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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Pumpengehäuse, in
dem ein Pumpenlaufrad in einem Laufradraum umläuft, wobei der Laufradraum
von einem Spiralraum umgeben ist.
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Derartige
Pumpen sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere an Heizungsanlagen
zur Förderung
des Heizwassers eingesetzt, das gegebenfalls auch mit Glykolzusätzen versehen
sein kann. Oftmals ist das Heizwasser dabei mit ferromagnetischen
Partikeln, beispielsweise mit Eisen-, Nickel- oder Kobaltpartiklen
belastet, die teilweise durch Oxidation der Anlagenbauteile entstehen
und die sich im Heizkreislauf verteilen.
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Um
Beschädigungen
der Pumpe oder der Heizungsanlage zu vermeiden, die durch Abrasion aufgrund
der ferromagnetischen Partikel oder durch Gemische von ferromagnetischen
und mit ihnen verklammerten, nichtmagnetischen Feststoffteilchen auftreten
können,
kann man Filter in der Heizungsanlage oder der Pumpe vorsehen. Herkömmliche
Filter sind hierzu jedoch nur bedingt geeignet, da sie schon im
sauberen Zustand, insbesondere jedoch mit zunehmender Einsatzdauer
einen erheblichen Strömungswiderstand
darstellen und somit eine erhöhte Pumpleistung
erfordern.
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Zur
Filterung von ferromagnetischem Abrieb oder von Gemischen aus ferromagnetischen
Partikeln und mit ihnen verbundenen nichtmagnetischen metallischen,
keramischen, textilen oder anderen Feststoffpartikeln aus Flüssigkeiten
sind weiterhin Magnetfilter bekannt. Ein Problem bei derartigen
Magnetfiltern liegt jedoch darin, daß sie sich insbesondere bei
der Verwendung von Dauermagneten entweder überhaupt nicht, oder nur unter
großen Schwierigkeiten
reinigen bzw. rückspülen oder durchspülen lassen,
ohne den Filtervorgang zu unterbrechen. Für diese Reinigung sind stets
sehr aufwendige Konstruktionen erforderlich.
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So
ist beispielsweise aus der
DE
31 23 229 A1 ein magnetischer Filter bekannt, bei dem das
Filterelement gewaschen werden muß, wenn es eine große Menge
ferromagnetischer Partikel aus dem Fluid gezogen hat. Hierbei besteht
ein erster Schritt darin, das Filterelement zu entmagnetisieren.
Als nächster
Schritt wird Wasser mit Druckluft in einer zu dem zu filternden
Fluidstrom entgegengesetzten Richtung an dem Filterelement vorbeigeleitet.
Da das Filterelement jetzt nicht mehr magnetisiert ist, werden die
angesammelten Partikel vom Filterelement entfernt und durch die
Strömung
aus Wasser und Druckluft mitgenommen. Diese Art der Reinigung bedingt
nicht nur einen hohen konstruktiven Aufwand, sondern sie ist insbesondere
auch mit einer Unterbrechung des Fördervorgangs des Fluids verbunden.
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Aus
der
DE 31 34 861 A1 ist
ferner ein Magnetfilter bekannt, bei dem die Magnetkörper zur
Reinigung bewegbar gelagert sind. Hierzu werden die Magnetkörper entlang
einem Hüllkörper in
eine Endstellung bewegt, in der sich der Magnetkörper teilweise in Filterraum
und teilweise in einer Schmutzkammer befindet, wobei auf dem Hüllkörper zumindest eine
diesen umgebende Sperrvorrichtung angeordnet ist, die bei der Rückbewegung
des Magnetkörpers
in seine Ausgangsstellung anhaftende Partikel von dem Magnetkörper abstreift.
Auch diese Vorrichtung ist mit einem konstruktiv sehr hohen Aufwand verbunden.
Damit ist sie nicht nur teuer in der Herstellung, sondern sie ist
aufgrund der Reibung an den bewegten Teilen auch anfällig für Verschleiß und somit
für Funktionsstörungen.
