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Die Erfindung betrifft eine Pumpe
mit einer an ein Fördermedium
grenzenden nichtmetallischen Fläche,
aufweisend eine Welle, die an einem förderseitigen Stück ein Fördermittel
zur Förderung
eines flüssigen
Fördermediums
in einem Förderraum
aufweist und an einem an triebsseitigen Stück einen Förderrotor zum Antrieb des Fördermittels
aufweist, wobei mittels einer Magnetkupplung eine magnetische Kopplung
des Förderrotors
und eines Antriebsrotors über
einen sich zwischen Förderrotor
und Antriebsrotor erstreckenden Spaltraum bewirkt ist. Die Erfindung
betrifft weiter ein Verfahren zur Bereitstellung eines Kreislaufs
eines Fördermediums
bei einer Pumpe mit einer an einem Fördermedium grenzenden nichtmetallischen
Fläche,
welche Pumpe eine Welle aufweist, die an einem förderseitigen Stück ein Fördermittel
aufweist mittels dem ein flüssiges
Fördermedium
in einem Förderraum
gefördert
wird und an einem antriebsseitigen Stück einen Förderrotor aufweist, mittels
dem das Fördermittel
angetrieben wird, wobei mittels einer Magnetkupplung eine magnetische
Kopplung des Förderrotors
und eines Antriebsrotors über
ein sich zwischen Förderrotor
und Antriebsrotor erstreckenden Spaltraum bewirkt wird.
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Magnetkupplungspumpen der obengenannten
Art weisen üblicherweise
eine je nach Bedarf gestaltete Pumpenhydraulik, eine Gleitlagerung
der Welle und eine magnetische Kupplungseinheit auf. Üblicherweise
erzeugen Permanentmagnete mit in Umfangsrichtung wechselnder Polarität über den Spaltraum
hinweg ein Magnetfeld, dessen Anziehungskraft durch Scherung eine
Umfangskomponente erhält
und so ein Drehmoment zwischen Antriebsrotor und Förderrotor überträgt. Somit
wird das Fördermittel über die
Welle bei Betrieb der Pumpe gedreht. Üblicherweise ist die Welle
in Gleitlagern gelagert. Diese werden im Normalfall von der Förderflüssigkeit
gespült.
Ebenso induziert das rotierende Magnetfeld vor allem bei metallischen
Teilen Wirbelströme.
Um die dadurch hervorgerufene Wärme
abzuführen
und um die Lager zu schmieren, wird ein Teil des Förderstroms
der Pumpe abgezweigt und durch die Antriebseinheit geleitet. Sinnvoll
ist hierbei eine Zwangsdurchströmung
der Lager und des Spaltraums. Andernfalls wird nämlich bei Trennung des Teilstroms
in einen jeweils separaten Kühl-
und Schmierstrom die Aufteilung von vielen Randbedingungen abhängig sein,
so daß es
Betriebszustände geben
könnte,
die den Schmierstrom oder aber die Kühlung des Spaltraums nicht
ausreichend sicherstellen würden.
Der Teilstrom, welcher die Zwangsdurchströmung der Lager und des Spaltraums
bewirken soll und auf den im folgenden als "Kreislauf' Bezug genommen
ist, wird dem Förderstrom
der Pumpe an einer geeigneten Stelle wieder zugeführt. Dabei
ist das Kavitationsverhalten der Pumpe zu beachten. Die Erwärmung des Kreislaufs
sowie die Störung
der Hauptströmung
des Fördermediums
im Förderraum könnten sich
negativ auswirken. Desweiteren ergeben sich eine ganze Reihe von
Schwierigkeiten zur Bereitstellung des genannten Kreislaufs für das Fördermedium
zwischen Förderraum
und Spalt-raum, je nach Bau und Konstruktionsweise einer Magnetkupplungspumpe.
Ein erhebliches Problem stellen Feststoffe dar, die im Fördermittel
geführt
sind und sich bei nachteiliger Gestaltung des Kreislaufs leicht zwischen
den Lagern und im Spaltraum festsetzen können.
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Eine erste Bauweise von Magnetkupplungspumpen
sieht im wesentlichen metallische Teile vor und somit entsprechend
auch metallische an das Fördermedimm
grenzende Freiflächen.
Eine solche Magnetkupplungspumpe aus Metall gemäß dem Stand der Technik ist
zur weiteren Veranschaulichung in 1 dargestellt.
Der Kreislauf für
das Fördermedium
zwischen Förderraum
und Spaltraum ist bei einer solchen Magnetkupplungspumpe aus Metall,
insbesondere mittels einer Pumpenhohlwelle bereitgestellt, über welche
der Teilstrom des Fördermediums
im Kreislauf wieder dem Hauptstrom des Fördermediums im Förderraum
zugeführt
wird. Dies erlaubt eine ausreichende Kühlung und/oder Schmierung der
Gleitlager für
die Welle sowie der in der Nähe
der Magnetkupplung befindlichen Teile. Metallpumpen haben somit
zwar grundsätzlich
eine vorteilhafte Kühlmittelzirkulation,
andererseits wird bei einer Metallpumpe eine ganz enorme Wärmemenge durch
Wirbelstromverluste in Metallteilen erzeugt. Somit muß auch ein
entsprechend umfangreich dimensionierter Kreislauf für einen
Teilstrom des Fördermediums
bereitgestellt werden, um diese Wärmemenge abzuführen. Insbesondere
muß eine
große Menge
des Teilstroms über
Bohrungen zum Teil gezielt in den Spaltraum oder angrenzende Räume geleitet
werden, damit die Wärmemenge
ausreichend abgeführt
werden kann.
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Dies hat erhebliche Nachteile, da
Pumpen der obengenannten Art zum Teil mit erheblichen Feststoffmengen
beladene Fördermedien
zu fördern haben.
Solche Feststoffe können
den Kreislauf bei Metallpumpen leicht verstopfen, insbesondere da
der Kreislauf aufgrund der anfallenden Wärmemenge umfangreich dimensioniert
und über
die genannten Bohrungen entsprechend filigran ausgebildet sein sollte.
Eine Schmierung und/oder Kühlung
der Lager und/oder der Magnetkupplung könnte ausfallen, was schlimmstenfalls
zur Zerstörung
der Pumpe führen könnte. Werden
mit einer Magnetpumpe feststoffbeladene Medien gefördert, ist
deshalb in der Regel eine extern zugeführte Kühl- und Schmierflüssigkeit erforderlich.
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Außerdem sollen Magnetkupplungspumpen in
der Regel chemisch aggressive Fördermedien
fördern.
Magnetkupplungspumpen aus Metall sind zur Förderung solcher Medien nur
schlecht geeignet, da die an das Fördermedium grenzenden metallischen Freiflächen nicht
ausreichend korrosionsbeständig sind.
Eine Kunststoffisolierung einer Hohlwelle bei einer Metallpumpe
wäre rein
theoretisch möglich,
ist fertigungstechnisch aber unrealistisch. Denn metallische Freiflächen müßten gegen
aggressive flüssige Medien
in der Regel mit einer Schicht von wenigstens 3 bis 4 mm Kunststoff
isoliert werden. Dies führt
zu untragbaren Nachteilen bei Konstruktion, Fertigung und Betrieb
der Pumpe.
