Das Pumpelement und die Flüssigkeit sind in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse einer Magnetkupplungspumpe untergebracht. Eine Magnetanordnung an der Außenseite des Gehäuses wird durch die Antriebswelle des Motors gedreht. Ein entsprechender Ring aus Magneten auf der Pumpenwelle steht diesem auf der Innenseite des Gehäuses gegenüber (Abbildung 1). Durch die gepaarten Magnete wird das Drehmoment über das Gehäuse übertragen. Der größte Vorteil einer Magnetkupplung besteht darin, dass keine rotierenden Dichtungen erforderlich sind und die damit verbundenen Probleme mit Leckagen, möglicher Kontamination und fortlaufender Wartung zur Übertragung des Drehmoments durch eine Barriere entfallen.

Die Grundprinzipien und Vorteile von Magnetkupplungsantrieben sind für Verdrängerpumpen wie Flügelzellenpumpen, Innenzahnradpumpen und Außenzahnradpumpen dieselben. Die gepumpte Flüssigkeit ist in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, dem sogenannten Sicherheitsbehälter, enthalten, wodurch die Gefahr einer Leckage ausgeschlossen ist.

Wie funktioniert eine Magnetkupplungspumpe?

Auf beiden Seiten des Spalttopfes am Pumpengehäuse befinden sich zwei konzentrische Ringe, an denen die verbundenen Magnete befestigt sind. Die Antriebswelle des Motors ist mit dem Außenring verbunden, während die Abtriebswelle des Laufrads mit dem Innenring verbunden ist. Jeder Ring verfügt über ungefähr die gleiche Menge identischer, passender und entgegengesetzter Magnete, die mit abwechselnden Polen um ihn herum positioniert sind. Häufig werden zur Herstellung der Magnete Seltenerdelemente wie Samarium oder Neodym mit anderen Metallen legiert. Samarium und Kobalt sowie Neodym, Eisen und Bor sind die typischsten Legierungskombinationen. Im Vergleich zu herkömmlichen Magneten haben diese komplexen Legierungen zwei entscheidende Vorteile:

Um ein bestimmtes Drehmoment aufrechtzuerhalten, ist eine geringere Masse erforderlich, was zu kleineren und einfacheren Pumpen führt.
Höhere Temperaturstabilität: Im Vergleich zu Standard-Eisenmagneten weisen Magnete aus Seltenerdlegierungen bei steigender Temperatur eine geringere Verringerung des magnetischen Drehmoments auf.

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Wenn sie Temperaturen über ihrer maximalen Betriebstemperatur ausgesetzt werden, können sich die Magnete in einer Magnetkupplungspumpe entmagnetisieren. Pumpen sollten nicht leer oder unter anderen Umständen betrieben werden, die bei Hochtemperaturanwendungen zu einem Wärmestau in der Pumpe führen könnten.

Der Raum zwischen den Magneten bestimmt das maximale Drehmoment, das in einer Magnetkupplungspumpe übertragen werden kann; Je kleiner der Spalt, desto größer die Drehmomentübertragung. Der Spalttopf und etwaige Schutzbeschichtungen der Magnete müssen in den Spalt einbezogen werden, was die Bauweise begrenzt. Insbesondere wenn die Förderflüssigkeit extrem viskos ist oder Partikel enthält, muss für einen sicheren Betrieb der Pumpe ein ausreichender Abstand zwischen den rotierenden Teilen und dem Spalttopf vorhanden sein. Für maximale Effizienz müssen alle Teile mit engen Toleranzen bearbeitet werden. Zusätzlich zu diesen technischen Aspekten ist das für die Konstruktion des Sicherheitsbehälters verwendete Material von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung einer hohen Kopplungseffizienz zwischen den beiden Magnetsätzen und für die Minimierung von Leistungsverlusten durch die Erzeugung von Wirbelströmen.

Die gepumpte Flüssigkeit wird eingetaucht und zur Schmierung des inneren Magnetrings, der Pumpenwelle und ihres Lagers verwendet. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass diese Komponenten so gestaltet sind, dass sie in der Umgebung effektiv funktionieren. Bei hochviskosen Flüssigkeiten kann es zu hohen Reibungsverlusten kommen und in einem abrasiven oder chemisch reaktiven Medium kann Lagerverschleiß ein Problem darstellen. Magnetkupplungspumpen eignen sich jedoch perfekt für die Förderung abrasiver, korrosiver und gefährlicher Flüssigkeiten, wenn die richtigen benetzten Materialien wie Siliziumkarbid, Thermoplaste, Edelstahl und Legierungen mit hohem Nickelgehalt verwendet werden.

Entkopplung

Bei der Auswahl eines Magnetantriebs ist es wichtig zu berücksichtigen, ob die Kupplung genügend Drehmoment übertragen kann, um den erforderlichen Durchfluss zu liefern. Typischerweise arbeitet die Kupplung synchron, das heißt, Motordrehzahl und Pumpendrehzahl sind gleich.

Extreme Betriebsbedingungen, die ein übermäßiges Drehmoment erzeugen, können Magnetantriebe beschädigen. Für jede Magnetkupplung ist ein maximales Drehmoment angegeben. Wenn dieser Wert überschritten wird, kann es passieren, dass die Pumpenwelle durchrutscht und ganz aufhört, sich zu drehen, und dass sich die Magnetringe lösen können. In diesem Fall muss der Motor gestoppt und neu gestartet werden, bevor die Last wieder angehoben werden kann. Wenn das Drehmoment während des Anlaufs viel höher ist als das, was unter typischen Betriebsbedingungen zu erwarten wäre, kann es zu einer Entkopplung kommen. Daher ist es bei der Dimensionierung einer Pumpe und einer Magnetkupplung für eine Anwendung von entscheidender Bedeutung, die Startbedingungen zu berücksichtigen.

Als Sicherheitsfunktion ermöglicht die Entkopplung ein automatisches Abschalten der Pumpe im Falle einer extremen Situation. Wenn die Pumpe über einen längeren Zeitraum in dieser Position betrieben wird, kann es zu einer irreversiblen Entmagnetisierung der Magnete kommen. Um den Beginn der Entkopplung zu erkennen, sind Leistungsmessgeräte empfehlenswert.

Vorteile

Der Hauptvorteil von Magnetantrieben besteht darin, dass es zu keinem Austritt des Fördermediums kommt. Magnete aus einer Seltenerdlegierung mit hoher Feldstärke ermöglichen eine kompakte Bauweise. Neue Baustoffe für Spalttopfe reduzieren wirbelstrombedingte Leistungsverluste.

Um Leistungsverluste zu reduzieren, ist es wichtig, bei der Auswahl eines Magnetkupplungsantriebs folgende Faktoren zu berücksichtigen:

Wie viel Drehmoment (Kraft) möchten Sie übertragen?
Wie hoch ist die Arbeitsgeschwindigkeit? (Geschwindigkeit oder U/min)
Was ist der Betriebstemperaturbereich?
Ist der Spalttopf erforderlich? Welchen Druckunterschied soll das Design berücksichtigen?
Maßangaben

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