DE10240800B4

DE10240800B4 - Pumpe für chemisch aggressive Fördermedien

Info

Publication number: DE10240800B4
Application number: DE2002140800
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ahlfeldt; Stefan Munsch
Original assignee: MUNSCH CHEMIE PUMPEN GmbH; MUNSCH CHEMIE-PUMPEN GmbH
Current assignee: MUNSCH CHEMIE PUMPEN GmbH; MUNSCH CHEMIE-PUMPEN GmbH
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2022-08-31
Also published as: DE10240800A1

Abstract

Pumpe (40) für chemisch agressive Fördermedien, mit
– einer Welle (47), die
– an einem förderseitigen Ende ein Laufrad (54) zur Förderung des flüssigen Fördermediums (56) in einem Förderraum (57) aufweist, und
– an einem antriebsseitigen Ende einen Förderrotor (45) zum Antrieb des Laufrades (54) aufweist, wobei über die Welle (47) eine Momentenübertragung zwischen dem Förderrotor (45) und dem Laufrad (54) mittels Formschluß erfolgt, und wobei
– mittels einer Magnetkupplung (44, 46) eine magnetische Kopplung des Förderrotors (45) und eines Antriebsrotors (43) über einen sich zwischen Förderrotor (45) und Antriebsrotor (43) erstreckenden Spaltraum (48) bewirkt ist und
– mittels eines außerhalb der Welle (47) liegenden ersten Durchlasses (61, 62) und eines innerhalb der Welle (47) liegenden zweiten Durchlasses (64) ein Kreislauf für das Fördermedium (56) zwischen Förderraum (57) und Spaltraum (48) bereitgestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (47) durch ein inneres Teil...

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für chemisch aggressive Fördermedien, aufweisend eine Welle, die an einem förderseitigen Ende ein Laufrad zur Förderung eines flüssigen Fördermediums in einem Förderraum aufweist und an einem antriebsseitigen Ende einen Förderrotor zum Antrieb des Laufrades aufweist, wobei mittels einer Magnetkupplung eine magnetische Kopplung des Förderrotors und eines Antriebsrotors über einen sich zwischen Förderrotor 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 Ende ein Laufrad aufweist mittels dem ein flüssiges Fördermedium in einem Förderraum gefördert wird und an einem antriebsseitigen Ende einen Förderrotor aufweist, mittels dem das Laufrad 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, und mittels eines außerhalb der Welle liegenden ersten Durchlasses und eines innerhalb der Welle liegenden zweiten Durchlasses ein Kreislauf für das Fördermedium zwischen Förderraum und Spaltraum bereitgestellt ist.

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 Laufrad 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. Des weiteren ergeben sich eine ganze Reihe von Schwierigkeiten zur Bereitstellung des genannten Kreislaufs für das Fördermedium zwischen Förderraum und Spaltraum, je nach Bau und Konstruktionsweise einer Magnetkupplungspumpe. Ein erhebliches Problem stellen Feststoffe dar, die im Laufrad geführt sind und sich bei nachteiliger Gestaltung des Kreislaufs leicht zwischen den Lagern und im Spaltraum festsetzen können.

Eine erste Bauweise von Magnetkupplungspumpen sieht im wesentlichen metallische Teile vor und somit entsprechend auch metallische an das Fördermedium grenzende Freiflächen. Eine solche Magnetkupplungspumpe aus Metall gemäß dem Stand der Technik ist zur weiteren Veranschaulichung in 1 dargestellt:
1 zeigt eine Kreiselpumpe 1 mit permanentmagnetischer Kupplung 2 aus Metall gemäß dem Stand der Technik. 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 dem Antriebsrotor ein erster Permanentmagnet 9 und auf dem Förderrotor ein zweiter Permanentmagnet 10 vorgesehen.

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 nehmen zu können.

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 Laufrad 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 Teilstrom 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.

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 gemäß dem Stand der Technik, 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 mussen bei metallischen Pumpen in der Regel, und wie auch in der US 5,641,275 A und 5,977,264 A 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.

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.

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.

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.

Gemäß dem Stand der Technik sind deshalb Magnetpumpen aus Kunststoff vorgesehen. Eine solche Pumpe gemäß dem Stand der Technik, zum Beispiel auch in der DE 39 05 419 A1 beschrieben, ist zur weiteren Veranschaulichung in 2 gezeigt:
Alternativ dazu ist deshalb gemäß dem Stand der Technik eine Kunststoffpumpe 20 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.

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.

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 Flussigkeitszirkulation 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 Flussigkeitszirkulation nicht möglich. Allenfalls ermöglicht dies eine teilweise Entgasung des Spalttopfraumes. Außerdem dürfen sich keine Feststoffe im Fördermedium befinden. Sie verschließen enge Kanäle für das Fördermedium, 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.

Die hohe Korrosionsbeständigkeit bei chemischen aggressiven Fördermedien ist im Falle einer Kunststoffpumpe jedoch von Vorteil und sollte genutzt werden.