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Gemäß dem Stand der Technik sind
deshalb Magnetpumpen aus Kunststoff vorgesehen. Eine solche Pumpe
gemäß dem Stand
der Technik ist zur weiteren Veranschaulichung in 2 gezeigt. Eine solche Pumpe weist an
das Fördermedium
grenzende nichtmetallische Flächen
auf. Insbesondere sind Laufrad, Pumpenrotor und Welle einer solchen Kunststoffpumpe
zwar im Kern aus Metall gefertigt, aber kunststoffummantelt. Bei
einer Kunststoffpumpe ist eine Hohlwelle konstruktiv und fertigungstechnisch
von erheblichem Nachteil. Es würde
nämlich kein
ausreichend großes
Drehmoment übertragen werden
können.
Die Anbringung des Fördermittels an
die Welle erfolgt bei Kunststoffpumpen durch mittige Verschraubung
an der Welle, was ein weiterer Hinderungsgrund für eine Holwelle ist. Andererseits ist
bei Kunststoffpumpen eine Vollwelle vorgesehen, um einen ausreichend
großen
Drehmomentübertrag zu
gewährleisten.
Eine Hohlwelle wäre
bei einer Kunststoffpumpe zwar theoretisch möglich. Jedoch müßte ein
Außengewinde
für ein
Laufrad angebracht werden, das damit nicht drehrichtungsunabhängig wäre. Weiterhin
müßten die
metallischen Bauteile (Laufrad/Pumpenwelle/Bohrung der Pumpenwelle) abgedichtet
werden.
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Aufgrund einer fehlenden Hohlwelle
kann somit bei Kunststoffpumpen bisher keine zielgerichtete Führung des
Fördermediums
in einem weiteren Kreislauf zwischen Förderraum und Spaltraum bereitgestellt
werden. Dies bedeutet in der Regel keinen oder nur einen ungenü genden Flüssigkeitsaustausch im
antriebsseitigen Teil der Pumpe. Zwar ist eine Kunststoffpumpe gemäß dem Stand
der Technik unanfällig
gegenüber
chemisch aggressiven Fördermedien,
jedoch ist sie aufgrund des fehlenden Kreislaufs für das Fördermedium
zwischen Förderraum
und Spaltraum sehr anfällig
gegenüber
Verstopfungen der Flüssigkeitszuführung zum
antriebsseitigen Teil der Pumpe.
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Ein aus dem Stand der Technik gemäß der
EP 0 664 400 B1 bekannter
Versuch einer Lösung des
Problems ist eine Kunststoffpumpe, die eine Hohlwelle aus Keramik
aufweist. Eine solche Pumpe ist zur weiteren Veranschaulichung in
3 dargestellt. Zwar mag
eine solche Pumpe einen ausreichenden Kreislauf des Fördermediums
zu gewährleisten,
doch kann sie über
die keramische Hohlwelle nur begrenzte Drehmomente übertragen.
Ein Drehmoment ist nicht nur aufgrund der Hohlwelle an sich, sondern
erst recht dadurch begrenzt, daß eine
Keramik inhärent
eine gewisse Sprödigkeit
aufweist, so daß eine
Keramikwelle nicht wie eine Metallwelle belastbar ist.
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Gemäß der
US 5,641,275 und der
US 5,997,264 ist eine Magnetkupplungspumpe
allgemein beschrieben. Merkmale einer Kunststoffpumpe sind dort
nicht offenbart. Die darin beschriebene Magnetkupplungspumpe weist
eine stationäre,
stehende Achse auf, welche vorzugsweise aus einer Keramik gefertigt
ist und dabei an der Oberfläche
eine Anzahl von Kerben oder Nuten trägt. Die Kerbe oder Nut bei
den genannten US-Anmeldungen befindet sich an der Oberfläche der
stationären
Achse im Bereich der Lagerung der Achse und kann dabei erhebliche Probleme
machen. Eine stationäre
Achse bei Kunststoffpumpen ist ebenfalls mit gewissen Nachteilen verbunden.
Die bei den genannten US-Anmeldungen vorgesehene Nut oder Kerbe
dient vor allem dem Austrag von im Fördermittel enthaltenen Feststoffen, welche
sich bei den in den US-Anmeldungen vorgeschlagenen Fördermittelkreislauf
besonders leicht im Spalttopfraum ansammeln können. Gemäß dem in
12 der
US 5,641,275 dargestellten
Förderkreislauf
wird nämlich ähnlich wie
im Stand der Technik (
2 der
US 5,641,275 und der
US 5,997,264 ) ein Fördermittel über einen
relativ breiten Kanal (Bezugszeichen
154,
152 der
12 und Bezugszeichen
52 der
2) zum Spalttopfraum geführt. Eine Zuführung von
Fördermittel über einen
relativ breiten Kanal sieht zwangsläufig auch eine freie Zufüh rung von
Feststoffen in den Spalttopfraum vor, was insbesondere bei mit erheblichen
Anteilen an Feststoffen beladenen Fördermitteln sehr nachteilig
ist. Im Falle einer stationären
Achse, wie bei der
US 5,641,275 und
der
US 5,997,264 , werden
einmal in den Spalttopfraum gelangte Feststoffe zudem nicht sofort
aufgrund einer Fliehkraft in die äußeren Bereiche des Spalttopfraumes
befördert.
Eine solche Fliehkraft könnte
sich einstellen, wenn eine drehende Welle verwendet würde. Im
Falle der genannten US-Anmeldungen handelt es sich jedoch um eine
stehende, stationäre
Achse, so daß sich
die im Spaltraum ansammelnden Feststoffe bei einer Pumpe gemäß den genannten
US-Anmeldungen auch im mittleren Bereich des Spalttopfraumes ansammeln
und dort verbleiben. Bei der in den US-Anmeldungen vorgesehenen
stationären
Achse ist deshalb eine Anzahl von Nuten oder Kerben zum Austrag
solcher Feststoffe vorgesehen. In hohem Maße im Spalttopfraum verbleibende
Feststoffe könnten
nämlich
entweder die Magnetkupplung im Bereich des Spaltraums oder erst
recht eine Lagerung der Welle im Bereich des Gleitlagerspaltes beschädigen.
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Bei Kunststoffpumpen gemäß dem Stand
der Technik besteht somit das Problem, einen ausreichend hohen Drehmomentübertrag
bei gleichzeitig permanenter und zuverlässiger Kühlmittelzirkulation zu gewährleisten.
Dabei besteht vor allem das Problem, das Einbringen von Feststoffen
in den Kreislauf der Kühlmittelzirkulation
zu unterbinden. Dies war bisher nicht möglich, da eine Hohlwelle für Kunststoffpumpen
ungeeignet ist.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung
an, deren Aufgabe es ist, eine Pumpe und ein Verfahren anzugeben,
mittels dem ein ausreichend hoher Drehmomentübertrag zwischen Förderrotor
und Fördermittel bei
gleichzeitig ausreichend zuverlässigem
Kreislauf des Fördermediums
zwischen Förderraum
und Spaltraum zur Verfügung
gestellt ist. Die Pumpe sollte dabei effektiv und hinreichend günstig herzustellen sein.
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Betreffend die Vorrichtung wird die
Aufgabe durch die Erfindung mittels einer Pumpe mit einer an ein
Fördermedium
grenzenden nichtmetallischen Fläche
der eingangs genannten Art gelöst,
bei der erfindungsgemäß mittels
eines außerhalb
der Welle liegenden ersten Durchlasses und eines innerhalb der Welle
liegende zweiten Durchlasses ein Kreislauf für das Förder medium zwischen Förderraum
und Spaltraum bereitgestellt ist, wobei der zweite Durchlaß außerhalb
der Wellenmitte verläuft.
