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Die Erfindung betrifft eine Magnet-Kupplungsanordnung zum Verbinden einer Abtriebswelle eines Antriebes mit einer Antriebswelle einer Arbeitsmaschine sowie einer Vorrichtung mit einer solchen Magnet-Kupplungsanordnung. Dazu ist eine Nabe vorgesehen, die Momente übertragend auf einer ersten Welle, beispielsweise der Antriebswelle, der Abtriebswelle oder einer Gelenkwelle zwischen dem Antrieb und der Arbeitsmaschine festlegbar ist. Die Nabe weist einen Hohlraum auf, in dem ein erster Satz Magnete, bevorzugt umlaufend auf der Innenseite des Hohlraumes und in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander, angeordnet ist. Ein Gelenkwellenkopf ist in dem Hohlraum der Nabe angeordnet. An dem Gelenkwellenkopf ist umlaufend ein zweiter Satz Magnete angeordnet, wobei der Gelenkwellenkopf und die Nabe Momente übertragend mit einer der Wellen, z.B. der Antriebswelle, Abtriebswelle oder der Gelenkwelle gekoppelt ist. Die Koppelung von Antrieb mit Arbeitsmaschine kann direkt durch unmittelbares Festlegen des Gelenkwellenkopfes auf einer der beiden Antriebs- oder Abtriebswellen oder über eine separate Welle, eine Gelenkwelle, erfolgen. Insbesondere ist die Nabe Momente übertragend auf der Abtriebswelle des Antriebes festlegbar, während der Gelenkwellenkopf Momente übertragend an der Antriebswelle der Arbeitsmaschine gekoppelt ist, grundsätzlich ist aber auch eine umgekehrte Zuordnung von Nabe und Gelenkwellenkopf zu den Wellen des Antriebes und der Arbeitsmaschine möglich, beabsichtigt und verwirklicht. Darüber hinaus ist die Anordnung der Nabe oder Naben auf einer Gelenkwelle und die Ausgestaltung der Antriebs- und Abtriebswellen mit Gelenkwellenköpfen möglich, beabsichtigt und verwirklicht.
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Für Maschinen, bei denen Fehlstellungen, Exzentrizitäten oder ein Versatz zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine auszugleichen sind, die über ein übliches Ausgleichsvermögen herkömmlicher Kupplungen hinausgehen, werden häufig Gelenkwellen eingesetzt. Gelenkwellen sind hinsichtlich einer elektrischen Trennung der Arbeitsmaschine von der Antriebsmaschine nachteilig, ebenso wenig ist es möglich, über Gelenkwellen eine Begrenzung des zu übertragenden Drehmomentes zu erreichen. Weiterhin bestehen Schwierigkeiten, wenn eines der beiden Gehäuse der Maschinen eine nachfolgende Abdichtung beispielsweise aus Explosionsschutzgründen benötigt.
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Die AT 3 350 E als gattungsbildende Vorveröffentlichung betrifft eine permanentmagnetische Kupplung zur Übertragung von Drehbewegungen oder Drehmomenten zwischen einem antreibenden und einem angetriebenen Organ, die zueinander im Wesentlichen koaxial angeordnet sind, gegebenenfalls durch eine Wand aus nichtmagnetischem Material hindurch. Sowohl das eine Organ als auch das andere Organ weist Magnete auf, die auf dem antreibenden Organ und auf dem angetriebenen Organ auf Oberflächen mit unterschiedlichem mittleren Radius angeordnet sind. Eines der Organe weist zwei Sätze mit je mehreren Magneten auf, die um die Achse verteilt sind, wobei die Sätze in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind und in axialer Richtung zwischeneinander einen Satz von Magneten einschließen, die ebenfalls um die Achse verteilt und von dem anderen Organ getragen sind. Die von einem der Organe getragenen Magnete weisen eine axiale Magnetisierung und die von dem anderen Organ getragenen Magnete weisen eine radiale Magnetisierung auf. Die Kupplung gestattet es, eine Bewegung zwischen zwei versetzten Wellen zu übertragen. Sie gestattet es, jedes Organ und die auf das jeweils andere Organ ausgeübten Vibrationen zu isolieren. Die Kupplung kann sich wie eine Kardanverbindung bzw. ein Kardangelenk in einem begrenzten Amplitudenbereich verhalten.