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 Laufrades an die Welle erfolgt bei Kunststoffpumpen durch mittige Verschraubung an der Welle, was ein weiterer Hinderungsgrund für eine Hohlwelle 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.

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 ungenügenden 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.

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:
Abhilfe wird teilweise durch eine Kunststoffpumpe 30 gemäß dem Stand der Technik 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 dem Fördermedium entweder aus Keramik oder Kunststoff gefertigt. Notwendigerweise metallische Teile sind isoliert, was allerdings nicht dargestellt ist.

Insbesondere ist bei der Kunststoffpumpe 30 eine Hohlwelle 29 aus Keramik mit einem mittigen Durchlaß 32 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 30 vorgesehen ist.

Um eine Schmierung zu ermöglichen oder Beschädigung der Gleitlager zu vermeiden, sieht die US 5,641,275 A und die US 5,997,264 A eine Nut oder Kerbe an der Oberfläche einer keramischen stationären Achse vor.

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.

Damit stellt die Alternativpumpe 30 zwar eine vorteilhafte Fördermediumszirkulation zur Verfügung (Pfeile in der 3), ihr mangelt es jedoch an einem ausreichenden Drehmomentübertrag.

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.

Gemäß der US 5,641,275 A und der US 5,997,264 A 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 Laufrad enthaltenen Feststoffen, welche sich bei den in den US-Anmeldungen vorgeschlagenen Laufradkreislauf besoners leicht im Spalttopfraum ansammeln können. Gemäß dem in 12 der US 5,641,275 A dargestellten Förderkreislauf wird nämlich ähnlich wie im Stand der Technik (2 der US 5,641,275 A und der US 5,997,264 A ) ein Laufrad über einen relativ breiten Kanal Bezugszeichen 154, 152 der 12 und Bezugszeichen 52 der 2) zum Spalttopfraum geführt. Eine Zuführung von Laufrad über einen relativ breiten Kanal sieht zwangsläufig auch eine freie Zuführung von Feststoffen in den Spalttopfraum vor, was insbesondere bei mit erheblichen Anteilen an Feststoffen bela denen Laufradern sehr nachteilig ist. Im Falle einer stationären Achse, wie bei der US 5,641,275 A und der US 5,997,264 A , 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 ansanunelnden 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.

Pumpen der eingangs genannten Gattung sind aus der US 4, 047, 847 , der DE 25 32 262 A1 sowie der DE 34 13 930 C2 bekannt.

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.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Pumpe anzugeben, mit der ein ausreichend hoher Drehmomentübertrag zwischen Förderrotor und Laufrad 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.

Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

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.

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 Laufrades an einem förderseitigen Ende und eines Förderrotors an einem antriebsseitigen Ende des Mittels eignet. Vorteilhaft erfolgt der Antrieb des Laufrads über das drehbare Haltemittel, welches hier als Welle bezeichnet ist, wobei über diese Welle eine Momentenübertragung zwischen dem Förderrotor und dem Laufrad mittels Formschluß erfolgt.

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.

Eine Magnetkupplung kann mittels einer geeigneten Art von Magneten, z. B. Permanent- oder Elektromagneten, zur Verfügung gestellt werden.

Eine wesentliche Erkenntnis der Erfindung liegt dann, 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 Keramikhohlwelle, 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.

Dies hat eine ganze Reihe von erheblichen Vorteilen. So ist vor allem 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 Laufrad 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.

Betreffend die Ausbildung der Welle ist erfindungsgemäß, 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 näm lich 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.

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. Des weiteren erlaubt die mehrteilige Ausbildung der Welle auch, daß der innere Teil auf besonders günstige Weise für eine Momentenübertragung zwischen Förderrotor und Laufrad ausgelegt ist. So ist erfindungsgemäß, daß das innere Teil ein Metall-Teil ist. Dies erlaubt günstigerweise eine Momentenübertragung zwischen Förderrotor und Laufrad mittels Formschluß über das Metall-Teil zum Antrieb des Laufrads über die Welle.

Vorteilhaft 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 Laufradführung 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.

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.

Die Ausgestaltung des zweiten Durchlasses im äußeren Teil 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 im äußeren Teil der Welle 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. Es kann sich aber auch je nach Bedarf ein helixförmiger oder beliebig gekrümmt verlaufender zweiter Durchlaß innerhalb der Welle als günstig erweisen.

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 Laufradzirkulation 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 drehenden Welle erzeugten Fliehkraft sofort nach außen getragen werden. Gemäß der besonders bevorzugten Weiterbildung der vorgeschlagenen Pumpe ist also ein erster Durchlaß zum Transport des Laufrads 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.

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.

Das vorgeschlagene Konzept erlaubt insbesondere, daß das Laufrad mittig an der Welle befestigt ist. Günstigerweise ist das Laufrad drehrichtungsunabhängig befestigt, beispielsweise mit einer Innensechskantschraube an dem inneren Teil der Welle. Dies hat erhebliche Vorteile im Vergleich zu einer Befestigung am Außenrand der Welle, wie dies bei einer Hohlwelle notwendig geworden wäre.