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Im folgenden wird unter Kunststoffpumpe
vor allem eine Pumpe verstanden, bei der der wesentliche Teil der
an das Fördermedium
grenzenden Flächen
nichtmetallischer Art sind. Bei den genannten Flächen handelt es sich also um
Flächen,
die gegen das Fördermedium
mittels Kunststoff isoliert sind, da es sich sonst um metallische
und somit korrosionsanfällige
Freiflächen
gegen das Fördermedium
handeln würde.
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Unter einer Welle im Sinne dieser
Anmeldung ist vorzugsweise ein drehbares Haltemittel im allgemeinen
Sinn zu verstehen. Das Haltemittel kann sowohl eine drehbare Welle
als auch jedes weitere drehbare Mittel sein, das sich zum Halten
eines Fördermittels
an einem förderseitigen
Stück und
eines Förderrotors
an einem antriebsseitigen Stück
des Mittels eignet. Vorteilhaft erfolgt der Antrieb des Fördermittels über das
drehbare Haltemittel, welches hier als Welle bezeichnet ist.
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Unter einer Welle kann auch eine
stehende, stationäre
Achse verstanden werden. Dies hat jedoch bestimmte Nachteile hinsichtlich
der Konstruktion der Pumpe und dem erwähnten Kreislauf für das Fördermedium
zwischen Förderraum
und Spaltraum. Diese Nachteile könnten
bei Bedarf in Kauf genommen werden.
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Eine Magnetkupplung kann mittels
einer geeigneten Art von Magneten, z. B. Permanent- oder Elektromagneten,
zur Verfügung
gestellt werden.
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Die wesentliche Erkenntnis der Erfindung liegt
darin, einen Kreislauf für
das Fördermedium
zwischen Förderraum
und Spaltraum über
einen zweiten außerhalb
der Wellenmitte verlaufenden Durchlaß zur Verfügung zu stellen. Ein mittiger
Durchlaß,
wie er bei einer Hohlwelle vorhanden ist, ist theoretisch auch bei
der genannten Kunststoffpumpe möglich, zum
Beispiel zusätzlich
zum zweiten Durchlaß.
Dies würde
allerdings einige der im Zusammenhang mit einer Kunststoffpumpen
des Standes der Technik, insbesondere der Kunststoffpumpe mit Ke ramikhohlwelle,
genannten Nachteile aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe
ist die Wellenmitte also vorteilhaft ausgefüllt, d.h. nicht hohl. Statt
dessen verläuft
der zweite Durchlaß außerhalb
der Wellenmitte.
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Dies hat eine ganze Reihe von erheblichen Vorteilen.
So ist vor allein der oben ausgeführte scheinbare Widerspruch
zwischen ausreichend hohem Drehmomentübertrag und gleichzeitig zuverlässigen Kreislauf
des Fördermediums
aufgehoben. Bei der hier vorgeschlagenen Kunststoffpumpe ist eine zielgerichtete
und permanente Flüssigkeitszirkulation gewährleistet.
Dies wird mittels dem vorteilhaft gestalteten Kreislauf erreicht.
Darüber
ist auch eine gegebenenfalls vollständige und permanente Entgasung
des Spaltraumes und angrenzender Räume möglich. Die vorgeschlagene Pumpe
ist vor allem unempfindlich gegenüber feststoffbeladenen Fördermedien
und gleichzeitig resistent in den an das Fördermedium grenzenden Flächen, sollte
es sich um ein chemisch aggressives Fördermedium handeln, d. h. die
Pumpe kann insbesondere auch feststoffbeladene Medien auf vorteilhafte
Weise fördern.
Eine externe Gleitlagerspülung
oder eine Fremdschmierung ist dabei nicht notwendig. Der Kreislauf
des Fördermediums
zwischen Förderraum
und Spaltraum arbeitet auch bei feststoffbeladenen Fördermedien
zuverlässig.
Deshalb entfällt
auch zusätzlicher
Aufwand für externe
Schmier- und Kühlflüssigkeit.
Außerdem
ist aufgrund des zweiten außermittig
liegenden Durchlasses eine drehrichtungsunabhängige formschlüssige Drehmomentübertragung
zwischen Förderrotor und
Fördermittel
möglich.
Die Anordnung des zweiten Durchlasses innerhalb der Welle hat zur
Folge, daß die
Oberfläche
der Welle vor allem glatt und des weiteren auch für ein Gleitlager
auf besonders vorteilhafte Weise zur Lagerung ausgebildet sein kann.
Des weiteren erweist sich auch die Konstruktion der Pumpe hinsichtlich
ihrer Herstellung und ihrer Abmessungen als vorteilhaft. Insbesondere
können
für die
vorgeschlagene Pumpe die Abmessungen einer Chemie-Normpumpe beibehalten
werden.
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Betreffend des Verfahrens wird die
Aufgabe durch die Erfindung mittels einem Verfahren der eingangs
genannten Art gelöst,
bei dem erfindungsgemäß das Fördermedium
mittels eines außerhalb
der Welle liegenden ersten Durchlasses und mittels eines innerhalb
der Welle lie genden zweiten Durchlasses in einem Kreislauf zwischen
Förderraum
und Spaltraum geführt
wird, wobei der zweite Durchlaß außerhalb
der Wellenmitte verläuft.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
des vorgeschlagenen Verfahrens weist der erste Durchlaß ein erstes
Druckgefälle
vom Förderraum
zum Spaltraum auf und der zweite Durchlaß ein zweites Druckgefälle vom
Spaltraum zum Förderraum
auf, so daß das
Fördermedium
bei Betrieb der Pumpe permanent zirkulierend zwangsgeführt wird.
Die Zwangsführung
ist auf eine besonders effektive Fördermittelführung ausgelegt, wobei aber
eine Eintrag von Feststoffen in den Kreislauf unterbunden wird. Insbesondere
schmiert und/oder kühlt
das Fördermedium
zusätzlich
das Gleitlager und/oder die Magnetkupplung. Feststoffe können, wenn überhaupt,
nur durch den Gleitlagerspalt eindringen. Dieser ist eng ausgelegt,
läßt also,
wenn überhaupt
nur kleinste Feststoffe durch. Diese werden zerrieben und mit dem
Kühl- und
Schmierstrom aus der Pumpe ausgeschleust.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
vorgeschlagenen Pumpe sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Diese geben
im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten
hinsichtlich der Ausbildung des zweiten Durchlasses, der Welle und
der Ausbildung des antriebsseitigen Teils der Pumpe im Bereich des
Spaltraums und der Magnetkupplung an. Die hier genannten und weiteren
das vorgeschlagene Konzept verwirklichenden Merkmale vergrößern die
obengenannten Vorteile und verwirklichen darüber hinaus weitere vorteilhafte
Verbesserungen.
