DE10322465A1

DE10322465A1 - Trennhülse

Info

Publication number: DE10322465A1
Application number: DE2003122465
Authority: DE
Inventors: Dirk Kollmar; Lutz Urban
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennhülse (1) in Form eines hermetisch dichten Bauteiles zwischen zwei Räumen unterschiedlichen Druckes und/oder Medien, angeordnet zwischen zwei kräfteübertragenden Elementen, insbesondere eine Trennhülse (1) einer mehrteiligen Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion, wobei Öffnungen (2, 3) der Trennhülse (1) dichtend an Halteteilen (4, 5) anliegen, und Befestigungs- sowie Dichtungsmittel (8) die Teile der Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion dichtend miteinander verbinden. Die Trennhülse (1) ist als Rohrabschnitt eines in Wickeltechnik hergestellten, faserverstärkten, mehrlagigen Rohr ausgebildet (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennhülse, in Form eines hermetisch dichten Bauteiles zwischen zwei Räumen unterschiedlichen Druckes und/oder Medien, angeordnet zwischen zwei kräfteübertragenden Elementen, insbesondere eine Trennhülse einer mehrteiligen Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion, wobei Öffnungen der Trennhülse dichtend an Halteteilen anliegen, und Befestigungs- sowie Dichtungsmittel die Teile der Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion dichtend miteinander verbinden.
Bei Magnetkupplungsantrieben oder Spaltrohrmotoren besteht das Problem der hermetisch dichten Ausbildung eines Topfes oder eines Rohres. Diese Bauteile sind zwischen rotierenden Magnetkupplungsteilen oder zwischen einem Stator und einem Rotor eines Spaltrohrmotors angeordnet. Wenn jedes Gerät seine Art der Abdichtung in Form von Spalttopf oder Spaltrohr aufweist, erfordert es einen hohen logistischen Aufwand bei der Herstellung.
Durch die DE 36 26 934 A1 ist eine Maßnahme bekannt, mit der die in metallischen Spaltrohren entstehenden Wirbelströme und die dadurch bedingten Verluste vermieden werden. Hierbei weist das an sich metallische Spaltrohr nur im Bereich des Magnetfeldes einen sehr dünnen Wandabschnitt auf, der mit einer äußeren abstützenden Umhüllung aus einem elektrisch nicht leitenden Material versehen ist. Diese Umhüllung besteht aus einem faserverstärktem Kunststoff. Auch dient der verdünnte Abschnitt des Metallrohres gleichzeitig als Wickelkörper für die Verstärkungsfasern des faserverstärkten Kunststoffes. Mit dieser Lösung werden die im dünnen Metallrohr induzierten Wirbelströme und die dadurch bedingte Erwärmung weitestgehend vermieden. Nachteilig ist hierbei, dass bei der Aufwickelung der Verstärkungsfasern im Bereich von deren Umschlagzonen, also derjenige Bereich, in dem die Wickelrichtung der Fasern geändert wird, Materialverdickungen entstehen. Durch die Materialverdickungen ist ein größerer Abstand zwischen den Magneten erforderlich, der das übertragbare Drehmoment reduziert.
So können infolge der Wirbelströme beispielsweise in einem aus der Legierung Hasteloy bestehenden metallischen Spalttopf bis zu 12 % Wirkungsgradverluste entstehen. Des weiteren bewirken die Wirbelströme eine erhebliche Erwärmung, so dass bei der Förderung von warmen oder heißen Fluiden deren NPSH-Verhalten durch die zusätzliche Erwärmung verschlechtert und damit sogar kritisch werden kann.
