(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ装置のポンプケーシングによって形成された内部空間と、
閉込缶によって包囲されたチャンバを、前記ポンプケーシングによって形成された前記内部空間に対して気密封止するように構成された閉込缶と、
回転軸を中心として回転するように駆動可能に構成されたインペラシャフトと、
該インペラシャフトの一端部に配置されたインペラと、
前記インペラシャフトの他端部に配置された内側ロータと、
駆動モータと、
該駆動モータによって前記回転軸を中心として回転するように駆動可能に構成された駆動シャフトと、
該駆動シャフト上に配置されると共に、前記内側ロータと相互作用するように構成された外側ロータと
を備え、
該外側ロータがハブ及び第１のキャリア要素を有する、ポンプ装置、特に、磁気カップリングポンプ装置において、
前記外側ロータ（２２）が、前記ハブ（２３）と前記第１のキャリア要素（２８）との間に中空円筒区域（２５）を有しており、
前記駆動シャフト（２０）に対する前記外側ロータ（２２）の軸方向の固定が、締結要素（３５）によって成され、
前記締結要素（３５）が、一端部に第１の雄ネジ山（３７）を有し、かつ前記第１の雄ネジ山（３７）の反対側に位置する端部に第２の雄ネジ山（３８）を有しており、
前記第１の雄ネジ山（３７）と前記第２の雄ネジ山（３８）との間にスペーサ区域（３９）が位置しており、
前記中空円筒区域（２５）及び前記ハブ（２３）の肉厚が、前記第１のキャリア要素（２８）の最大肉厚よりも薄くなっており、
前記中空円筒区域（２５）の周方向の壁（２５ａ）と前記第１のキャリア要素（２８）の壁（２６）とによってセル（２７）が画定され、
前記セル（２７）が前記中空円筒区域（２５）と前記第１のキャリア要素（２８）とに跨って配置され、
前記スペーサ区域（３９）が、前記第１のキャリア要素（２８）の壁（２６）に当接し、かつ前記第１及び第２の雄ネジ山（３７，３８）の軸線方向にて前記セル（２７）全体に延びている、ポンプ装置。
【請求項２】
前記スペーサ区域の外径が、前記第１の雄ネジ山（３７）及び前記第２の雄ネジ山（３８）のそれぞれにおける外径よりも大きくなっている、請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記スペーサ区域（３９）が、前記第１の雄ネジ山（３７）に近い側に、拡大した外径を有するカラー（４０）を含んでいる、請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記スペーサ区域（３９）が、前記第１の雄ネジ山（３７）に近い側に、円錐状のテーパを付すように形成されている、請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記ハブ（２３）に、ネジ要素（４５）をねじ込むように構成された半径方向ネジ孔（４４）が形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ装置のポンプケーシングによって形成された内部空間と、閉込缶によって包囲されたチャンバを、ポンプケーシングによって形成された内部空間に対して気密封止するように構成された閉込缶と、回転軸を中心として回転するように駆動可能に構成されたインペラシャフトと、インペラシャフトの一端部に配置されたインペラと、インペラシャフトの他端部に配置された内側ロータと、駆動モータと、駆動モータによって回転軸を中心として回転するように駆動可能に構成された駆動シャフトと、駆動シャフト上に配置されると共に、内側ロータと相互作用するように構成された外側ロータとを備え、外側ロータがハブ及び第１のキャリア要素を有している、ポンプ装置、特に、磁気カップリングポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した形式のポンプ装置は、広く用いられており、かつほとんど全ての産業分野にて見ることができる。かかる形式の機械は、爆発性の環境においても用いられている。特に、化学分野における種々の製造設備及び運搬設備に対しては、防爆に関する特定のガイドラインが存在している。このような設備において、一方では、作業機械、例えば、ポンプ又はタービンが非電気的な装置として用いられ、他方では、動力機械、例えば、駆動モータが電気装置として用いられており、電気装置のための実績ある安全規格が長期間に渡って確立されてきている。上述の規格は、電気機械が種々の爆発性の環境にて使用可能となるように実施されなければならない構造的な対策を規定している。爆発性の雰囲気が生じる可能性のある領域では、発火源、すなわち、摩擦又は衝撃、摩擦熱、及び充電の結果としての火花の生成を回避しなければならず、爆発を誘起する可能性のある原因は、防止上の対策及び構造的な対策を行なうことによって認可されるようにしなければならない。防爆用のブロックモータ、特に、フランジタイプに設計される標準的なモータは、境界領域、具体的には、フランジ及びシャフトにおいて、モータの最大許容温度を越えない程度の熱しかモータ内に導入されてはならない。