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Die
DE 21 06 183 A betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen zwischen einer gestellfesten Einheit in einer ein- und aufschiebbaren oder auswechselbaren Einheit, insbesondere zum Antrieb einer in einer Entwicklungseinrichtung angeordneten Umwälzpumpe in einem elektrostatischen Kopiergerät. Die Übertragung erfolgt durch eine Dauermagnetkupplung, deren eine Hälfte in der bewegbaren Einheit und deren anderen von einem Motor angetriebenen Hälfte in der gestellfesten Einheit gelagert ist.
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Die
DE 32 37 197 A1 betrifft ein Handstück mit einem in diesem untergebrachten Motor, der einen Rotor aufweist. Permanentmagnete sind im Inneren des Handstückes derart angeordnet, dass sie mit auf einer Scheibe angeordneten Permanentmagneten, die sich diametral gegenüberstehen, eine magnetische Kupplung zur Übertragung des Rotordrehmomentes auf eine Welle, die an der Scheibe angeordnet ist, ausbilden.
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Die
DE 76 17 184 U1 betrifft eine Permanentmagnetpumpe, bei der ein Pumpenlaufrad und ein mit dem Pumpenlaufrad drehfest verbundener Innenläufer von einem Außenläufer eines Motors über eine Permanentmagnetsantriebskupplung angetrieben werden. Der Innenläufer und der Außenläufer sind jeweils mit einem geschlossenen Kranz aus einer gleichen, geraden Anzahl von Permanentmagneten wechselnder Polarität besetzt. Innenläufer und Außenläufer können Magnetzylinder ausbilden, zwischen dem Innenläufer und dem Außenläufer ist ein Luftspalt vorhanden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnet-Kupplungsanordnung zum Verbinden einer Arbeitsmaschine mit einer Antriebsmaschine bereitzustellen, die eine erhöhte Toleranz gegenüber Fehlausrichtungen und Momentenspitzen von Antriebswelle und Abtriebswelle aufweist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Magnet-Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Figur offenbart.
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Die erfindungsgemäße Magnet-Kupplungsanordnung zum Verbinden einer Abtriebswelle eines Antriebes mit einer Antriebswelle einer Arbeitsmaschine mit einer Nabe, die einen Hohlraum aufweist, wobei in der Nabe ein erster Satz Magnete angeordnet ist und mit einem Gelenkwellenkopf der in dem Hohlraum der Nabe angeordnet ist, wobei an dem Gelenkwellenkopf umlaufend ein zweiter Satz Magnete angeordnet ist, sieht vor, dass der Gelenkwellenkopf und die Nabe Momente übertragend entweder mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle gekoppelt sind, wobei der Gelenkwellenkopf um einen Winkel α verkippt in dem Hohlraum der Nabe angeordnet ist, so dass sich ein asymmetrischer Spalt zwischen der Nabe und dem Gelenkwellenkopf ausbildet und der Gelenkopf innerhalb des Hohlraumes in einem Führungslager gelagert istDie Erfindung ist insbesondere bei einer Ausgestaltung einer Arbeitsmaschine als Pumpe und einem Antrieb als Motor, insbesondere als Elektromotor vorteilhaft einsetzbar. Durch die Ausgestaltung der Magnet-Kupplungsanordnung, die auch als Magnet-Gelenkanordnung bezeichnet werden kann, zwischen der Arbeitsmaschine und dem Antrieb ist es möglich, eine elektrische Isolierung der beiden Komponenten voneinander zu erreichen, so dass keine vagabundierenden Kriechströme aufgrund von Induktionen in die Arbeitsmaschine eingeleitet werden können. Darüber hinaus wird bei Drehmomentspitzen bei der Kraftübertragung durch die Magnetkupplung eine automatische Überlastsicherung bereitgestellt, die nach Verringerung des Antriebsdrehmomentes unterhalb des Überlastniveaus zuverlässig arbeitet, ohne dass eine Wartung oder Reparatur notwendig wäre. Während es bei den Kupplungsanordnungen zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine aus dem Stand der Technik vorgesehen ist, dass kein Wellenversatz vorliegt, um minimale Spalte zwischen den Magneten auf dem Gelenkwellenkopf und dem Magneten in dem Hohlraum der Nabe zu verwirklichen, ist erfindungsgemäß ein Verkippungswinkel α vorgesehen, über den es ermöglicht wird, Montageungenauigkeiten sowie Fertigungstoleranzen auszugleichen. Aufgrund der berührungslosen Kraftübertragung der MagnetKupplung wird eine verschleißfreie Drehmomentübertragung realisiert, die zudem kein mechanisches Drehzahllimit aufgrund der Lagerung der Wellen, insbesondere einer separaten Gelenkwelle aufweist. Eine Querkrafteinleitung in die jeweiligen Wellenzapfen wird minimiert und Vibrationen von dem Abtrieb werden nicht oder nur gedämpft auf die Arbeitsmaschine übertragen. Die Momentenübertragung erfolgt stoßfrei und vibrationsfrei, was den Verschleiß der Arbeitsmaschine und des Antriebes verringert. Aufgrund der nicht vorhandenen mechanischen Reibung bei der Drehmomentübertragung verringert sich die Geräuschentwicklung der Gesamtvorrichtung aus Antrieb, Arbeitsmaschine und Magnet-Gelenkanordnung.
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Die Nabe kann Momente übertragend auf der Abtriebs- und/oder Antriebswelle oder einer Gelenkwelle festgelegt oder ausgebildet sein. Wird eine direkte Verbindung zwischen Abtriebswelle und Antriebswelle über die Magnet-Kupplungsanordnung hergestellt, ist an einer Welle die Nabe und an der anderen Welle der Gelenkwellenkopf angeordnet oder ausgebildet. Bei einer zwischengeschalteten Gelenkwelle kann diese zwei Gelenkwellenköpfe, zwei Naben oder eine Nabe und einen Gelenkwellenkopf aufweisen, die beiden anderen Wellen sind mit korrespondierenden Gelenkwellenköpfen oder Naben versehen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein erster Gelenkwellenkopf an einem ersten Ende einer Gelenkwelle angeordnet ist, dass an einem zweiten Ende der Gelenkwelle ein zweiter Gelenkwellenkopf angeordnet ist und dass beide Gelenkwellenköpfe in je einem Hohlraum zweier Naben angeordnet sind, die mit der Abtriebswelle und der Antriebswelle Momente übertragend festgelegt sind, wobei die Gelenkwellenköpfe und die Naben zueinander korrespondierend ausgebildet sind. Alternativ zu einer Ausgestaltung der Gelenkwelle mit zwei Gelenkwellenköpfen an ihren Enden ist es auch möglich, an den Enden der Gelenkwelle Naben oder topfartige Aufnahmen mit Hohlräumen für die Magnete anzuordnen, die in den Naben oder Hohlräumen angeordnet sind und die Enden der Antriebswelle und Abtriebswelle mit Gelenkwellenköpfen zu versehen, an deren Außenseite die Magnete angeordnet sind, also eine geometrische Umkehr der Anordnung von Wellenkopf und Nabe vorzusehen. Ebenso ist es möglich, dass an einer Seite der Gelenkwelle ein Gelenkwellenkopf und an dem anderen Ende eine Nabe angeordnet ist, wobei an den jeweils zugeordneten Enden der Abtriebswellen und Antriebswellen eine korrespondierende Ausgestaltung mit einer Nabe und einem Gelenkwellenkopf vorgesehen ist. An beiden Enden der Gelenkwelle ist somit eine Kombination aus Nabe und Wellenkopf vorgesehen, was einen größeren Versatz zwischen den Abtriebswellen und den Antriebswellen ermöglicht, so dass grundsätzlich auch nicht parallele, nicht fluchtende Achsen der Wellen in der Gesamtkonstruktion zugelassen werden können. Aufgrund des asymmetrischen Spaltes zwischen den Naben und den Wellenköpfen wird ein entsprechender Versatz oder eine Fehlausrichtung der Achse der Wellen toleriert. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Gelenkwelle entweder von der Antriebswelle oder von der Abtriebswelle gebildet, so dass lediglich eine Paarung aus Nabe und Wellenkopf die Magnet-Gelenkanordnung ausbildet.