Durch die DE 39 22 426 A1 ist ein mehrteiliger und aus unterschiedlichen Materialien bestehender, montierter Spalttopf bekannt. Den zylindrischen Teil des Spalttopfes bildet eine Trennhülse aus elektrisch nichtleitenden Material und von hoher Druckfestigkeit. Diese Trennbüchse weist an ihrem einen Ende eine radial nach außen abstehende Schulter auf, mit der sie im Gehäuse der Magnetkupplung außen zentriert gehalten ist. An ihrem anderen Ende ist sie mit einer radial nach innen vorstehenden Schulter ausgestattet, an der ein den Boden des Spalttopfes bildender Deckel innen zentriert gehalten ist. Der Deckel ist mit weich unterlegten Halteschrauben gegen die radial nach innen vorstehende Schulter der Trennbüchse axial fixiert. Zwischen Deckel und Trennbüchse erfolgt eine Abdichtung mittels einer Weichdichtung. Und die radial nach außen vorstehende Schulter der Trennbüchse dient gleichzeitig als Widerlager für eine Weichdichtung, die für eine Abdichtung gegenüber dem Gehäuse sorgt. Eine solche Trennhülse ist in der Herstellung sehr aufwendig und es bilden sich in den Bereichen der radial abstehenden Schultern Zonen mit hoher Kerbwirkung, wodurch die Druckbelastung einer solchen Trennhülse erheblich reduziert wird. Auch ist die Befestigung des Bodenteiles mit Hilfe mehrerer verteilt angeordneter Schrauben sehr montageintensiv und vergrößert das Betriebsrisiko. Denn die Schrauben liegen mit geringem Abstand gegenüber der Stirnseite eines rotierenden Antriebsrotors. Bei einem Lösen von nur einer Schraubverbindung, welche durch die unterlegte, weiche Dichtung begünstigt wird, besteht die Gefahr einer schwerwiegenden Zerstörung innerhalb des Spalttopfes.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für eine magnetische Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten ein Dichtungselement zu entwickeln, in dem keine Wirbelströme induziert werden, welches einfach herzustellen sowie in einfacher Weise dichtend angeordnet werden kann.
Die Lösung dieses Problems sieht vor, die Trennhülse als Rohrabschnitt eines in Wickeltechnik hergestellten, faserverstärkten, mehrlagigen Rohr ausgebildet ist. Mit dieser Lösung ist es möglich, zwischen den ein Drehmoment übertragenden Bauteilen einen sehr einfach herzustellenden Rohrabschnitte hoher Qualität Anwendung finden zu lassen, der in einfachster Weise an die unterschiedlichen Maschinenbauarten angepaßt werden kann. Dadurch, dass die Trennhülsen von einem als Halbzeug ausgebildeten Rohr abgetrennt sind, ist ein Hersteller in der Lage, mit Hilfe von nur wenigen Halbzeugen in Form gewickelter Rohre verschiedener Durchmesser sein gesamtes Herstellungsspektrum an Spaltrohren und Spalttöpfen abdecken zu können. Durch einfache Abtrennvorgänge von den als Meterware vorliegenden faserverstärkten Rohren lassen sich die einzelnen Trennhülsen herstellen.
Bisher bekannte und in Wickeltechnik hergestellte Spalttöpfe erfordern wegen ihrer kurzen Baulänge einen hohen Herstellungsaufwand mit besonderer Sorgfalt, da jeweils in den Endbereichen eines solchen Spalttopfes eine Umlenkung der diagonal gewickelten Fasern stattfindet. An solchen Umlenkzonen der Fasern entstehen Unregelmäßigkeiten im Faserverlauf und Wandstärkenverdickungen, die wiederum die Ursachen für Undichtigkeiten bilden.
Dagegen bildet bei der erfindungsgemäßen Gestaltung eine als Wickelkörper ausgebildete, aus dünnem Metall oder Kunststoff bestehende dichte Auskleidung mit einer gleichmäßig darüber aufgewickelten Faserverstärkung das Rohr. Bei einem solchen langen Rohr erfolgt dies in einem automatisierten Prozess in einfacher Weise und mit sehr hoher Qualität.