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Ferner
ist aus der
DE 31 46 858 ein
kontinuierlich arbeitender Magnetfilter bekannt, bei dem ein endloses
Magnetringrohr vorgesehen ist, das sich nur zu einem Teil seines
Umfangs in der zu filternden Flüssigkeit
befindet und das über
Treibrollen gedreht wird, wobei in einem oberen Bereich außerhalb
der zu filternden Flüssigkeit
Abstreifer angeordnet sind, die die an dem Magnetringrohr anhaftenden
ferromagnetischen Partikel abstreifen. Auch diese Vorrichtung ist
konstruktiv aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Aufgrund der
Reibung an den Abstreifern kann es auch hierbei zu Verschleiß und somit
zu Funktionsstörungen
kommen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine preiswert herzustellende
und leicht handhabbare Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen,
die auf konstruktiv einfache Weise und bei geringem Strömungswiderstand
eine kontinuierliche Filterung von ferromagnetischen Partikeln aus
der geförderten
Flüssigkeit
ermöglicht
und bei der eine einfache Reinigung des Filters erfolgt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Pumpe nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Wesentlich
bei der erfindungsgemäßen Lösung ist
es, daß in
das Pumpengehäuse
mindestens ein Magnet integriert ist, der in einem Bereich angeordnet
ist, der unmittelbar oder mittelbar an den Laufradraum und/oder
an den Spiralraum und/oder an einen zwischen dem Spiralraum und
dem Laufradraum befindlichen Ringraum angrenzt.
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Der
Hauptvorteil liegt dabei darin, daß die ferromagnetischen Partikel
in einem Bereich des Pumpengehäuses
gesammelt werden, in dem relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten des
geförderten Fluids
herrschen. Deshalb sind die von der Strömung auf die Partikel übertragenen
Kräfte
hier besonders groß.
Sobald sich nach einiger Zeit eine gewisse Menge von ferromagnetischen
Schmutzpartikeln angesammelt hat, werden diese aufgrund der Scherkräfte der Strömung mit
der Strömung
fortgerissen und in den Druckstutzen der Pumpe gespült. Die
von der Strömung
auf die Schmutzpartikel aufgebrachte Kraft führt somit zum Hinausspülen der
aneinander haftenden Partikel aus der Pumpe. Dort können sie gegebenenfalls
in geeigneten Filtern aufgefangen werden, die relativ grobmaschig
ausgeführt
sein können.
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Auf
diese konstruktiv besonders einfache Weise wird eine Pumpe mit einem
integriertem Magnetfilter geschaffen, die nicht nur beständig mit
einer kontinuierlichen Filterung betrieben werden kann, sondern
bei der auch zu gegebener Zeit eine automatische Reinigung bzw.
Freispülung
des Magnetfilters erfolgt. Bei der reinigung wird der Filtervorgang nicht
unterbrochen.
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Die
erfindungsgemäße Kreiselpumpe
ist bei einfacher Konstruktion kostengünstig herzustellen und leicht
zu montieren und handzuhaben.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Magnet radial außerhalb des Pumpenlaufrads
auf Höhe des
Spiralraums oder des Ringraums angeordnet ist. Hier herrschen besonders
hohe Strömungsgeschwindigkeiten,
so daß die
von der Strömung
auf die Schmutzpartikel übertragenen
Kräfte
zur Reinigung des Filters besonders groß sind.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
kann ein Magnet hierbei ringförmig
ausgebildet sein und sich über
den gesamten Umfang des Bereichs des Pumpengehäuses erstrecken. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
können
auch mehrere voneinander getrennte Magnete in diesem Bereich des Pumpengehäuses angeordnet
sein.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Pumpe als Spaltrohrpumpe oder Spalttopfpumpe
ausgebildet, wobei ein die Pumpe antreibender Elektromotor vorgesehen ist,
dessen mit dem Pumpenlaufrad drehfest verbundener Rotor als Naßläufer in
einem Naßraum
umläuft,
der über
mindestens einen Verbindungskanal mit dem Laufradraum und/oder mit
dem Spiralraum und/oder mit dem Ringraum des Pumpengehäuses verbunden
und in Kontakt mit dem geförderten
Medium ist, wobei der Stator des Motors durch ein Spaltrohr oder
durch einen Spalttopf von dem Naßraum und dem geförderten
Medium getrennt ist. Hierbei ist der oder die Magnete vorteilhafterweise
entweder direkt in dem Bereich oder vorzugsweise unmittelbar neben
dem Bereich angeordnet, in dem der Verbindungskanal bzw. die Verbindungskanäle in den Laufradraum
bzw. in den Spiralraum und/oder in den Ringraum des Pumpengehäuses einmünden.