【０００３】
最近では、磁気カップリングポンプ装置において、駆動モータ内への熱の導入が主にその駆動シャフトを通して生じることが分かってきている。なぜならば、磁気カップリングの外側の磁石キャリアは、媒体の温度及び渦電流損失による温度上昇の両方に晒されるからである。同じように加熱されているポンプケーシングに起因する外側の磁石キャリアからの乏しい熱逸散の影響に伴って、熱エネルギーが主に駆動シャフトに直接伝達されることになる。
【０００４】
特許文献１では、上述の問題は、ドライバーと呼ばれる外側ロータ及び駆動モータを、低熱伝導率の材料から構成された駆動手段を介して互いに駆動に関連して接続することによって回避されている。かかる文献の欠点としては、外側ロータに対して介在されている当該実施形態が高価となる点にある。その理由は、追加的な構成要素の必要性は別として、モータの転がり軸受のみならず、外側ロータを取り付けるための深溝ボール軸受もまた点検しなければならないということにある。さらに、熱バリア機能は、モータシャフトスタブの境界領域にしか存在していない。しかしながら、熱は、深溝ボール軸受の内輪に直接伝達されるので、内輪の膨張、ひいては、軸受の焼付きが生じ、その結果、寿命が短くなることとなる。冷媒を用いる実施形態の場合、外側ロータは、冷媒内にて回転するので、かなりの摩擦損失が生じ、その結果、ポンプの効率が著しく低下することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国実用新案第２９８１４１１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、送られる媒体の温度が上昇した場合に駆動モータの防爆を維持すると共に、軸方向及び半径方向の構造的空間を縮小し、かつ組立プロセスを簡素化することを可能とするポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基礎となる目的は、外側ロータがハブと第１のキャリア要素との間に中空円筒区域を有することによって達成されることになる。
【０００８】
ハブが第１のキャリア要素上に直接配置されず、中空円筒領域を介して駆動シャフトに接続されるという事実によって、外側の磁石キャリアから駆動シャフト、ひいては、駆動モータへの熱の導入が低減されることになる。
【０００９】
本発明の１つの改良形態では、中空円筒区域及びハブは、第１のキャリア要素に対して薄肉の形状に形成されている。中空円筒区域及びハブは、各々、ある特定の肉厚を備える壁を有している。中空円筒区域の壁の肉厚及びハブの壁の肉厚は、駆動シャフトの半径よりも小さくなっており、あらゆる状況下において、確実な捻れ強度及び曲げ疲労強度が確実に得られるように定められている。これによって、外側の磁石キャリアから駆動モータの駆動シャフトへの熱の導入がさらに低減されることになる。
【００１０】
１つの有利な改良形態では、駆動シャフトへの外側磁石キャリアの軸方向の固定が、固定要素によって成されるようになっている。
【００１１】
この場合、理想的には、当該固定要素は、一端部に第１の雄ネジ山を有し、かつ第１の雄ネジ山の反対側に位置する端部に第２の雄ネジ山を有しており、第１の雄ネジ山と第２の雄ネジ山との間にスペーサ区域が位置し、当該スペーサ区域の外径が、第１の雄ネジ山及び第２の雄ネジ山のそれぞれの外径よりも大きくなっている。
【００１２】
特に有利であることが実証されているものとしては、当該スペーサ区域が、第１の雄ネジ山に近い側に、拡大した外径を有するカラーを含むという改良形態がある。これによって、固定要素を正確に軸方向に位置決めし、かつ簡単に固定を行うことができる。
【００１３】
代替的には、当該スペーサ区域が、第１の雄ネジ山に近い側に、円錐状のテーパを付すように形成されてもよい。
【００１４】
好都合には、ハブに、ネジ要素をねじ込むように構成される半径方向ネジ孔が形成される。これによって、ポンプ装置が停止したとき、ハブは、作動中にハブと当接していた箇所において駆動シャフトと当接することになる。これによって、極めて高レベルのブレない回転精度が達成されることになる。
【００１５】
以下、図面に示されている本発明の例示的実施形態について、さらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による外側ロータを有する磁気カップリングポンプ装置の縦断面を示す図である。