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Zwischen der Nabe und dem Wellenkopf, insbesondere dem Gelenkwellenkopf, kann ein Spalttopf angeordnet sein, über den es möglich ist, eine leckagefreie Abdichtung zwischen der Arbeitsmaschine und der Antriebsmaschine auszubilden. Es können auch zwei Spalttöpfe vorgesehen sein, die an der Arbeitsmaschine, dem Antrieb oder an der Gelenkwelle angeordnet sein können. Über den Spalttopf ist eine statische Abdichtung des Aufbaus möglich, was insbesondere bei hermetisch abzudichtenden Arbeitsmaschinen von Vorteil ist. Ebenso können explosive Medien oder hochaggressive Medien in der Arbeitsmaschine verarbeitet, beispielsweise verpumpt werden, ohne dass ein Strom- oder Materialdurchgang in die Arbeitsmaschine erfolgt und das zu verpumpende Medium mit elektrischen Komponenten oder auch mit der Außenatmosphäre in Kontakt kommt.
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Der Wellenkopf, insbesondere der Gelenkwellenkopf, ist in einer Weiterbildung der Erfindung in dem Spalttopf gelagert, beispielsweise über ein Rollenlager oder in einer Gleitlagerung, wobei das Rollenlager den Winkelversatz ausgleicht und bevorzugt als Tonnenlager oder Pendelrollenlager ausgebildet ist. Durch eine ballige Ausgestaltung der Gleitlagerung ist es möglich, einen entsprechenden Versatz der Wellen zueinander zu tolerieren.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Außenkontur des Wellenkopfes, also des Antriebs- oder Abtriebswellenkopfes oder des Gelenkwellenkopfes und die Innenkontur des Hohlraumes, der den Wellenkopf mit den Magneten aufnimmt, zylindrisch sind, was eine Fertigung sowohl der Wellenköpfe als auch der Hohlräume erleichtert. Um den asymmetrischen Spalt zwischen Nabe und Wellenkopf zu ermöglichen, ist der Außendurchmesser des Wellenkopfes kleiner als der Innendurchmesser der Nabe. Die Durchmesserdifferenz und damit die maximale Spaltweite ist im Wesentlichen abhängig von dem Versatzwinkel und der Einführtiefe des Wellenkopfes in die Nabe und ist bevorzugt so gewählt, dass ein minimaler Spalt entsteht. Die Dimensionierung erfolgt auf der Grundlage der beabsichtigten Einsatzbedingungen, Aufstellsituation und Konstruktionsparametern. Die Drehachse des jeweiligen Gelenkwellenkopfes ist bevorzugt in einem Winkel zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 0,5° und 1,5° zu der Drehachse der Antriebswelle und/oder der Abtriebswelle orientiert.
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Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Außenkontur des Wellenkopfes konvex und die Innenkontur des Hohlraumes zylindrisch oder konkav ausgebildet sind. Durch die von der zylindrischen Kontur abweichende Kontur der Wellenköpfe und des Hohlraumes ist es möglich, einen Winkelversatz auszugleichen und zumindest in einer Orientierung der Welle einen gleichmäßigen, also über die Länge der Magnete gleichbleibenden Abstand zwischen dem Hohlraum der Nabe und dem Wellenkopf zu realisieren.
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Die Nabe kann auf der jeweiligen Welle formschlüssig, beispielsweise über ein Polygonalprofil oder über eine Passfeder festgelegt werden, wodurch es möglich ist, unterschiedliche Naben auf den jeweiligen Wellen anzuordnen und die Naben den jeweiligen Wellenköpfen anzupassen.
