Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetkupplung mit kunststoffummanteltem Innenrotor mit am Umfang angeordneten Magnetelementen, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Innenrotors sowie die Verwendung einer solchen Magnetkupplung.
Magnetkupplungen werden herkömmlicherweise beispielsweise für Kreiselpumpen verwendet. Der Aussen- und Innenrotor einer solchen Kreiselpumpe ist durch einen Spalttopf getrennt. Dabei sollte der Abstand zwischen den beiden Rotoren resp. der an den Rotoren angebrachten Magnetelementen möglichst klein gehalten sein, damit eine möglichst grosse Übertragungsleistung erzielt werden kann. Andererseits ist der Innenrotor durch einen Kunststoffüberzug vor dem durch die Pumpe zu fördernden Medium zu schützen.
Die Magnetelemente des Innenrotors müssen dafür fest mit diesem verbunden werden, da hier durch die Umdrehung des Rotors grosse Fliehkräfte entstehen. Diese Befestigung wird herkömmlicherweise beispielsweise mittels Hülsen realisiert. Diese Hülsen weisen allerdings eine verhältnismässig grosse Dicke auf, womit die Übertragungsleistung entsprechend stark vermindert wird.
Als weitere Lösung ist bekannt, die Magnetelemente mittels eines hochwarmfesten Klebers am Innenrotor zu befestigen. Diese Lösung ist insbesondere im Hinblick auf die Überprüfbarkeit der Güte dieser Verbindung problematisch.
Weiter können die Magnetelemente mit Rückhalteelementen, beispielsweise einer Schwalbenschwanzkonstruktion, versehen sein, wodurch sie formschlüssig mit dem Innenrotor verbunden sind. Dies erfordert allerdings eine aufwändige und kostspielige Konstruktion des Innenrotors und der Magnetelemente.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, eine einfache und zuverlässige Befestigung der Magnetelemente am Innenrotor zu erreichen, ohne die oben erwähnten Nachteile in Kauf zu nehmen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Magnetelemente durch mindestens ein endlos umlaufendes Band aus nichtmagnetisierbarem Material am Innenrotor gehalten sind. Bevorzugterweise ist das Band aufgeschrumpft. Im Gegensatz zur Lösung mit einer starren Hülse passt sich das Band der Form der Magnetelemente am Umfang des Innenrotors an. Dadurch entfällt beispielsweise das Rundschleifen der montierten Magnetelemente. Gleichzeitig werden die Magnetelemente beim Aufspritzen der Kunststoffummantelung durch das resp. die Bänder in Position gehalten. Das Band verhindert auch, dass sich die Kunststoffummantelung des Rotors im Betrieb durch den Druck der Magnetelemente infolge der Zentrifugalkraft gegen den Spalttopf ausbeult und dadurch der Innenrotor und damit die Pumpe bremst oder festlaufen lässt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Band ein dünnwandiges, flexibles Band aus einer hochwarmfesten nichtmagnetisierbaren Metalllegierung besteht. Ein derartiges Band kann erwärmt werden und im warmen Zustand über die Magnetelemente geschoben werden. Durch das Abkühlen kommt das Band dann formschlüssig an die Magnetelemente zu liegen. Die Anpresskraft ist dabei auch genügend gross, um den beim Aufspritzen der Kunststoffschicht auftretenden Drücken von ca. 80 bis 120 bar standzuhalten.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Bandes nahe beim Ausdehnungskoeffizient des Grundmateriales des Innenrotors liegt. Dadurch wird verhindert, dass beim Erwärmen der Innenrotoranordnung durch den Spritzvorgang, bei dem Temperaturen von bis zu 360 DEG C erreicht werden, die Spannung im Band zu gross wird oder sich das Band oder die Magnetelemente lösen können. Dies wird damit ebenfalls beim normalen Pumpenbetrieb verhindert, wo sich der Innenrotor ebenfalls erwärmen kann oder wenn das Fördermaterial erwärmt ist.
Vorzugsweise wird ein solcher Innenrotor hergestellt, indem die Magnetelemente am Umfang des Innenrotors positioniert werden, danach wenigstens ein endlos umlaufendes Band aus nichtmagnetisierbarem Material erwärmt und über die Magnetelementanordnung aufgeschoben wird und anschliessend der Innenrotor mittels eines Spritzverfahrens mit Kunststoff ummantelt wird.
