CH676740A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Anmeldung betrifft eine magnetische Flüssigkeitsdichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 2,

Der Polspalt ist der sogenannte Arbeitsluftspalt. Eine begrenzende Fläche rotiert, die andere steht. Im Falle einer rotierenden Welle ist die rotierende Fläche sehr gross, d.h. axial lang (Rotationsachse = Wellenachse}, und die stehende Fläche ist axial kurz und relativ klein,* im Falle einer stehenden Welle ist die stehende Fläche gross (weil die stehende Welle axial baut) und die rotierende Fläche klein (weil sie axial kurz baut). Die jeweils axial kurz bauende Fläche kann auch als Polschuh bezeichnet werden.

Die axial länger bauende Fläche kann selbstverständlich auch eine zylindrische Führungsfläche, z.B. für einen Kugellagersitz, sein. Der Poischuh ist also z, B. eine relativ dünne gestanzte, weichmagnetische Scheibe. Der Polschuh kann auch eine permanentmagnetische, in radialer Richtung magne-tisierte, z.B. gesinterte Scheibe sein. Die räumliche Gestalt des Polschuhs muss nicht scheibenförmig sein. Der Polschuh kann also aus dem Magnetpolring selber bestehen und ist dann ein Material hoher Remanenz.

Zwischen der rotierenden und stehenden Fläche wird durch das Feld, das durch diesen Arbeitsluftspalt oder Polspalt oder eben den Luftspalt zwischen rotierender und stehender Fläche gebildet wird, durchsetzt und die magnetisch leitende und elektrisch schwach leitende Flüssigekeit eingebracht. Durch die Feldkräfte in diesem Arbeits-luftspalt oder Polspalt wird diese Flüssigkeit dort gehalten, auch wenn beiderseits desselben erheblicher Druckunterschied besteht.

Bekannte Anordnungen der eingangs genannten Art bestehen oft aus ein oder zwei ebenen Scheiben und einem zwischen diesen liegenden axial ma-gnetisierten Permanentmagnet. Die beiden Scheiben bestehen aus magnetisierbarem Material und bilden je einen Polschuh für je einen Luftspalt. Mindestens der Spalt zwischen einem Poischuh und einer Welle wird mit einer magnetisch leitenden Flüssigkeit gefüllt und dichtet somit einen über der Dichtung liegenden Raum von einem unter der Dichtung ieigenden Raum ab (Fig. 1). Üblicherweise ist eine solche magnetische Dichtung in einem Motor so eingebaut, dass die drehende Welle den magnetischen Rückschluss über die beiden Polschuhe bildet und diese somit nicht rotieren.

Es gibt aber auch Systeme, wo es vorteilhaft ist, die Welle stillstehen zu lassen. In diesem Falle muss die Dichtung, d.h. müssen die Polschuhe, rotieren (Fig. 2).

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Anordnungen der oben genannten Dichtungen zu vereinfachen.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und 2 angegeben.

Die erfindungsgemässe Dichtung ist im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen dieser Art einteilig ausgebildet, ist dadurch in der Bauhöhe kompakter und billiger zu fertigen. Durch die axial verkürzte Fläche des Polschuhs im Bereich des magnetisch wirksamen Luftspalts wird die Flüssigkeitsreibung verringert und zudem magnetisch leitende Flüssigkeit (Dichtflüssigkeit) eingespart.

Die einteilige Ausführung erspart zusätzliche Nacharbeit gegenüber den bekannten Dichtungen, deren Bauteile noch zueinander fixiert werden müssen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, sowie aus den abhängigen Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch eine bekannte Anordnung einer Dichtung mit «rotierender» Welle,

Fig. 2: einen Schnitt durch eine bekannte Anordnung einer Dichtung mit stehender Welle,

Fig. 3; einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung einer Dichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 4: einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung,

Fig. 5: einen Schnitt durch den Polring gemäss Fig. 3,

Fig. 6: einen Schnitt durch den Polring gemäss Fig. 4.

Gleiche oder gleichwirkende Teile werden in nachfolgenden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nur einmal beschrieben. Die Ausdrücke oben, unten beziehen sich auf die Darstellung in der jeweiligen Figur.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1 (beispielsweise eines Elektromotors), die in einem Lager 2 läuft. Das Lager 2 (Wälzlager oder Gleitlager) ist in einem Lagertragteil 3 befestigt. Oberhalb des Lagers 2 ist eine Dichtung 4 im Lagertragteil so eingebaut, dass der über dieser liegende von dem unter dieser liegenden Raum abgedichtet wird. Die Dichtung 4 besteht aus einem Permanentmagnetring 5, beidseitigen Polschuhen 6 und einer Flüssigkeit mit magnetischer Leifähigkeit, die im Polspalt 7 zwischen den Polschuhen 6 und der Welle 1 eingebracht ist und dadurch die Polspalte aktiviert.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Welle 1 feststeht und das Lagertragteil 3 mitsamt der Dichtung 4 rotiert. Die übrigen Teile sind bereits in Fig. 1 beschrieben.