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Eine Vorrichtung mit einem Antrieb mit einer Abtriebswelle, einer Arbeitsmaschine mit einer Antriebswelle und mit einer Magnet-Kupplungs- oder Gelenkanordnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, sieht erfindungsgemäß vor, dass die Arbeitsmaschine und der Antrieb fest miteinander verbunden sind, beispielsweise über eine Fixierung der jeweiligen Gehäuse aneinander. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind zueinander versetzt angeordnet, vorteilhafterweise jedoch achsparallel, so dass nur ein einzelner Fluchtungsfehler der Achsen der jeweiligen Wellen zueinander auftritt und über den Spalt zwischen der Nabe und dem jeweiligen Wellenkopf ausgeglichen werden muss.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Arbeitsmaschine und der Antrieb fluchtend zueinander ausgerichtet sind, vorteilhafterweise ist das Gehäuse der Arbeitsmaschine und das Gehäuse des Antriebes fluchtend zueinander ausgerichtet.
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Die Arbeitsmaschine ist in einer Ausgestaltungsform der Erfindung als Schraubenspindelpumpe oder Exzenterschneckenpumpe ausgebildet, die insbesondere zur Förderung von Lebensmitteln, hochviskosen Medien, Kohlenwasserstoffen sowie aggressiven Medien geeignet sind. Der Versatzwinkel zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle liegt zwischen 0,5° und 5°, bevorzugt zwischen 0,5° und 1,5°, wodurch einerseits eine ausreichende Momentenübertragung und andererseits eine ausreichende Fehlertoleranz hinsichtlich des Versatzes der Achsen der Wellen zueinander erreicht werden kann.
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Der Antrieb und die Arbeitsmaschine können miteinander verflanscht sein, wobei die Magnet-Kupplungsanordnung in einem separaten Gehäuse angeordnet sein kann, das zwischen dem Antrieb und der Arbeitsmaschine angeflanscht ist. Alternativ dazu ist die Magnet-Kupplungsanordnung in einem der Gehäuse des Antriebes oder der Arbeitsmaschine angeordnet.
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Die Vorrichtung aus Antrieb und Arbeitsmaschine kann auch als Downhole-Förderaggregat ausgestaltet sein und zur Förderung von Kohlenwasserstoffen dienen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren bezeichnen gleiche Komponenten. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung der Kopplung einer Abtriebswelle eines Antriebes und einer Antriebswelle einer Arbeitsmaschine über eine Gelenkwelle;
- 2 eine Schnittdarstellung einer direkten Anbindung einer Abtriebswelle mit einem Gelenkwellenkopf und einem Spalttopf;
- 3 eine Variante der 2 ohne Spalttopf; sowie
- 4 eine Variante der 2 mit einer direkten Anbindung des Gelenkwellenkopfes an einer Antriebswelle.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Vorrichtung mit einem Antrieb 10 und eine Arbeitsmaschine 20, die über eine Gelenkanordnung miteinander gekoppelt sind. Der Antrieb 10 weist eine Abtriebswelle 1 auf, die über eine Passfeder 10 formschlüssig mit einer ersten Nabe 11 Momente übertragend verbunden ist. Statt einer Passfeder 6 kann auch eine andere formschlüssige Kopplung zwischen der Abtriebswelle 1 und der Nabe 6 ausgebildet sein, beispielsweise über eine Polygonalverzahnung oder eine andere formschlüssige Kopplung.
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Die Nabe 11 weist einen Hohlraum 12 auf, der topfförmig ausgebildet ist und an seinem inneren Umfang einen Magnetsatz 13 aufweist, der in Umfangsrichtung mit einer alternierenden Polung ausgebildet ist. Innerhalb des Hohlraumes 12 ist ein Gelenkwellenkopf 14 angeordnet, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenkontur hat, die mit der Innenkontur des Hohlraumes 12 der Nabe 11 korrespondiert. Zwischen der Außenkontur des Gelenkwellenkopfes 14 und der Innenkontur des Hohlraumes 12 ist ein Spalt 50 ausgebildet. An dem Außenumfang des Gelenkwellenkopfes 14 ist ein zweiter Satz Magnete 15 befestigt, der ebenfalls in einer alternierenden Polung angeordnet ist. Über die beiden Magnetsätze 13, 15 ist es möglich, eine berührungslose Momentenübertragung zwischen dem Antrieb 10 über die Abtriebswelle 1 und die Nabe 11 auf den Gelenkwellenkopf 14 vorzunehmen.