Es erweist 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. 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.

Ebenso erweist es sich als günstig, daß der erste Durchlaß einen weiteren Kanal aufweist, welcher im Förderrotor verläuft und insbesondere über eine Bohrung im Förderrotor gebildet istt. Vor allem ist es günstig, daß der Kreislauf für das Fördermedium den Spalttopfraum umfaßt.

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.

Insbesondere ist zu berücksichtigen, daß vielfältige 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.

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.

Im einzelnen zeigen die Figuren der Zeichnung in
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;
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 Laufrads an der Welle günstigerweise vorgesehen ist, was jedoch einen ausreichenden Kreislauf des Fördermediums verhindert;
3 eine Kunststoff-Magnetkupplungspumpe mit einer keramischen Hohlwelle gemäß dem Stand der Technik, die zwar einen Kreislauf für das Fördermedium zur Verfü gung stellt, jedoch nur einen begrenzten Drehmomentübertrag und eine aufwendige Anbringung eines Laufrads und eines Förderrotors erlaubt;
4 eine bevorzugte Ausführungsform einer Kunststoff-Magnetkupplungspumpe gemäß des vorgeschlagenen Konzepts mit ausreichendem Drehmomentübertrag und besonders günstigem Kreislauf des Fördermediums;
5 die gleiche Ausführungsform der 4 mit dargestelltem Kreislauf.
In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Pumpe 40 für chemisch aggressive Fördermedien, 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.
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.
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 dem Hauptkreislauf 56 des Fördermediums zur Verfügung zu stellen. Dieser Kreislauf wird im folgenden in bezug auf 5 beschrieben.
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 Laufradkreislauf zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig wirkt die Keramikhülse 47b auch als radiales Innenlager hinsichtlich des Außenlagers 51 für das Gleitlager 47b, 51.
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.
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.
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.
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.
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 Laufrad 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Pumpe (40) für chemisch agressive Fördermedien, mit – einer Welle (47), die – an einem förderseitigen Ende ein Laufrad (54) zur Förderung des flüssigen Fördermediums (56) in einem Förderraum (57) aufweist, und – an einem antriebsseitigen Ende einen Förderrotor (45) zum Antrieb des Laufrades (54) aufweist, wobei über die Welle (47) eine Momentenübertragung zwischen dem Förderrotor (45) und dem Laufrad (54) mittels Formschluß erfolgt, und wobei – mittels einer Magnetkupplung (44, 46) eine magnetische Kopplung des Förderrotors (45) und eines Antriebsrotors (43) über einen sich zwischen Förderrotor (45) und Antriebsrotor (43) erstreckenden Spaltraum (48) bewirkt ist und – mittels eines außerhalb der Welle (47) liegenden ersten Durchlasses (61, 62) und eines innerhalb der Welle (47) liegenden zweiten Durchlasses (64) ein Kreislauf für das Fördermedium (56) zwischen Förderraum (57) und Spaltraum (48) bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (47) durch ein inneres Teil (47a) aus Metall und ein äußeres Teil (47b) aus Keramik und/oder Kunststoff gebildet ist, wobei das äußere Teil (47b) in Form einer Hülse oder einer Ummantelung gebildet ist, und der zweite Durchlaß (64) außerhalb der Wellenmitte im äußeren Teil (47b) verläuft, wobei die Momentenübertragung zwischen dem Förderrotor (45) und dem Laufrad (54) mittels Formschlußüber das innere Teil (47a) bewirkt ist.
Pumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchlaß (64) mittels einer Bohrung im äußeren Teil (47b) der Welle gebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (47) mittels eines Gleitlagers (51) an dem äußeren Teil (47b) gelagert ist.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchlaß (61, 62) einen Kanal aufweist, welcher in einem Gleitlagerspalt (61) zwischen dem Gleitlager (51) und dem äußeren Teil (47b) der Welle (47) verläuft.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinster Querschnitt des ersten Durchlasses (61, 62) geringer ist als ein kleinster Querschnitt des zweiten Durchlasses (50, 64).
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (54) mittig und drehrichtungsunabhängig, vorzugsweise mit einer Innensechskantschraube (55) an dem inneren Teil (47a) der Welle (47) befestigt ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchlaß (61, 62) einen Kanal (62) aufweist, welcher im Bereich eines Spaltraums (48) zwischen einer Trennwand und dem Förderrotor (45) gebildet ist, wobei die Trennwand von einem Teil eines Spalttopfes (49) gebildet ist, der sich teilweise zwischen Förderrotor (45) und Antriebsrotor (43) in den Spaltraum (48) erstreckt, und der den Förderrotor (45) umgibt und einen Spalttopfraum (63a) umfaßt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchlaß (61, 62) einen weiteren Kanal (63) aufweist, welcher im Förderrotor (45) verläuft und insbesondere über eine Bohrung im Förderrotor (45) gebildet ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf für das Fördermedium den Spalttopfraum (63a) umfaßt.