An den Enden eines solchen als beliebige Meterware herstellbaren Rohres ergeben sich zwar auch Umlenkzonen der Faserverstärkungen und deren bekannte Nachteile. Aber zwischen den Enden befindet sich ein sehr langer Rohrabschnitt mit gleichmäßig hoher Qualität. Infolgedessen sind nur die in diesem Fall unbrauchbaren Rohrenden abzutrennen und als Verschnitt zu entsorgen. Das um seine Enden gekürzte Rohr wird dann in eine Vielzahl von Rohrabschnitten aufgetrennt, die in einer gewünschten Länge zu Trennhülsen von Spalttöpfen oder Spaltrohren verarbeitet werden.
Für besonders kritische Anwendungsfälle, bei denen beispielsweise mit Hilfe der Trennhülse gefährliche Stoffe voneinander getrennt werden, oder zum Schutz gegen mechanische Angriffe, ist die Faserverstärkung auf ihrer Außenseite mit einer Deckschicht versehen. In analoger Weise besteht die Trennhülse aus einer als Wickelkörper ausgebildeten, aus dünnem Metall oder Kunststoff bestehenden dichten Auskleidung mit einer darüber aufgewickelten Faserverstärkung. Eine solche Auskleidung ist als Rohr sehr einfach herzustellen und dient gleichzeitig als Wickelkörper für die daran anzubringenden Kunststoff-Faserverstärkung.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Trennhülse durch Kraft- und/oder Formschluss mit den Halteteilen verbunden ist. Durch die Verbindung einer Trennhülse mit zwei Halteteilen entsteht eine Spaltrohrkonstruktion und beim Ersatz eines Halteteiles durch ein Bodenteil entsteht ein Spalttopf.
Die Montage der mehrteiligen Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion erfolgt dadurch, dass die Trennhülse in einer Verbindungszone mit ihren Öffnungen an Halteteilen anliegt, die gegenüber einem Trennhülsen-Öffnungsquerschnitt einen geringfügig größeren und/oder kleineren Querschnitt aufweisen. Dazu sind an den Verbindungsstellen auf den äußeren und/oder inneren Umfang der Trennhülse einwirkende Spannelemente angeordnet. Dazu ist es auch möglich, im Bereich der Verbindungsstellen an den Halteteilen und/oder an den Spannelementen eine Verzahnung anzuordnen. Dies kann in der Wirkungszone der Spannelemente eine feinzahnige Profilierung nach Art eines Sägezahnprofils sein, welches den Vorteil hat, dass bei einem Zusammenpressen der miteinander zu fügenden Teile eine unlösbare Verbindung entsteht. Zudem verbessert eine solche Verzahnung die Dichtwirkung und die Kräfteübertragung zwischen den zu montierenden Teilen, da sich die Verzahnung in die Auskleidung fest eindrückt.
Dichtend an der Trennhülse anliegende zusätzliche und im Halteteil angeordnete Dichtmittel sind zur Verbesserung der Dichtwirkung vorgesehen. Dies können sicherheitshalber eingesetzte, an sich bekannte Dichtringe in Form von O-Ringen oder andere bekannte Dichtmittel sein.
Die Spannelemente können als Winkelringe oder als im Querschnitt veränderbare Ringelemente ausgebildet sein. Die Verbindung mit der Trennhülse erzeugen auf die Halteteile einwirkende Schraub- oder Schrumpfelemente. Dies können mit Hilfe von Schraubelementen zusammenpressbare Bauteile sein, mit deren Hilfe die Enden der Trennhülse dichtend gegen die Halteteile, oder umgekehrt, gepresst werden. Im elastischen Verformungsbereich der Halteteile angeordnete Abschnitte können somit zur kraftschlüssigen dichten Anlage an der Trennhülsenöffnung verformt werden. Auch ist es möglich, mit Hilfe von Steck- und/oder Schnappelementen die Trennhülse mit den Halteteilen zu verbinden.