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Betreffend die Gestaltung des ersten
und zweiten Durchlasses ist es besonders vorteilhaft, daß der erste
Durchlaß in
Form einer ersten Anzahl von Kanälen
und/oder der zweite Durchlaß in
Form einer zweiten Anzahl von Kanälen gebildet ist. Die Ausgestaltung
der Durchlässe
innerhalb der Welle ergibt sich je nach Konstruktion der speziellen
Pumpenform und berücksichtigt
dabei die zu kühlenden
und/oder schmierenden Stellen der Pumpe. Insbesondere erweist es
sich als vorteilhaft, wenn der zweite Durchlaß in Form einer Bohrung ausgebildet
ist. Dieser hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und läßt sich
dann besonders leicht fertigen. Es könnte auch zusätzlich eine
Nut vorgesehen sein, oder zusätzlich
auch eine Halbbohrung an der Oberfläche der Welle. Selbstverständlich können auch
andere Formen eines zweiten Durchlasses gewählt werden, wenn sich diese
für eine
Anwendung als günstig
erweisen. So kann sich auch ein halbkreisförmiger oder elliptischer oder
halbelliptischer oder auch eckiger zweiter Durchlaß je nach
Bedarf als günstig
erweisen. Der zweite Durchlaß ist
günstigerweise
geradlinig entlang einer axialen Richtung innerhalb der Welle aber
außerhalb
der Wellenmitte geführt.
Es kann sich aber auch je nach Bedarf ein helixförmiger oder beliebig gekrümmt verlaufender
zweiter Durchlaß innerhalb
der Welle als günstig
erweisen.
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Der erste Durchlaß weist vorteilhaft einen Kanal
auf welcher in einem Gleitlagerspalt zwischen einem Gleitlager und
der Welle verläuft,
insbesondere in einem Gleitlagerspalt zwischen einem Gleitlager und
einem äußeren Teil
der Welle verläuft.
Diese Maßnahme
führt bei
dieser besonders bevorzugten Weiterbildung der vorgeschlagenen Pumpe
dazu, daß selbst
bei mit hohem Feststoffanteil belasteten Fördermedien ein möglicher
Feststoffeintrag in den Spalttopfraum weitestgehend unterbunden,
jedenfalls drastisch reduziert wird. Der Gleitlagerspalt wirkt aufgrund
seiner räumlichen
Begrenzung bei dieser besonders bevorzugten Weiterbildung der vorgeschlagenen
Pumpe praktisch wie ein Filter für
das Fördermedium.
Während
Ausführungsformen
im Stand der Technik bekannt sind, bei denen ein Spalttopfraum vom
Punkt des höchsten
Drucks im Förderbereich
einer Pumpe aus über
einen Kanal frei zugänglich
ist, so ist bei dieser besonders bevorzugten Weiterbildung der vorgeschlagenen
Pumpe der Spalttopfraum im wesentlichen vom Förderraum der Pumpe abgeschirmt.
Diese konstruktive Maßnahme betreffend
die Anordnung des ersten Durchlasses im Gleitlagerspalt zwischen
Gleitlager und Welle bewirkt also, daß zum einen zwar eine ausreichende
Fördermittelzirkulation
in den Spalttopfraum gegeben ist, zum anderen aber ein Eintrag von
Feststoffen drastisch reduziert wird. Sollten trotzdem Feststoffe
in den Gleitlagerspalt eindringen können, so sind diese so klein,
daß sie
leicht im Gleitlager zerrieben werden. Das Lager ist vorteilhaft
für eine
derartige mechanische Belastung ausgelegt. Sollten solche zerriebenen
Bestandteile von Feststoffen in den Spalttopf gelangen oder sollte
es sich bei einem Fördermedium
um ein leicht polymerisierendes oder sich verdickendes Fördermedium
handeln, so besteht aufgrund der bei der vorgeschlagenen Pumpe vorzugsweise
zu verwendenden drehenden Welle keine Gefahr der Ablagerung im Spalttopfraum.
Ablagerungen oder sonstige Festsetzungen im Spalttopfraum werden
bei der vorgeschlagenen Pumpe unterbunden, da alle festeren oder dickflüssigeren
Bestandteile aufgrund einer drehenden Welle im Spalttopfraum aufgrund
der von der drehenen Welle erzeugten Fliehkraft sofort nach außen getragen
werden. Gemäß der besonders
bevorzugten Weiterbildung der vorgeschlagenen Pumpe ist also ein
erster Durchlaß zum
Transport des Fördermittels
in den Spalttopfraum eher klein, jedenfalls kleiner als der zweite Durchlaß, dimensioniert.
Dagegen ist der zweite Durchlaß innerhalb
und außermittig
der Welle eher groß dimensioniert,
jedenfalls größer als
der erste Durchlaß.
Dies bewirkt, daß nach
außen
getragene Bestandteile leicht wieder aus dem Spalttopfraum herausgedrückt werden.
Ein Feststoffeintrag in den Spalttopfraum wird also praktisch unterbunden,
jedenfalls drastisch reduziert, und ein Feststoffaustrag erfolgt
besonders leicht. Aufgrund dieser besonders bevorzugten Ausbildung
der Erfindung kann eine Feststoffansammlung im Spalttopfraum praktisch nicht
erfolgen.
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Betreffend die Ausbildung der Welle
erweist es sich als vorteilhaft, daß die Welle durch ein inneres Teil
und durch ein äußeres Teil
gebildet ist. Im Prinzip könnten
das genannte innere und äußere Teil,
je nach Bedarf, beliebig gestaltet und segmentiert werden. Insbesondere
erweist es sich jedoch als vorteilhaft, wenn das äußere Teil
in Form einer Hülse
oder Ummantelung gebildet ist, also das innere Teil vollständig umfänglich umgibt.
Besonders bevorzugt ist, das innere Teil mittig innerhalb dem äußeren Teil
anzuordnen. Grundsätzlich
erlaubt es die mehrteilige Ausführung
der Welle, nämlich
den zweiten Durchlaß im äußeren Teil
anzuordnen. Auf diese Weise bräuchte
eine Anbringung des zweiten Durchlasses in einer Vollwelle nämlich nicht
notwendigerweise vorgenommen werden, sondern es könnte ein äußeres Teil
mit einem solchen zweiten Durchlaß angefertigt werden. Das äußere Teil
wäre dann
nur noch mit dem inneren Teil fertigungstechnisch zur Bildung der Welle
zusammenzusetzen. Das äußere Teil
könnte aus
Keramik und/oder Kunststoff gebildet sein.
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Bei Bedarf ist es auch möglich, für den zweiten
Durchlaß zusätzlich oder
alternativ Kanäle
in einer Vollwelle vorzusehen, d.h. in einer Welle, die nicht mehrteilig
aufgebaut ist.
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Die genannte mehrteilige Ausbildung
der Welle erlaubt es, die Welle auf vorteilhafte Weise mittels einem
Gleitlager zu lagern, und zwar insbesondere an einem äußeren Teil,
wie oben erläutert
mittels dem Gleitlager. Das Gleitlager ist dabei über eine Hülse und
eine Buchse gebildet. Die Welle ist in den Lagerbuchsen gehalten
. Die Buchsen sind vorteilhaft an einer Gehäusewand gehalten. Es könnte beispielsweise
das äußere Teil
auf vorteilhafte Weise für ein
Gleitlager ausgebildet sein. Das äußere Teil ist vorzugsweise
aus einem für
die Gleitlagerung besonders geeigneten Werkstoff hergestellt. Neben
den genannten Keramik- oder Kunststoffmaterialien könnten dies
auch besonders harte Werkstoffe wie Carbide oder Sinterwerkstoffe
sein. Dies erweist sich als besonders günstig, wenn Feststoffe im Gleitlagerspalt
zwischen Gleitlager und Welle zerrieben werden sollen. So erweist
es sich auch als günstig,
daß der
zweite Durchlaß in
der Welle entlang einer axialen Ausdehnung im Bereich des Gleitlagers
verläuft, insbesondere
ist günstigerweise
der Verlauf auf den Bereich beschränkt. Des weiteren erlaubt die
mehrteilige Ausbildung der Welle auch, daß der innere Teil auf besonders
günstige
Weise für
eine Momentenübertragung
zwischen Förderrotor
und Fördermittel ausgelegt
ist. So erweist es sich als vorteilhaft, daß das innere Teil ein Metall-Teil
ist. Dies erlaubt günstigerweise
eine Momentenübertragung
zwischen Förderrotor
und Fördermittel
mittels Formschluß über das
Metall-Teil zum Antrieb des Fördermittels über die
Welle.