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Insbesondere
bei Heizungsanlagen werden häufig
derartige Pumpen in Naßläuferbauweise
eingesetzt. Hierbei werden in neuartigen Elektromotoren vielfach
permanentmagnetische Werkstoffe eingesetzt, die aufgrund der Bauweise
der Pumpe von dem Fördermedium
umspült
werden. Hierbei könnten
sich im Medium befindliche ferromagnetische Partikel an diesen als
kritisch zu bezeichnenden Stellen ansammeln und durch Abrasion nachhaltig
zur Zerstörung
des Motors der Pumpe oder zu Verstopfungen des Motors führen. Deshalb
ist es gerade bei dieser Baurart besonders wichtig, den Motorraum bzw.
Naßraum
mit seinen empfindlichen Permanentmagneten gegen Verunreinigungen
durch das Fördermedium
und durch gegebenenfalls darin enthaltene Verunreinigungen zu schützen.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung kann hierbei
ein wirksamer Schutz für
den Motorraum durch die geeignete Anordnung von Magneten erreicht
werden. Die Magnete sind hierbei in der Nähe des Spiralraums oder des
Ringraums der Pumpe angebracht, so daß sie die ferromagnetischen Schmutzpartikel
akkumulieren, bevor diese in den Motorraum gelangen können. Eine
Beschädigung der
Pumpe bzw. eine Zerstörung
des Motors durch derartige Schmutzpartikel kann daher wirkungsvoll verhindert
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Verbindungskanal durch einen
Dichtspalt oder durch eine Labyrinthdichtung mit mehreren Dichtspalten gebildet
ist. Hierdurch wird der Motorraum zusätzlich gegen einen hohen Flüssigkeitsaustausch
zum Pumpenraum geschützt.
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Hierbei
ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der oder die Magnete
in einem Abstand radial außerhalb
der Mündung
des Dichtspaltes am Spiralraum und/oder am Ringraum angeordnet ist
bzw. sind. Aufgrund der hier herrschenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten
sind die auf die Schmutzpartikel übertragenen Kräfte so groß, daß schon
nach kurzer Zeit bei einer relativ geringen Ansammlung von Schmutzpartikeln
eine Reinigung mit dem Hinausspülen
der Schmutzpartikel aus dem Druckstutzen der Pumpe erfolgt.
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Vorzugsweise
ist der oder die Magnete in einem Bereich angeordnet, in dem ausreichend
Raum zur Ansammlung einer gewissen Menge ferromagnetischer Partikel
vorhanden ist. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch bei einer Pumpe mit geringerer Drehzahl und somit mit geringeren
Strömungskräften eingesetzt
werden.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß der
Rotor axial in mindestens einer Richtung mittels einer Magnetlagerung
gelagert ist, wobei an dem Rotor oder an einem fest mit dem Rotor
verbundenen Teil umlaufende Magnete und an dem Pumpengehäuse oder
an einem fest mit dem Pumpengehäuse verbundenen
Teil damit zusammenwirkende feststehende Magnete angeordnet sind
und wobei die feststehenden Magnete entweder direkt in dem Bereich oder
vorzugsweise unmittelbar neben dem Bereich angeordnet ist/sind,
in dem der Verbindungskanal bzw. die Verbindungskanäle in den
Laufradraum und/oder in den Spiralraum und/oder in den Ringraum
des Pumpengehäuses
einmünden.