【図２】図１に対応する外側ロータを拡大して示す図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、ポンプ部分及び電気部分を有する磁気カップリングポンプ装置の形態にあるポンプ装置１を示している。ポンプ装置１のポンプ部分は、遠心ポンプの多部品ポンプケーシング２を有している。ポンプケーシング２は、渦巻ケーシングとして構成された流体圧ケーシング３、ケーシングカバー４、軸受キャリアケージ５、及び接続要素６を備えている。
【００１８】
流体圧ケーシング３は、送達媒体を吸入するように構成された入口開口７を有すると共に、送達媒体を排出するように構成された出口開口８を有している。ケーシングカバー４は、入口開口７の反対側に位置する流体圧ケーシング３の側に配置されている。軸受キャリアケージ５は、流体圧ケーシング３から逸れたケーシングカバー４の側に固定されている。接続要素６は、ケーシングカバー４の反対側に位置する軸受キャリアケージ５の側に取り付けられている。電気部分を構成する駆動モータ９が、接続要素６の軸受キャリアケージ５の反対側に位置する側に配置されている。
【００１９】
閉込缶１０が、流体圧ケーシング３から逸れたケーシングカバー４の側に固定されており、当該閉込缶１０は、ポンプケーシング２によって、具体的には、ケーシングカバー４、軸受キャリアケージ５、及び軸受キャリア６によって画定された内部空間１１内に少なくとも部分的に延びている。閉込缶１０は、当該閉込缶１０によって閉鎖されたチャンバ１２を内部空間１１に対して気密封止している。
【００２０】
回転軸Ａを中心として回転可能なインペラシャフト１３が、流体圧ケーシング３及びケーシングカバー４によって画定された流通チャンバ１４から、ケーシングカバー４に設けられた開口１５を通って、チャンバ１２内に延びている。
【００２１】
インペラ１６が、インペラシャフト１３の（流通チャンバ１４内に位置する）シャフト端部に固定されており、チャンバ１２内に位置する内側ロータ１７が、反対側のシャフト端部に配置されている。この反対側のシャフト端部は、２つの拡径されたシャフト区域１３ａ，１３ｂを有している。内側ロータ１７は複数の磁石１８を備えている。これらの磁石１８は、閉込缶１０の方を向く内側ロータ１７の側に配置されている。
【００２２】
インペラ１６と内側ロータ１７との間には軸受配置要素１９が配置されている。軸受配置要素１９は、インペラシャフト１３に操作可能に接続されており、かつ回転軸Ａを中心として回転するように駆動可能になっている。
【００２３】
駆動モータ９は駆動シャフト２０を備えている。回転軸Ａを中心として駆動可能な駆動シャフト２０は、インペラシャフト１３に対して実質的に同軸上に配置されている。駆動シャフト２０は、接続要素６内に延びており、可能であれば、軸受キャリッジケージ５内に少なくとも部分的に延びている。駆動シャフト２０の自由端部には、複数の磁石２１を保持するように構成された外側ロータ２２が配置されている。磁石２１は、閉込缶１０の方を向く外側ロータ２２の側に配置されている。外側ロータ２２は、閉込缶１０を少なくとも部分的に覆って延びており、磁力による外側ロータ２２の回転が内側ロータ１７、ひいては、インペラシャフト１３及びインペラ１６を回転させるように、内側ロータ１７と相互作用するようになっている。
【００２４】
図２に拡大して示される外側ロータ２２は、外側殻面２４を有するハブ２３と、駆動モータ９から遠く離れる方を向くハブ２３の側に形成された中空円筒区域２５とを備えている。中空円区域２５は、壁２６によって画定されたセル２７を有している。外側ロータ２２は、閉込缶１０の方を向く中空円筒区域２５の側に形成又は配置されたフランジ状の第１のキャリア要素２８と、当該第１のキャリア要素２８上に形成又は配置され、かつ閉込缶１０を少なくとも部分的に包囲する中空円筒状の第２のキャリア要素２９とをさらに備えている。第２のキャリア要素２９上には磁石２１が配置されている。第１及び第２のキャリア要素２８，２９は、２つの相互作用可能な部品として図示されているが、一部品として製造されてもよい。
【００２５】
中空円筒区域２５は、肉厚Ｓ１の壁２５ａを有しており、ハブ２３は、肉厚Ｓ２の壁２３ａを有している。中空円筒区域２５及びハブ２３は、第１のキャリア要素２８に対して薄肉の形状に形成されている。肉厚Ｓ１，Ｓ２は、第１のキャリア要素２８の肉厚ｄ１よりも著しく小さくなっている。中空円筒区域２５の壁２５ａの肉厚Ｓ１及びハブ２３の壁２３ａの肉厚Ｓ２は、どのような状況においても、確実な捻れ強度及び曲げ疲労強度が得られるように定められている。肉厚Ｓ１，Ｓ２は、駆動シャフト２０の半径ｒよりもさらに小さくなっている。壁２５ａの肉厚Ｓ１は、好ましくは、壁２３ａの肉厚Ｓ２よりも小さくなっている。
【００２６】