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Das vorgeschlagene Konzept erlaubt
insbesondere, daß das
Fördermittel
mittig an der Welle befestigt ist. Günstigerweise ist das Fördermittel
drehrichtungsunabhängig
befestigt, beispielsweise mit einer Innensechskantschraube. Dies
hat erhebliche Vorteile im Vergleich zu einer Befestigung am Außenrand
der Welle, wie dies bei eine Hohlwelle notwendig geworden wäre.
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Betreffend den antriebsseitigen Teil
der vorgeschlagenen Pumpe ist insbesondere vorgesehen, daß sich antriebsseitig
eine Trennwand in den Spaltraum erstreckt. Insbesondere wird die
Trennwand von einem Teil eines Spalttopfes gebildet, der sich teilweise
zwischen Förderrotor
und Antriebsrotor in den Spaltraum erstreckt, den Förderrotor
umgibt und einen Spalttopfraum umfaßt. Dabei erweist es sich als
günstig,
daß der
erste Durchlaß einen
Kanal aufweist, welcher im Bereich des Spaltraums verläuft. Vorteilhaft
bildet ein Teil des Spaltraums einen Teil des ersten Durchlasses.
Dieser Teil des ersten Durchlasses umfaßt also den Raum, der sich
zwischen der Trennwand und dem Förderrotor
erstreckt. Ebenso erweist es sich als gün stig, daß der zweite Durchlaß einen
Kanal aufweist, welcher im Förderrotor
verläuft.
Vor allein ist es günstig,
daß der
Kreislauf für
das Fördermedium
den Spalttopfraum umfaßt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der
Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben.
Diese soll die Ausführungsbeispiele
nicht maßstäblich darstellen,
vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter
und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen
der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den
einschlägigen
Stand der Technik verwiesen.
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Insbesondere ist zu berücksichtigen,
daß vielfaltige
Modifikationen und Änderungen
betreffend Form und Details einer Ausführungsform vorgenommen werden
können,
ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in
der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung wesentlich sein. Die allgemeine Idee der Erfindung
ist nicht beschränkt auf
die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen
Ausführungsform
oder beschränkt
auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den
Ansprüchen
beanspruchten Gegenstand.
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Während
sich die Erfindung als besonders nützlich für eine bestimmte Art von Magnetkupplungspumpen
erweist, anhand solcher sie im folgenden im Detail beschrieben wird,
so ist dabei zu beachten, daß die
Erfindung auch im Rahmen einer Reihe von anderen Magnetkupplungspumpen
angewendet werden kann. So kann die Erfindung z. B. auch auf eine
Spaltrohrpumpe übertragen
werden, bei der anstatt Permanentmagnete Elektromagnete verwendet
werden. Weiterhin können
Magnetkupplungspumpen auch eine Achse anstelle einer Welle aufweisen.
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Im einzelnen zeigen die Figuren der
Zeichnung in
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1 eine
metallische Magnetkupplungspumpe gemäß dem Stand der Technik mit
einem Kreislauf für
das Fördermedium
zwischen Förderraum
und Spaltraum, wie er lediglich für metallische Magnetkupplungspumpen
günstig
ist;
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2 eine
Kunststoff-Magnetkupplungspumpe gemäß dem Stand der Technik, mit
einer Vollwelle, wie sie vor allem zur Gewährleistung eines ausreichenden
Drehmomentübertrags
und der Anbringung des Fördermittels
an der Welle günstigerweise
vorgesehen ist, was jedoch einen ausreichenden Kreislauf des Fördermediums
verhindert;
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3 eine
Kunststoff-Magnetkupplungspumpe mit einer keramischen Hohlwelle,
die zwar einen Kreislauf für
das Fördermedium
zur Verfügung stellt,
jedoch nur einen begrenzten Drehmomentübertrag und eine aufwendige
Anbringung eines Fördermittels
und eines Förderrotors
erlaubt;
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4 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Kunststoff-Magnetkupplungspumpe gemäß des vorgeschlagenen Konzepts
mit ausreichendem Drehmomentübertrag
und besonders günstigem Kreislauf
des Fördermediums;
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5 die
gleiche Ausführungsform
der 4 mit dargestelltem
Kreislauf.
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1 zeigt
eine Kreiselpumpe 1 mit permanentmagnetischer Kupplung 2 aus
Metall. Diese weist eine Antriebswelle 3 auf, welche über einen Motor 4 (symbolisch
dargestellt) angetrieben und auf einem Radialkugellager 5 gelagert
ist. Auf dieser Antriebswelle sitzt ein Antriebsrotor 6,
welcher hier als Außenrotor
ausgebildet ist. Über
die permanentmagnetische Kupplungseinheit 2 ist eine magnetische Drehkopplung
des Antriebsrotors zum Förderrotor 7 gebildet,
welcher auch als Pumpenrotor bezeichnet wird, und hier als Innenrotor
ausgebildet ist. Das heißt
der Antriebsrotor ist außenliegend
und der Förderrotor
ist innenliegend. Die Drehkopplung wird über einen sich zwischen Förderrotor
und Antriebsrotor erstreckenden Spaltraum 8 hinweg bewirkt.
Dazu ist als Teil der Magnetkupplung auf dein Antriebsrotor ein
erster Permanentmagnet 9 und auf dem Förderrotor ein zweiter Permanentmagnet 10 vorgesehen.
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Im Stillstand stehen sich ungleichnamige Pole
der Permanentmagnete 9 und 10 gegenüber. Wird
ein Moment auf den treibenden Magneten 9 aufgebracht, so
verdreht sich dieser um einen Winkel φ gegenüber dem angetriebenen Rotor 10 bis
ein Luftspaltmoment gleich einem Lastmoment ist. Der Momentenverlauf
entspricht aufgrund der Drehbewegung einer Sinusfunktion und erreicht
seinen Maximalwert mit der Maximalamplitude der Sinusfunktion. Dieser
Maximalwert wird häufig
als statisches oder als Abrißmoment
bezeichnet. Der übliche
Ausnutzungsgrad dieser Kupplungen liegt bei 70 % dieses Abrißmoments.
Dies ist jedoch stark von Anfahrbedingungen, Antriebsart und physikalischen
Eigenschaften des Mediums abhängig.
Wird der dem Maximalmoment entsprechende maximale Winkel überschritten,
so stehen sich in zunehmendem Maße gleichnamige Polflächen gegenüber. Die
kraftübertragenden
Feldlinien werden entsprechend abgestoßen und zum Nachbarpol des
gleichen Rotors gelenkt. Stehen sich die gleichnamigen Polflächen vollends
gegenüber,
so reißt
die Kupplung ab. Als Folge bleibt der Pumpenrotor 10 stehen,
während
der Motor mit etwas Leerlaufleistung den Antriebsrotor 9 dreht.