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So
können
auf besonders vorteilhafte Weise die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit den Vorteilen einer magnetischen Lagerung des Rotors, nämlich den
Vorteilen eines besonders ruhigen und sehr reibungsarmen Rotorlaufs
und somit eines besonders hohen Wirkungsgrads der Pumpe, verbunden
werden, ohne daß hierzu
zusätzliche
magnetische Bauteile erforderlich sind. Die Pumpe kann daher besonders
kleinbauend und kostengünstig
ausgeführt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn der Rotor außerhalb des Stators umläuft, wobei
die umlaufenden Magnete im äußeren Umfangsbereich
des Rotors angeordnet sind. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
ist es jedoch auch möglich,
daß der Rotor
innerhalb des Stators umläuft,
wobei mindestens ein fest mit dem Rotor verbundenes Trägerelement,
insbesondere eine Scheibe vorgesehen ist, an dem die umlaufenden
Magnete, insbesondere im äußeren Umfangsbereich,
angeordnet sind. In beiden Fällen
sind die Magnete im Bereich besonders hoher Strömungsgeschwindigkeiten und
somit besonders großer
Reinigungskräfte
zum Fortreißen
der Schmutzpartikel angeordnet.
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In
einer konstruktiv besonders einfachen und preiswerten Ausführungsform
können
die Magnete, insbesondere die umlaufenden Magnete und die feststehenden
Magnete durch Permanentmagnete gebildet sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es jedoch auch, die feststehenden Magnete durch
Elektromagnete zu bilden, um so die axiale Position des Rotors steuern oder
regeln zu können.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn der oder die Magnete durch eine
Wandung des Pumpengehäuses
von dem Laufradraum und/oder von dem Spiralraum und/oder von dem
Ringraum getrennt ist bzw. sind, die eine relativ geringe Dicke
hat. Vorzugsweise wird eine Dicke zwischen 0,3 und 5 mm, insbesondere
von 1 mm vorgeschlagen.
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Um
eine besonders gute Wirksamkeit der magnetischen Filtereinrichtung
zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse zumindest
im Bereich des Magnets bzw. im Bereich der Magnete, vorzugsweise
jedoch vollständig
aus einem nichtmagnetischen oder nichtmagnetisierbaren Werkstoff
ausgeführt
ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigen:
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1:
erste Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Pumpe,
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2:
vergrößerte Darstellung
eines Teilbereichs aus 1,
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3:
zweite Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Pumpe,
und
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4:
vergrößerte Darstellung
eines Teilbereichs aus 3.
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Die
in den Figuren dargestellten Pumpen 1 sind in Naßläuferbauweise
ausgeführt,
wobei der die Pumpe 1 antreibende Elektromotor 2 einen
Rotor 3 hat, der als Naßläufer in einem Naßraum 4 in
dem geförderten
Medium umläuft.
Der Naßraum 4 ist durch
ein Spaltrohr 5 (3) oder
durch andere geeignete Dichtungsmittel 6 (1)
von dem Trockenraum 7 getrennt, in dem sich der Stator 8 des
Elektromotors 2 befindet.
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Die
Pumpe 1 hat am Pumpengehäuse 9 einen Druckstutzen 10 und
einen Saugstutzen 11. Im Laufradraum 12 des Pumpengehäuses 9 befindet sich
das Pumpenlaufrad 13, das drehfest mit der Motorwelle 14 des
Elektromotors 2 verbunden ist.
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Der
Laufradraum 12 ist radial außen von einem Spiralraum 15 umgeben,
der über
den Umfang des Laufradraums 12 in seiner Größe zunimmt
und in dem Druckstutzen 10 mündet. Zwischen dem Laufradraum 12 und
dem Spiralraum 15 befindet sich ein Ringraum 16,
der den Übergang
vom Laufradraum 12 in den Spiralraum 15 bildet.
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Ein
ringförmiger
Verbindungskanal 17 verbindet den Ringraum 16 mit
dem Naßraum 4.
In dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 umfasst
der Verbindungskanal 17 auch eine Labyrinthdichtung mit zwei
Dichtspalten 18. Über
den Verbindungskanal 17 steht die geförderte Flüssigkeit in Kontakt mit dem
im Naßraum 4 umlaufenden
Rotor 3.
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Erfindungsgemäß sind in
dem Pumpengehäuse 9 mehrere
Magnete 19 angeordnet, die sich in einem Bereich 20 befinden,
der mittelbar über
die dünne
Gehäusewand 21 an
dem Ringraum 16 und dem Spiralraum 15 angrenzt.
Obwohl bereits ein einziger Magnet 19 ausreicht, kann eine
besonders gute Filterwirkung dadurch erreicht werden, daß mehrere Magnete 19 über den
Umfang des Ringraums bzw. des Spiralraums verteilt angeordnet sind.