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Die Nabe 11 weist innerhalb des Hohlraumes 12 eine Hülse 111 auf, die einstückig mit der Nabe 11 ausgebildet ist. Die Hülse 111 kann alternativ als separates Bauteil ausgebildet sein. Die Hülse 111 dient zur Aufnahme eines Führungslagers 4 in Gestalt eines Rollenlagers, beispielsweise als Pendelrollenlager oder Toroidalrollenlagers. In dem Lager 4 wird der Gelenkwellenkopf 14 mittels eines Führungszapfens 141 drehbar gelagert, über die mechanische Lagerstelle des Führungslagers 4 erfolgt keine Momentenübertragung.
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Das Drehmoment, das von der Abtriebswelle 1 auf den Gelenkwellenkopf 14 übertragen wird, wird über eine Gelenkwelle 16 weitergeleitet. Die Gelenkwelle 16 überträgt das Drehmoment auf einen zweiten Gelenkwellenkopf 24, der an dem dem ersten Gelenkwellenkopf 14 gegenüberliegenden Ende der Gelenkwelle 16 angeordnet ist. An der Außenseite des zweiten Gelenkwellenkopfes 24 ist ein Satz Außenmagnete 25 in alternierender Polung angeordnet. Ein zentraler Zapfen 241 des zweiten Gelenkwellenkopfes 24 ist in einem zweiten Führungslager 35 statt in einer Nabenhülse in einer Hülse 31 eines Spalttopfes 3 gelagert, der entweder an einer zweiten Nabe 21 oder aber separat an einem Gehäuse befestigt ist. Durch den Spalttopf 3 wird eine vollständige, hermetische Trennung zwischen dem Antrieb 10 und der Arbeitsmaschine 20 erreicht.
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Der zweite Gelenkwellenkopf 24 ist drehbar innerhalb des Spalttopfes 3 gelagert, der Spalttopf 3 kann auch stationär festgelegt sein. Der Spalttopf 3 weist einen inneren Hohlraum 32 auf, in dem der zweite Gelenkwellenkopf 24 umläuft und hat eine im Wesentlichen zylindrische, topfförmige Innen- und Außenkontur.
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Der Spalttopf 3 ist in einem Hohlraum 22 der zweiten Nabe 21 angeordnet, an dem Innenumfang des Hohlraums 22 ist ein zweiter Magnetsatz 23 angeordnet, der ebenfalls eine alternierende Polung aufweist, so dass das Drehmoment der Gelenkwelle 16 über die Außenmagnete 25 und die Innenmagnete 23 auf die Nabe 21 übertragen werden kann. Die Nabe 21 ist über eine Passfeder 6 formschlüssig auf einer Antriebswelle 2 der Arbeitsmaschine 20 festgelegt, analog zu der Befestigung der Abtriebswelle 1 ist auch eine andere formschlüssige Kopplung zwischen der Nabe 21 und der Antriebswelle 2 vorgesehen.
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Die Abtriebswelle 1 des Antriebes 10 ist versetzt zu der Antriebswelle 2 der Arbeitsmaschine 20 angeordnet, so dass sich eine Schiefstellung der Gelenkwelle 16 zu der Orientierung sowohl der Antriebswelle 2 als auch der Abtriebswelle 1 vorliegt. Dies führt zu einer Verkippung des Gelenkwellenkopfes 14, 24 in dem Hohlraum 12, 22 der jeweiligen Nabe 11, 21 um einen Winkel α, so dass sich ein asymmetrischer Spalt 50 zwischen der Nabe 11, 21 und dem jeweiligen Gelenkwellenkopf 14, 24 ausbildet. Die Verkippung um den Winkel α und der asymmetrische Spalt 50 werden später erläutert.