Der verwendete Ausdruck «stehende Welle» bedeutet, dass dasselbe Teil als Welle (rotierend) als auch als Achse (feststehend) verwendet werden kann und «... die um eine Achse rotierende Fläche ...» bedeutet hier die geometrische Achse.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel mit der Welle 1, auf der eine Dichtung 20 angebracht ist Die Dichtung 20 besteht aus nur einem Teil, das als Polring 25 ausgebildet ist. Die radiale Abmessung des Dichtspaltes 7 beträgt etwa 0,1 mm. Die Dichtflüssigkeit ist elektrisch und magnetisch leitend. Der Polring 25 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Magnetmaterial hoher Remanenz, wodurch im eingebauten, gefüllten Zustand eine bedingt druckfeste Dichtung und eiek-

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trisch schwach leitende Verbindung zwischen Welle und Rotor entsteht. Die Übergangswiderstände in der Grössenordnung von 10 kn bis 1Ma (je nach Bauform, Füllgrad, Materialeigenschaft der leitenden Dichtflüssigkeit) reichen aus, um statische Auf-tadungen, wie sie z.B. in Plattenantrieben durch Luftreibung entstehen, sicher abzuleiten. Der Polring 25 kann auch aus einem sogenannten Kunststoffmagnetmaterial bestehen. Insbesondere sind dazu kunststoffgebundene SmCo-Magnete oder andere mit hoher Remanenz gut geeignet. Zur Erzielung der elektrischen Ableitung muss der Polring 25 einseitig metallisch bedampft werden mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 bis 1 um Kupfer oder Nickel.

Der Polschuh bzw. Polring kann auch als abgestufter Ring 35 ausgebildet sein (Fig. 4). Die Magnetisierung kann (wie auch beim Ausführungsbei-spiei in Fig. 3) in radialer oder axialer Richtung erfolgen.

In. Fig. 5 und 6 sind die Polringe 25, 35 als Einzelteile nochmals dargestellt, und zwar in beiden Magnetisierungsrichtungen. Der Polring 25 ist in radialer und der Polring 35 in axialer Richtung magneti-siert, welches durch die Eintragung der Magnetpole N/S verdeutlicht wird.

Die axiale Magnetisierung hat den zusätzlichen Vorteil, dass kein Rückschluss über Motor- bzw. Lagerteile erfolgt und dass zwei benachbarte Magnetpole, axial im Luftspalt angeordnet, auch bei magnetisch schwächerem Material hohe Feldstärken im Luftspalt (Polspalt 7) erzeugen können.

In den Figuren 3 und 4 sind nur Ausführungsbeispiele mit rotierender Welle dargestellt. Diese Ausführungen sind selbstverständlich auch entsprechend umkehrbar (d.h. mit stehender Welle).

Claims (11)

Patentansprüche

1. Magnetische Flüssigkeitsdichtung mit einem magnetischen Kreis, in welchem ein Permanentmagnet zur Erregung dient, mit mindestens einem mit magnetisch leitfähiger Flüssigkeit gefüllten Polspalt, den das Erregerfeld senkrecht durchsetzt, der durch eine stehende und eine um eine Achse rotierende Fläche begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die stehende gegenüber der rotierenden axial kurzen Fläche sich in radialer Richtung als Querschnitt erweitert.

2. Magnetische Flüssigkeitsdichtung mit einem magnetischen Kreis, in welchem ein Permanentmagnet zur Erregung dient, mit mindestens einem mit magnetisch leitfähiger Flüssigkeit gefüllten Polspalt, den das Erregerfeld senkrecht durchsetzt, der durch eine stehende und eine um eine Achse rotierende Fläche begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende gegenüber der stehenden axial kurzen Fläche sich in radialer Richtung als Querschnitt erweitert.

3. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial kurze, sich erweiternde Querschnittsfläche die eines zur Erzeugung des Flusses oder Feldes dienenden Permanentmagneten oder die eines weichmagnetischen Polringes oder Polschuhes (25, 35) ist.

4. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet ein in radialer Richtung magnetisierter Polring (25,35) ist.

5. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polring (25, 35) die axial kurze Fläche radial aussen hat.

6. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial kurze Fläche nicht rotiert und ihr Körper auf einer stehenden Welle (1) aufsitzt, vorzugsweise axial unmittelbar neben einem den magnetischen Kreis mitbildenden Kugellager (2), wobei vorzugsweise die rotierende Fläche axial mindestens etwa so lang ist wie die axial maximale Breite des Körpers.

7. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polring (25, 35) die axial kurze Fläche radial innen hat.

8. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial kurze Fläche nicht rotiert und ihr Körper in eine Lagerbohrung eines Lagertragteiles (3) eingepasst ist.

9. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial kurze Fläche rotiert und ihr Körper auf einer Welle (1) aufsitzt, vorzugsweise axial unmittelbar neben einem den magnetischen Kreis mitbildenden Radialkugellager (2), wobei vorzugsweise die rotierende Fläche axial mindestens etwa so lang ist wie die axial maximale Breite des Körpers.

10. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der permanentmagnetische Polschuh als abgestufter Ring (35) ausgebildet ist.

11. Magnetische Flüssigkeitsdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (35, 25) im Bereich des magnetisch wirksamen Polspalts (7) axial magnetisiert ist.

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