通路孔３０が、ハブ２３を通って、ハブ２３と第１のキャリア要素２８との間に配置された中空円筒区域２５のセル２７内に延びており、当該通路孔３０はハブ内側面３１を形成している。回転軸Ａと平行に延びる軸方向溝３２が、ハブ内側面３１に設けられている。駆動シャフト２０に、軸方向溝３２の方を向くフェザーキー溝３３が形成されており、当該フェザーキー溝３３内に、モータトルクを外側ロータ２２のハブ２３に伝達するように、フェザーキー３４が挿入されている。駆動シャフト２０への外側ロータ２２の軸方向の固定は、締結要素（固定要素）３５によって成されている。
【００２７】
締結要素３５は、一端部に第１の雄ネジ山３７を有している。雄ネジ山３７は、回転軸Ａと同軸になるように駆動シャフト２０の面（平面）側に形成されたネジ孔３６内にネジ込まれるようになっている。締結要素３５は、第１の雄ネジ山３７の反対側に位置する端部に、第２の雄ネジ山３８を有している。第１の雄ネジ山３７と第２の雄ネジ山３８との間にはスペーサ区域３９が形成されている。スペーサ区域３９の外径は、第１の雄ネジ山３７及び第２の雄ネジ山３８のそれぞれの外径よりも大きくなっている。
【００２８】
締結要素３５は、スペーサ区域３９が駆動シャフト２０の面（平面）側に当接するまで、第１の雄ネジ山３７によってネジ孔３６にねじ込まれるようになっている。図１及び図２に示される実施形態では、スペーサ区域３９は、第１の雄ネジ山３７に近い側に、拡大した外径を有するカラー４０を含んでいる。カラー４０は、駆動シャフト２０に当接するようになっている。カラー４０は、好ましくは、六角形状か又は少なくとも２つのレンチ平面を有している。代替的に、スペーサ区域３９は、第１の雄ネジ山３７に近い側に、円錐状のテーパを付すように形成され、かつネジ孔３６の円錐状入口領域に当接するようになっていてもよい。
【００２９】
第２の雄ネジ山３８は壁２６の開口４１を貫通しており、締結要素３５のスペーサ区域３９は壁２６に当接するようになっている。駆動シャフト２０への外側ロータ２２の軸方向の固定は、ネジ付きナット４２を第２の雄ネジ山３８の周りにねじ込むことによって達成される。これによって、外側ロータ２２を正確に軸方向に位置決めし、かつ簡単に固定することができる。さらに、通路孔４３が、外側ロータ２２から駆動シャフト２０に熱を伝達させる材料を最小限に抑えるように、締結要素３５の一方の面（平面）側から他方の面（平面）側に延びている。代替的に、通路孔４３に代わって、有底孔が設けられてもよい。この有底孔は、第１の雄ネジ山３７に近い面側からスペーサ区域３９に近い箇所若しくはスペーサ区域３９内まで延びてもよいし、又は第２の雄ネジ山３８に近い面側からカラー４０若しくはカラー４０を越える箇所まで延びてもよい。
【００３０】
図３は、ハブ２３に半径方向ネジ孔４４が形成されていることを示している。半径方向ネジ孔４４内に、ネジ要素４５、特に、グラブネジがねじ込まれるようになっている。駆動シャフト２０の方を向くネジ要素４５の端部は、好ましくは、円錐台形状であるとよい。ネジ孔４４は、ここでは矢印Ｍによって示される駆動シャフト２０の回転方向における軸方向溝３２に対して、約３５°から約５５°までの間の角度α、好ましくは、４０°から５０°までの間の角度α、好ましくは、約４５°の角度αで定常的に配置されている。必要に応じて、さらなるネジ孔４４（図示せず）がハブ２３にその軸に沿って設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ポンプ装置
２  ポンプケーシング
３  流体圧ケーシング
４  ケーシングカバー
５  軸受キャリアケージ
６  接続要素
７  入口開口
８  出口開口
９  駆動モータ
１０  閉込缶
１１  内部空間
１２  チャンバ
１３  インペラシャフト
１３ａ  シャフト区域
１３ｂ  シャフト区域
１４  流通チャンバ
１５  開口
１６  インペラ
１７  内側ロータ
１８  磁石
１９  軸受配置要素
２０  駆動シャフト
２１  磁石
２２  外側ロータ
２３  ハブ
２３ａ  壁
２４  外側殻面
２５  中空円筒区域
２５ａ  壁
２６  壁
２７  セル
２８  第１のキャリア要素
２９  第２のキャリア要素
３０  通路孔
３１  ハブ内側面
３２  軸方向溝
３３  フェザーキー溝
３４  フェザーキー
３５  締結要素
３６  ネジ孔
３７  第１の雄ネジ山
３８  第２の雄ネジ山
３９  スペーサ区域
４０  カラー
４１  開口
４２  ネジ付きナット
４３  通路孔
４４  ネジ孔
４５  ネジ要素
Ａ  回転軸
Ｓ１  中空円筒区域の肉厚
Ｓ２  ハブの肉厚
ｒ  駆動シャフトの半径
【図１】
0006423864.tif 000002
【図２】
0006423864.tif 000003
【図３】
0006423864.tif 000004