Der Motor einer solchen Pumpe muß üblicherweise nach dem Abschalten
zum Stillstand kommen, um die Pumpe wieder in Betrieb nehmnen zu
können.
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In den Spaltraum 8 erstreckt
sich der sogenannte Spalttopf 11 mit seinen Wandungen 11a und 11b.
Auf diese Weise wird der vom Fördermedium durchflossene
Bereich der Pumpe vom trockenen Bereich der Pumpe getrennt. Das
Fördermedium 12 ist
in 1 durch Pfeile in
Flußrichtung
gekennzeichnet. Mit Drehung des Förderrotors wird auch ein auf diesem
angebrachtes Fördermittel 13 gedreht,
welches das Fördermedium 12 in
einem Förderraum 14 in
Förderrichtung 15 bewegt.
Neben diesem Hauptförderstrom
im Förderraum 14 wird,
vorzugsweise nahe am Punkt 16 des höchsten Druckes im Förderraum
ein Teilstrom 17 des Fördermediums
abgezweigt und der Kreislauf für
das Fördermedium
zwischen Förderraum 14 und
Spaltraum 8 bereitgestellt. Aufgrund des Druckgefälles wird
das Fördermedium im
Teil strom 17 zunächst
in Richtung des Spalttopfraumes 18 durch den Spaltraum 8 zwangsgeführt und
anschließend über die
Hohlwelle 19 mittig zur Achse 20a entlang der
Richtung 21 in den Förderraum 14 zurückgeführt. Auf
diese Weise ist ein zwangsgeführter
Kreislauf gebildet, der eine permanente Kühlung und/oder Schmierung der
Lager 22 der Welle sowie auch der Magnetkupplung 2 gewährleistet.
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Aufgrund der kontaktlosen Kupplung
eignen sich derartige Pumpen grundsätzlich zur Förderung von
flüssigen,
insbesondere wäßrigen und
chemisch aggressiven Medien, die aber nicht mit Feststoffen belastet
sein dürfen.
Bei einer metallischen Pumpe, wie sie in
1 dargestellt ist, läßt sich zwar die Welle
19 vorteilhafterweise
als Hohlwelle ausbilden, da diese Welle metallisch gefertigt ist.
Jedoch haben metallische Pumpen
1 den Nachteil, daß sie sich
gegenüber
chemisch aggressiven Medien nur als unzureichend korrosionsbeständig erweisen.
Außerdem muß eine große Menge
des Teilstroms
17 über
Bohrungen (hier nicht dargestellt) gezielt in den Spalttopfraum
18 geleitet
werden, damit die in hohem Maße
in den metallischen Teilen aufgrund der hohen Wirbelstromverluste
entstandene Wärmemenge
abgeführt wird.
Damit können
Feststoffe leicht in den Spalttopfraum
18 gelangen. Feststoffe
im Fördermedium
müssen
bei metallischen Pumpen in der Regel, und wie auch in der
US 5,641,275 und
5,977,264 , vermieden werden,
denn sie verschließen
die Bohrungen für
die Spülflüssigkeit
17 im
Kreislauf. Die Schmierung der Gleitlager 22 fällt dann aus, was die Pumpe
1 erheblich
beschädigen
kann.
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Alternativ dazu ist deshalb gemäß dem Stand
der Technik eine Kunststoffpumpe 2 vorgesehen, welche im
wesentlichen ähnlich
wie eine metallische Pumpe 1 der 1 aufgebaut ist und nach dem gleichen
Prinzip funktioniert. Aus diesem Grund sind einander in ihrer Wirkung
entsprechende Teile aufgrund der im wesentlichen gleichen Funktion
mit den gleichen Bezugszeichen versehen, obwohl diese unterschiedlich
ausgebildet sein können.
Der wesentliche Unterschied zu allen mit dem Fördermedium in Berührung kommenden
Teilen ist nämlich,
daß diese
bei einer Kunststoffpumpe keine metallische Freifläche gegenüber dem
Fördermedium
aufweisen. Ein solches Teil, wie zum Beispiel Laufrad und Pumpenrotor
kann zwar aus Metall gefertigt sein, ist dann aber kunststoffummantelt.
Diese Teile sind womöglich auch
aus Kunststoff als Vollmaterial gebildet. Jedenfalls ist ein metallisches
Teil in der Regel durch einen geeigneten Werkstoff gegenüber dem
Fördermedium
isoliert. Die Isolierung ist in 2 insbesondere als Überzug 23a auf
der Welle 23 dargestellt. Eine solche Pumpe wird deshalb
auch als Kunststoffpumpe bezeichnet, wenn der wesentliche Teil der
mit dem Fördermedium
in Berührung
kommenden Flächen der
Pumpe gegenüber
dem Fördermedium
isoliert ist. Das heißt,
die metallischen Bauteile einer solchen Pumpe, soweit vorhanden,
sind vor dem Fördermedium
geschützt.
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Im Unterschied zu der metallischen
Pumpe 1 der 1 weist
die Kunststoffpumpe 20 der 2 keine
Hohl- sondern eine Vollwelle 23 auf. Diese ist über eine
Gleitlagerhülse 24 und
eine Gleitlagerbuchse 25 gegenüber dem Gehäuse 26 der Pumpe gelagert.
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Des weiteren kann im Unterschied
zu der metallischen Pumpe 1 der 1 bei der Kunststoffpumpe 20 der 2 das Laufrad 13 und
der Förderrotor 7 auf
die Welle 23 geschraubt werden. Bei der vorliegenden Pumpe 20 der 2 ist der Förderrotor 7 und
die Welle 23 einteilig gefertigt und das Laufrad 13 ist
aufgeschraubt. Ebenso könnte
auch das Laufrad 13 einteilig an der Welle 23 geformt
sein. In vielen Fällen
ist jedenfalls eine Verschraubung vorteilhaft, so daß sich eine
Hohlwelle bisher als nachteilig bei einer Kunststoffpumpe erweist.
Auch bei Kunststoffpumpen wird üblicherweise
ein Teil 17 des Förderstroms 12, 15 nahe
einem Punkt des höchsten
Druckes 16 abgenommen und über relativ breite Kanäle 27 in
den Gleitlagerspalt und in den Spaltraum 8 und in den Spalttopfraum 18 eingespeist.
Aufgrund eines fehlenden Durchlasses in der Welle 23 kann
jedoch keine zielgerichtete permanente Flüssigkeitszirkulation wie bei
einer metallischen Pumpe 1 erreicht werden, da wie oben
erläutert,
eine Hohlwelle bei einer Kunststoffpumpe zu erheblichen Nachteilen
führen würde. Dies
bedeutet, daß kein
oder nur ein ungenügender
Flüssigkeitsaustausch
im Spalttopfraum 18 über
das Fördermedium
möglich
ist. Feststoffe können
leicht eingebracht werden und lagern sich ab. Weiterhin können keine
Gaseinschlüsse
aus dem Spalttopfraum abgeführt
werden. Alternativ werden als Abhilfe zum Teil zusätzliche
Entlüftungsbohrungen
(hier nicht gezeigt) am obersten Punkt des Spalttopfes 11 angebracht.
Auch darüber
ist allerdings eine Flüssigkeitszirkulation
nicht möglich.