Bevorzugterweise wird eine erfindungsgemässe Magnetkupplung bei Pumpenantrieben, insbesondere bei Spalttopf-Kreiselpumpen, verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Magnetkupplungskonstruktion;
Fig. 2 den Querschnitt durch den Randbereich eines erfindungsgemässen Innenrotors;
Fig. 3 den Längsschnitt durch den Bereich von Fig. 2.
In Fig. 1 ist der Querschnitt durch eine Spalttopf-Kreiselpumpe 1 dargestellt. Dabei ist der mit dem Pumpenrad 2 verbundene innere Rotor 3 der Magnetkupplung ersichtlich. Der äussere Rotor 4 ist vom inneren Rotor 3 durch einen Spalttopf 5 dicht abgetrennt. Durch die Verwendung einer solchen Magnetkupplung sind zwischen dem Antriebsstrang und dem Pumpenrad 2 keine drehenden Dichtungen notwendig.
Zum Schutz des inneren Rotors 3 vor dem Fördermedium ist dieser mit einem Kunststoff ummantelt. Beispielsweise wird dafür ein thermoplastischer, fluorhaltiger Kunststoff verwendet, welcher im Spritzverfahren auf das Rotorrad aufgebracht wird. Dabei treten Temperaturen von ca. 360 DEG C und Drücke von 80 bis 120 bar auf.
Weiter ist hier beispielsweise als Schutz vor dem Fördermedium eine Keramik-Hohlwelle 6 als Teil des Gleitlagers vorgesehen, wobei der Verbindungsbolzen 7 des Pumpenrades 2 und des Innenrotors 3 durch eine mit Schnapphaken versehenen Abdeckkappe 8 geschützt ist.
Ein vergrösserter Ausschnitt des äusseren Innenrotorbereiches ist in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Der Innenrotor 3 weist ein beispielsweise aus ferritischem Stahl bestehendes Rotorrad 9 auf, an dessen Umfang Magnetelemente 10 angeordnet sind. Diese Magnetelemente werden nun erfindungsgemäss beispielsweise durch zwei Bänder 11a, 11b gehalten. Darum herum ist die Kunststoffummantelung 12 des Innenrotors ersichtlich. Damit sich die Magnetelemente 10 in achsialer Richtung nicht verschieben können, sind am Umfang des Rotorrades 9 vorstehende Begrenzungskanten vorhanden. Diese erleichtern insbesondere die genaue Positionierung der Magnetelemente 10 auf dem Rotorrad 9.
Die Verwendung von zwei Bändern 11a, 11b hat den Vorteil, dass zusätzliche Brücken 12 min der Kunststoffummantelung 12 zwischen benachbarten Magnetelementen 10 vorhanden sind, wie in Fig. 3 ersichtlich. Diese verhindern zusätzlich ein Ausbeulen der äusseren Kunststoffummantelung infolge der Zentrifugalkraft und verhindern damit, dass diese mit dem Spalttopf 5 in Berührung kommen. Dadurch können kleine Spalttopfabstände realisiert werden, was die Übertragungsleistung der Magnetkupplung erhöht, indem der Abstand zwischen den Magnetelementen 10 des Innenrotors 3 und den Magnetelementen 13 des Aussenrotors 4 klein gehalten werden kann.
Durch die Verwendung der Bänder 11a, 11b zur Befestigung der Magnetelemente 10 können diese einfach auf dem Rotorrad 9 positioniert werden und brauchen nicht nachbearbeitet zu werden, wie dies der Fall ist, wenn beispielsweise eine Hülse mit rundem Innendurchmesser zu diesem Zweck aufgesteckt wird. Die Bänder 11a, 11b legen sich einfach entsprechend der Kontur der Magnetelemente formschlüssig an diese an. Dadurch können auch keine Hohlräume zwischen den Magnetelementen und den Bändern entstehen, welche durch den Kunststoff nicht ausgefüllt werden könnten.
Ebenfalls lässt sich die Festigkeit dieser Befestigung durch die Materialangaben leicht bestimmen. Die Qualität der Befestigung lässt sich ausserdem jederzeit zerstörungsfrei optisch überprüfen; selbst in fertigem Zustand ist eine optische Prüfung durch die vorteilhafterweise lichtdurchlässige Kunststoffummantelung möglich. Dies ist bei einer Klebeverbindung nicht der Fall, wo die Qualität der Verbindung nur zerstörend überprüfbar ist.