Somit kann mittels einfach herzustellenden, hochfesten und keine Wirbelstromverluste erzeugende Trennhülsen schnell und einfach eine hermetisch dichte Spaltrohr- oder Spalttopf-Konstruktion erstellt werden. Bisher notwendige langwierige Aushärtezeiten entfallen. Die Spannelemente befinden sich außerhalb der gegeneinander abzusperrenden drehmomentübertragenden Teile und sind daher problemlos anzubringen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden nähert beschrieben. Es zeigen die
1 eine Trennhülse bei Verwendung an einem Spalttopf und die
2 eine Trennhülse bei Verwendung an einer Spaltrohrkonstruktion Im Ausführungsbeispiel der 1 ist eine Spalttopfkonstruktion gezeigt, wie sie bei Magnetkupplungsantrieben Verwendung findet. Hierbei ist eine als Rohrabschnitt ausgebildete Trennhülse 1 von einem in Wickeltechnik hergestellten, faserverstärktem, mehrlagigem Rohr abgetrennt worden. Die Öffnungen 2, 3 der Trennhülse 1 wirken mit Halteteilen 4, 5 zusammen. In der 1 ist das Halteteil 4 gleichzeitig als ein Bodenteil 6 einer mehrteiligen Spalttopfkonstruktion ausgebildet. Das Bodenteil 6 weist auf seinem Außenumfang eine Verzahnung 7 auf. Der Außenumfang 7 ist hier konisch gestaltet. Sein kleinster Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser der Trennhülse 1 und nimmt bis zu einem größten Außendurchmesser geringfügig zu. Zusätzlich ist in einer Nut des Halteteiles 4 ein Dichtmittel 8 angeordnet. Bei der Montage einer solchen Spalttopfkonstruktion wird das Bodenteil 6 mit dem Halteteil 4 in die Öffnung 2 der Trennhülse 1 eingepresst. Dabei erfolgt eine geringfügige Aufweitung der Trennhülse 1, wodurch diese unter erheblicher Zugspannung am Halteteil 4 anliegt. Die Verzahnung 7 bedingt eine innige Verbindung mit der Trennhülse 1 und verhindert somit unter Druckbelastung ein Lösen dieser Verbindung. Gleichzeitig übt die Verzahnung 7 gegenüber der Trennhülse 1 eine Dichtfunktion aus. Aus Sicherheitsgründen kann in das Halteteil 4 noch das zusätzliche Dichtmittel 8 eingelegt werden.
Der solchermaßen gebildete Spalttopf wird mit seiner anderen Öffnung 3 auf ein sich ebenfalls konisch erweiterndes Halteteil 5 aufgepresst. Über die Außenseite der Trennhülse 1 wird ein Spannelement 9 geschoben, welches eine der Konizität des Halteteiles 5 entsprechende konische Gegenfläche am Innendurchmesser aufweist. Mit Hilfe von Schraubelementen 10 wirkt das Spannelement 9 kräfteübertragend auf die Trennhülse 1 ein, wodurch diese dichtend gegen das Halteteil 5 gepresst wird. Auch hier kann ein zusätzliches Dichtmittel 8 am Halteteil 5 angeordnet sein.
Mit Hilfe dieses einfachen Aufbaues der Spalttopfkonstruktion, ist eine hermetisch dichte Ausbildung des gezeigten Magnetkupplungsantriebes möglich. Ein äußerer Rotor 11 kann somit drehmomentübertragend auf einen inneren Rotor 12 einwirken.
Die 2 zeigt in verkürzter Darstellung eine Spalttopfkonstruktion. Das Halteteil 5 weist hier, im Gegensatz zur Darstellung der 1, einen zylindrischen Außendurchmesser auf, der nach Art einer Passung mit der Öffnung 3 der Trennhülse 1 zusammenwirkt. Das Halteteil 5 kann hierbei Bestandteil eines Motorflansches von einem Spaltrohrmotor sein. Das Spannelement 9 ist hier zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem inneren Spannelement 9.1, welches als mehrteiliges Ringelement mit einem konischen Außendurchmesser gestaltet ist. Es wirkt mit einem ein- oder mehrteiligen äußeren Spannelement 9.2 zusammen, das unter der Wirkung von Schraubelementen 10 kräfteübertragend auf das innere Spannelement 9.1 einwirkt. Dadurch werden äußere Klemmkräfte auf den äußeren Umfang der Trennhülse 1 ausgeübt, wodurch diese dichtend gegen das Halteteil 5 gepresst werden. Die hier als Spaltrohr wirkende Trennhülse 1 ist mit ihrer anderen Öffnung 2 über ein Halteteil 4 geschoben, welches einen Abschnitt 13 aufweist, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Trennhülse 1 entspricht. In diesem Abschnitt 13 ist auch ein Dichtmittel 8 angeordnet. Daran schließt sich ein konisch verjüngender Abschnitt 14 an, der einen geringfügigen kleineren Durchmesser und damit kleineren Querschnitt aufweist, als der unbelastete Öffnungsquerschnitt der Trennhülse 1 wäre.