Allenfalls ermöglicht
dies eine teilweise Entgasung des Spalttopfraumes. Außerdem dürfen sich
keine Feststoffe im Fördermedium
befinden. Sie verschließen
enge Kanäle
für das
Fördermediumn,
das hier als Spülflüssigkeit
dient. Die Schmierung der Gleitlager 24, 25, gegebenenfalls
auch die Kühlung
der Kupplung 2, ist gefährdet
oder fällt
sogar aus. Eingedrungene Feststoffpartikel können erst recht nicht mehr
den Spalttopfraum 18 verlassen und reichern sich dort an.
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Die hohe Korrosionsbeständigkeit
bei chemischen aggressiven Fördermedien
ist im Falle einer Kunststoffpumpe jedoch von Vorteil und sollte
genutzt werden.
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Abhilfe wird teilweise durch eine
Kunststoffpumpe 30 der 3 geschaffen.
Hier sind wieder Bauteile mit gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen
versehen, obwohl die Bauteile anders ausgebildet sein können. Im
Unterschied zur metallischen Pumpe der 1 sind die entsprechenden Teile der Pumpe 30 der 3 zur verbesserten Resistenz
freiliegender Flächen
gegenüber
dein Fördermedium
entweder aus Keramik oder Kunststoff gefertigt. Notwendigerweise
metallische Teile sind isoliert, was allerdings nicht dargestellt
ist.
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Insbesondere ist bei der Kunststoffpumpe 30 eine
Hohlwelle 29 aus Keramik mit einem mittigen Durchlaß 30 vorgesehen.
Das Drehmoment des vom Antriebsrotor 6 angetriebenen Förderrotors 7 über die
Magnetkupplung 2 wird über
eine Wellennabenverbindung 31, zum Beispiel eine Paßfeder aus Kunststoff, übertragen.
Die Schmierung der Gleitlager 24, 25 erfolgt wie
bei der metallischen Pumpe 1 der 1. Somit ist prinzipiell eine Zirkulation
des Fördermediums
zur Spülung
und Schmierung des antriebsseitigen Teils der Pumpe vorteilhaft
gelöst, da
eine Rückführung mittels
des mittigen Durchlasses 32 in der keramischen Welle 29 der
Kunststoffpumpe 3 vorgesehen ist.
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Um eine Schmierung zu ermöglichen
oder Beschädigung
der Gleitlager zu vermeiden, sieht die
US 5,641,275 und die
US 5,997,264 eine Nut oder Kerbe an
der Oberfläche
einer keramischen stationären
Achse vor.
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Ein entscheidender Nachteil der Pumpe 30 und
der Pumpen der US-Schriften ist jedoch, daß keramische Werkstoffe immer
eine gewisse Sprödigkeit aufweisen,
so daß eine
keramische Welle 29 der Pumpe 30 und anderer keramischer
Pumpen nur ein sehr begrenztes Drehmoment zwischen Förderrotor 7 und
Laufrad 13 übertragen
kann. Zudem ist bei den vorgenannten Pumpen wie auch üblicherweise
die Paßfeder
aus Kunststoff. Eine Paßfeder
aus Kunststoff ist plastisch und kann ebenfalls nur ein begrenztes
Drehmoment übertragen.
Eine sichere formschlüssige
Verbindung ist nicht möglich.
Dies gilt insbesondere bei zunehmendem Drehmoment und bei höheren Temperaturen.
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Damit stellt die Alternativpumpe 30 zwar
eine vorteilhafte Fördermediumszirkulation
zur Verfügung (Pfeile
in der 3), ihr mangelt
es jedoch an einem ausreichenden Drehmomentübertrag.
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In 4 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Pumpe 40 mit einer an ein Fördermedium grenzenden nichtmetallischen
Fläche,
also eine Kunststoffpumpe 40, dargestellt. Diese weist
eine über
Radialkugellager 41 gelagerte Antriebswelle 42 auf,
welche einen Antriebsrotor 43 mit Permanentmagneten 44 trägt. Dieser
ist magnetisch an einen Förderrotor 45 mit
weiteren Permanentmagneten 46 drehgekoppelt. Der Förderrotor 45 sitzt
auf einer mehrteilig ausgeführten
Welle 47. Die Drehkopplung erfolgt über die Permanentmagnete 44 und 46 über den
Spaltraum 48 hinweg. In den Spaltraum hinein erstreckt
sich der Spalttopf 49.
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Die Welle weist ein inneres Teil 47a und
ein äußeres Teil 47b auf.
Das innere Teil 47a ist metallisch ausgebildet, das äußere Teil 47b als
Lagerhülse mit
einer Zirkulationsbohrung 50. Die Zirkulation des Fördermediums
wird im weiteren in bezug auf 5, welche
die gleiche bevorzugte Ausführungsform
der Kunststoffpumpe zeigt, erläutert.
Die Gleitlagerung wird bei der bevorzugten Ausführungsform über die Lagerhülse 47b und
Lagerbuchsen 51 bewirkt. Darüber hinaus ist die Welle mit
einer Zentrierung 52 gehalten und mit einem Axiallager 53 gesichert.
Das Laufrad 54 der Pumpe 40 ist über eine
mittige Sechskantinnenschraube 55 am inneren Teil 47a der
Welle 47 drehrichtungsunabhängig fixiert. Das innere Teil 47a ist
für einen
ausreichenden Drehmomentenübertrag
und zur ausreichenden Fixierung des Laufrads metallisch gefertigt.
Das Laufrad bewirkt die Förderung
des Fördermediums 56 im
Förderraum 57 eines Spiralgehäuses 58.
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Der Förderrotor 45 und das
Laufrad 54 sind mit Hilfe einer Schwalbenschwanzpassung 59 bzw. einer
Paßfeder 60 zum
Zwecke eines möglichst
großen
Drehmomentübertrags
an der Welle fixiert. Sowohl die Hülse 47b als Teil der
Welle 47 als auch der Förderrotor 45 weisen
Zirkulationsbohrungen 50 auf, um einen Kreislauf neben
dein Hauptkreislauf 56 des Fördermediums zur Verfügung zu
stellen. Dieser Kreislauf wird im folgenden in Bezug auf 5 beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die
Hülse 47b aus
Keramik mit ein oder mehreren radialen Durchgangsbohrungen 50 gefertigt.
Die Durchgangsbohrungen 50 in der Keramikhülse 47b haben
als Teil des Kreislaufs (5)
die Funktion, einen permanenten zwangsgeführten Fördermittelkreislauf zur Verfügung zu
stellen. Gleichzeitig wirkt die Keramikhülse 47b auch als radiales
Innenlager hinsichtlich des Außenlagers 51 für das Gleitlager 47b, 51.
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Stirnseitig ist die Keramikhülse zwischen Laufrad 54 und
Förderrotor/Pumpenrotor 45 verspannt.
Die Verspannung erfolgt durch die erwähnte Sechskantinnenschraube 55.
Desweiteren zieht die Sechskantinnenschraube mit einer Paßfeder 60 den metallischen
Kern der Nabe des Laufrads 54 gegen den als Wellenzapfen
ausgebildeten metallischen Kern 47a. Der metallische Kern 47a bildet
das Innenteil der Welle. Darüber
wird auch der metallische Wellenzapfen des Pumpenrotors 45 gegen
die Welle gezogen. Die Momentenübertragung
erfolgt also kraftschlüssig
durch die metallische Laufradnabe und den Wellenzapfen des Pumpenrotors.
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Vorteilhaft ist die Keramikhülse bei
dieser Ausführungsform
aus SSiC gebildet. Dieses weist eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit
bei chemisch aggressiven Fördermedien
auf und gewährleistet
so eine ganz hervorragende Langzeitbeständigkeit des Gleitlagers 47b, 51.
