mindestens einem von außen zugänglichen
ersten Anschluss (20) zum Befüllen des Wegenetzes (17) mit dem flüssigen Medium verbunden
ist.
8. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum, insbesondere das Wegenetz (17) mit einem von außen zugänglichen
zweiten Anschluss zur Abfuhr des flüssigen Mediums aus dem Wegenetz und/oder zur Entlüftung
des Wegenetzes (17) verbunden ist, der vorzugsweise an dem den ersten Anschluss (20)
gegenüberliegenden Ende des Wegenetzes (17) angeordnet ist.
9. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum, insbesondere das Wegenetz (17) mit einem von außen zugänglichen
dritten Anschluss zum Anschluss einer Vorrichtung zur Feststellung von Beschädigungen
des Innen- oder Außentopfes, insbesondere zur Druckmessung im Wegenetz (17) und/oder
einem von außen zugänglichen vierten Anschluss zur Reinigung des Zwischenraums, insbesondere
des Wegenetzes (17) verbunden ist.
10. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Anschluss (20) insbesondere am dritten Anschluss eine Vorrichtung zur Druckmessung
angeschlossen ist.
11. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegenetz (17) in eine Sammelkammer (18) mündet, die über ein Bohrung (19) mit
dem ersten Anschluss (20) verbunden ist
12. Magnetischer Pumpenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Außentopfes (15) zur alleinigen Beherrschung des Betriebsdrucks
ausreicht und die Wanddicke des Innentopfs (16) im Wesentlichen frei wählbar ist.