Auf den Außendurchmesser der Trennhülse 1 wirkt im Bereich der Öffnung 2 ein Spannelement 15 ein, welches als ein im Querschnitt veränderbares Ringelement ausgebildet ist. Darin integriert ist ein Schraubelement, mit dessen Hilfe der Öffnungsquerschnitt eines solchen Spannelementes verändert wird. Somit wird die Trennhülsenöffnung 2 dichtend gegen das Halteteil 4 gepresst. Das Halteteil 4 ist bei dieser Ausführungsform Bestandteil eines anderen Motorflansches. Nicht dargestellt sind Stator und Rotor eines Spaltrohrmotors, die zwischen den Halteteilen 4 und 5 angeordnet und durch die Trennhülse 1 flüssigkeits- und druckdicht voneinander getrennt sind.

Claims

Trennhülse (1), in Form eines hermetisch dichten Bauteiles zwischen zwei Räumen unterschiedlichen Druckes und/oder Medien, angeordnet zwischen zwei kräfteübertragenden Elementen, insbesondere eine Trennhülse (1) einer mehrteiligen Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion, wobei Öffnungen (2, 3) der Trennhülse (1) dichtend an Halteteilen (4, 5) anliegen, und Befestigungs- sowie Dichtungsmittel (8) die Teile der Spalttopf- oder Spaltrohrkonstruktion dichtend miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülse (1) als Rohrabschnitt eines in Wickeltechnik hergestellten, faserverstärkten, mehrlagigen Rohr ausgebildet ist.
Trennhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülsen (1) von einem als Halbzeug ausgebildeten Rohr abgetrennt sind.
Trennhülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Wickelkörper ausgebildete, aus dünnem Metall oder Kunststoff bestehende dichte Auskleidung mit einer darüber aufgewickelten Faserverstärkung das Rohr bildet.
Trennhülse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung außenseitig mit einer Deckschicht versehen ist.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülse (1) durch Kraft- und/oder Formschluss mit den Halteteilen (4, 5) verbunden ist.
Trennhülse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halteteil (4) als ein Bodenteil (6) ausgebildet ist.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülse (1) in einer Verbindungszone mit ihren Öffnungen (2, 3) an Halteteilen (4, 5) anliegt, die gegenüber einem Trennhülsen-Öffnungsquerschnitt einen geringfügig größeren und/oder kleineren Querschnitt aufweisen.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstellen auf den äußeren und/oder inneren Umfang der Trennhülse (1) einwirkende Spannelemente (9–9.2) angeordnet sind.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Halteteilen (4, 5) und/oder an den Spannelementen (9–9.2) eine Verzahnung (7) angeordnet ist.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dichtend an der Trennhülse (1) anliegende zusätzliche Dichtmittel (8) im Halteteil (4, 5) angeordnet sind.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (9–9.2) als Winkelringe ausgebildet sind.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (9–9.2) als im Querschnitt veränderbare Ringelemente ausgebildet sind.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Halteteile (4, 5) einwirkende Schraub- oder Schrumpfelemente (10) die Verbindung mit der Trennhülse (1) erzeugen.
Trennhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Steck- und/oder Schnappelemente Trennhülse (1) mit den Halteteilen (9–9.2) verbindet.