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Bei hier nicht dargestellten weiteren
Ausführungsformen
könnten
zusätzlich
am Außendurchmesser
der Keramikhülse
durchgehende Nuten vorgesehen sein, wenn eine stehende stationäre Achse anstatt
einer drehenden Welle eingesetzt würde. Anstelle einer Keramikhülse könnte in
einer weiteren Ausführungsform
auch eine Kunststoffhülse
vorgesehen werden. Anstelle einer Kunststoff- oder Keramikhülse könnte auch
in einer weiteren Ausführungsform ein
kunststoffummantelter Wellenzapfen Bohrungen oder Nuten in der Kunststoffummantelung
aufweisen.
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Abdichtungen zwischen der Keramikhülse 47b sowie
dem Wellenzapfen 47a erfolgen bei der hier gezeigten Ausführungsform
durch Runddichtringe oder Flachdichtungen. Wird eine Wellenhülse 47b aus
SSiC und die Abdichtung aus PFA eingesetzt, sind die Bauteile gegen
alle bekannten chemischen Medien resistent, was die hier gezeigte
Ausführungsform
der Pumpe universell einsetzbar für alle Fördermedien macht.
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In der 5 deuten
Pfeile den Kreislauf (60, 61, 62, 63, 63a, 64, 65)
an, der für
das Fördermedium als
Teilstrom zwischen Förderraum 57 und
Spaltraum 48 bereitgestellt ist. So wird vorzugsweise bei
dieser Ausführungsform
an der Stelle besonders hohen Druckes 60 ein Teilstrom
des Fördermediums
in den Kreislauf abgezweigt. Der Kreislauf erstreckt sich vom Förderraum 57 über den
Punkt 60 in die Zwischenräume 61 der Gleit-
und Axiallager für
die Welle 47. Aufgrund der engen Auslegung des Gleitlagerspaltes 61 wird
das Eindringen von Feststoffen in den Spalttopfraum 63a,
selbst bei hohen Festostoffanteilen in einem Fördermedium, unterbunden. Lediglich zur
Veranschaulichung des Kreislaufes ist der Gleitlagerspalt 61 an
der Oberseite der Welle 47 im Vergleich zur Unterseite übertrieben
breit dargestellt. Tatsächlich
handelt es sich um einen Gleitlagerspalt 61, dessen Abmessungen
so ausgelegt sind, daß er praktisch
wie ein Filter für
Feststoffanteile wirkt. Des weiteren erstreckt sich der Kreislauf
in den Spaltraum 48 über
den Raum 62 zwischen Förderrotor 45 und Spalttopf 49 als
auch über
einen Kanal 63 im Förderrotor 45.
Der weitere Kreislauf wird in den Spalttopfraum 63a geführt. Der
Rückfluß erfolgt über Kanäle 64 und über einen
weiteren Kanal 65 im Fördermittel 54 von
der Art des erwähnten
zweiten Durchlasses 50 zurück in den Förderraum 57. Die Kanäle 64 befinden
sich zum Teil in der Hülse 47b,
welche gleichzeitig als radiales Innenlager für das Gleitlager 47b, 51 dient.
Die Kanäle 64 sind
breiter ausgeführt
als die Kanäle 61 des
Gleitlagerspaltes. Sollten also Feststoffe dennoch in den Spalttopfraum
eindringen, werden diese mit größerer Häufigkeit
wieder ausgetragen. Eine Ansammlung von Feststoffen im Spalttopfraum
ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform praktisch
unterbunden.
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Zur Inbetriebnahme der Pumpe wird
die Pumpe zunächst
befüllt.
Dazu wird die Pumpe über den
Saugstutzen 70 geflutet. Das Fördermedium 56 dringt
durch die Bohrungen 71, den Axiallagerspalt und die Radiallagerspalten 61 in
den Spalttopfraum 63a ein. Die Luft im Spalttopfraum 63a entweicht. Sollte
diese Luft nicht vollständig
entweichen, so verbleibt Restluft im oberen Bereich des Spalttopfraums 63a.
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Sollten sich Feststoffe im Fördermedium
befinden, ist dies für
die Pumpe nicht schädlich.
Beim Befüllen
der Pumpe können
aufgrund geringer Lagerluft keine Feststoffe durch den Radiallagerspalt 61 in
den Spalttopfraum 63a gelangen. Eventuell dringen durch
die Bohrungen 71 kleine Mengen an Feststoffen in den Spalttopfraum 63a.
Sobald die Pumpe mit dem Fördermedium
bis zum Druckstutzen 72 aufgefüllt ist, kann sie eingeschaltet
werden.
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Nach dem Einschalten der Pumpe 40 wird das
Fördermedium
im Spalttopfraum 63a nach außen zentrifugiert. Das Luftpolster
im oberen Bereich des Spalttopfraums 63a wird durch die
höhere
Dichte des Fördermediums
in die Mitte des Spalttopfraums 63a gedrückt. Da
sich die Bohrungen 64 in der Keramikhülse 47b innerhalb
der Gleitlagerspalten 61 befinden, ist ein Druckgefälle zwischen
dem Eintrittsdruck des Teilstroms am Gleitlager 47b, 51 und
dem Austrittsdruck an den Bohrungen 71 am Laufrad 54 vorhanden.
Aufgrund dieses Druckgefälles
dringt durch die Nuten 61 des Spalts am Axiallager 53 und den
Spalten 61 der Gleitlager 47b, 51 ein
Teilstrom in den Spalttopfraum 63a. Der Teilstrom schiebt
die Luft, die sich im Spalttopfraum 63a befindet durch
die Bohrungen 64 und 65 wieder heraus. Sollten
sich während
des Füllvorgangs
Feststoffe im Spalttopfraum 63a angesammelt haben, werden
sie ebenfalls durch die dafür
großzügig dimensionierten
Bohrungen 64, 65 und 71 wieder ausgeschleust.
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Damit ist die Pumpe gegen Feststoffe
unempfindlich. Ein Großteil
der Feststoffe wird darüberhinaus
mit den Laufradrückschaufeln 73 und
einem Feststoffabscheider vom Gleitlagerspalt 61 ferngehalten.
Feststoffe, die dennoch zwischen die Lagerspalten 61 des
Axiallagers 53 und des Radiallagers 47b, 51 gelangen,
werden vollständig
zerrieben. Die Reste werden mit dem Teilstrom durch den Spalttopfraum 63a und
die Bohrungen 64, 65 und 71 wieder ausgeschleust.
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Somit gewährleistet das hier vorgestellte Konzept
für Kunststoff-Magnetkupplungspumpen
einen klar definierten Schmierstrom für die Gleitlager, eine optimale
Entgasung des Spalttopfraums und ohne Schäden für die Gleitlager eine uneingeschränkte Förderung
beliebiger, chemisch aggressiver und feststoffbeladener Fördermedien.
Zudem ist ein drehrichtungsunabhängiger,
formschlüssiger, durch
ein metallisches Innenteil der Welle gewährleisteter beliebig hoher
Drehmomentübertrag
gegeben.
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Weiterhin sind Laufrad, Welle mit
Hülle und Innenrohr
mit einem Minimum an Dichtelementen abgedichtet. Der Konstruktionsaufwand
der Abdichtringe ist so gewählt,
daß die
Pumpe die Normabmessungen für
Chemie-Normpumpen einhält.