Auch kann ein durchgehender, ringförmiger Magnet 19 eingesetzt
werden.
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Der
Magnet 19 befindet sich in einem geringen Abstand radial
außerhalb
der Mündung
des Verbindungskanals 17 in den Ringraum 16. Somit
steht radial nach innen und nach außen um den Bereich 20 herum
genügend
Raum zur Verfügung,
in dem sich die herauszufilternden ferromagnetischen Partikel ansammeln
können.
Sobald sich eine gewisse Anzahl von Schmutzpartikeln angesammelt
hat, die insbesondere aus kleinsten Eisen-, Nickel- oder Kobaltteilchen
gebildet sein können,
werden sie von den Schwerkräften
der geförderten
Flüssigkeit
fortgerissen und mit der Strömung
durch den Spiralraum 15 in den Druckstutzen 10 und
somit aus der Pumpe 1 hinausgespült.
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Auf
besonders vorteilhafte Weise bilden die Magnete 19 gleichzeitig
auch einen Bestandteil einer magnetischen Axiallagerung des Rotors 3.
Hierzu weist der Rotor 3 bei der Ausführungsform gemäß 1 an
seinem äußeren Umfangsbereich
ebenfalls Magnete 22 auf, die den Magneten 19 gegenüberliegen
und sich von diesen abstoßen.
Diese Magnetlagerung 19, 22 lagert den Rotor 3 mit
dem Laufrad 13 somit in den 1 und 2 gegen
eine Verschiebung nach links zum Pumpengehäuse 9. In der anderen
Richtung kann der Rotor 3 ebenfalls magnetisch oder durch
andere Lagermittel, insbesondere durch axiale Gleitlager gelagert
sein. Auch ist es möglich den
Rotor 3 schwimmend zu lagern, wobei sich zwischen den magentischen
Kräften
der Magnetlagerung 19, 22 und den hydraulischen
Kräften
ein Kräftegleichgewicht
einstellt. Hierbei ist im Motorgehäuse 24 vorteilhafterweise
eine Gleitscheibe angeordnet, die der von dem Pumpengehäuse abgewandten Stirnseite
der Motorwelle 14 gegenüberliegt.
In radialer Richtung ist die Motorwelle 14 ebenfalls in
Gleitlagern 23 gelagert.
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Zwischen
den Magneten 19 und 22 ist eine fest mit dem Pumpengehäuse 9 und
dem Motorgehäuse 24 verbundene
Scheibe 25 angeordnet, die zusammen mit den beiden Dichtspalten 18 eine
Labyrinthdichtung bildet, die den Naßraum 4 zusätzlich gegen
einen zu hohen Flüssigkeitsaustausch
mit dem Ringraum 16 sichert.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsvariante läuft der
Rotor 3 radial außerhalb
des Stators 8 um. Dabei können die Magnete 22 auf
einem relativ großen
Durchmesser angeordnet werden, welcher dem Durchmesser entspricht,
auf dem die Magnete 19 im Pumpengehäuse 9 angeordnet sind. Hierbei
ist ein großer
Durchmesser von Vorteil, da in einem radial weiter außenliegenden
Bereich die geförderte
Flüssigkeit
mit einer größeren Geschwindigkeit
strömt
und somit größere Spülkräfte auf
die angesammelten ferromagnetischen Schmutzpartikel ausgeübt werden.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsvariante läuft der
Rotor 3 radial innerhalb des Stators 8 um. Um
auch hier einen möglichst
großen
Durchmesser für
die Magnete 19 und 22 zu erreichen ist eine Scheibe 26 auf
der dem Saugstutzen 11 abgewandten Rückseite des Pumpenlaufrads 13 auf
der Motorwelle 14 befestigt. Die einen Bestandteil der magnetischen
Axiallagerung bildenden Magnete 22 befinden sich hier im äußeren Umfangsbereich
dieser Scheibe 26 und liegen somit dem im Pumpengehäuse 9 angeordneten
Magneten 19 gegenüber.
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Auf
diese besonders vorteilhafte Weise können die Vorteile einer magnetischen
Filterung mit den Vorteilen einer besonders ruhigen und reibungsarmen
magnetischen Lagerung besonders leicht verbunden werden.