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Die Arbeitsmaschine 20 und der Antrieb 10 können miteinander verflanscht sein und eine modular aufgebaute Vorrichtung, beispielsweise ein Downhole-Förderaggregat, ausbilden, bei dem der Antrieb 10 als Elektromotor und die Arbeitsmaschine 20 als Pumpe ausgebildet ist. Ebenso ist es möglich, dass ein Gelenkwellenkopf unmittelbar an der Abtriebswelle 1 oder der Antriebswelle 2 angeordnet ist, so dass die Zwischenschaltung einer separaten Gelenkwelle 16 unterbleiben kann. Über den Spalttopf 3 werden der Antrieb 10 und die Arbeitsmaschine 20 leckagefrei und statisch getrennt. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Spalttopf 3 zwischen der ersten Nabe 11 und dem ersten Gelenkwellenkopf 14 anzuordnen, ebenso können zwei Spalttöpfe 3 vorgesehen sein, die zwischen den Naben 11, 21 und den Gelenkköpfen 14, 24 angeordnet sind.
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In 2 ist in einer schematischen Schnittdarstellung eine Variante der Ausgestaltung gemäß 1 gezeigt, bei der statt einer separaten Gelenkwelle 16 mit zwei Gelenkwellenköpfen 14, 24 an den jeweiligen Enden nur ein Gelenkwellenkopf 24 an einem Ende einer Abtriebswelle 1 eines nicht dargestellten Antriebes vorhanden ist. In der 2 ist der Verkippungswinkel α zu erkennen, der den Versatz der Drehachse 240 der Abtriebswelle 1 bzw. des Gelenkwellenkopfes 24 zu der Drehachse 200 der Antriebswelle 2 der Arbeitsmaschine 20 zeigt. Die Verkippung findet in dem Mittelpunkt des Führungslagers 5 innerhalb des Spalttopfes 3 statt. Durch die Anbindung des Gelenkwellenkopfes 24 unmittelbar an der Abtriebswelle 1 ist es möglich, einen Antrieb 10 und eine Arbeitsmaschine 20 auf kurze Entfernung miteinander zu koppeln und auch dort einen Montageversatz zwischen dem nicht dargestellten Antrieb 10 und der schematisch dargestellten Arbeitsmaschine 20 auszugleichen und darüber hinaus die Vorteile einer berührungsfreien und anderweitig entkoppelten Momentenübertragung zu verwirklichen. Der Gelenkwellenkopf 24 kann einstückig mit der Abtriebswelle 1 ausgebildet oder an der Abtriebswelle 1 formschlüssig oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschrauben, eine Polygonalverzahnung oder Verschweißen oder aber auch über Passstifte oder Passfedern festgelegt werden.
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Eine weitere Variante der Erfindung ist in der 3 gezeigt, in der eine unmittelbare Anbindung eines schematisch dargestellten Antriebs 10 über eine Abtriebswelle 1 und einen Gelenkwellenkopf 14 ohne einen Spalttopf 3 an einer Nabe 11 gezeigt ist. Auch hier ist der Verkippungswinkel α zu erkennen, der zwischen der Drehachse 140 der Abtriebswelle 1 und der Drehachse 200 der Antriebswelle 2 vorhanden ist.
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Sowohl in der 2 als auch in der 3 sind zur Vereinfachung der Herstellung die Gelenkköpfe 14, 24 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Umfangswandung ausgebildet, die in dem ebenfalls im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 12, 22 der jeweiligen Nabe 11, 21 aufgenommen sind. Aufgrund der Verkippung um den Winkel α ergibt sich ein asymmetrischer Spalt 50, der zeichnerisch angedeutet ist. In der 2 ist das obere, dem Antrieb zugewandte Ende des Gelenkwellenkopfes 24 wesentlich näher an dem Spalttopf 3 als das gegenüberliegende untere Ende, da die Drehachse 140 der Abtriebswelle 1 nach oben verkippt ist, während bei der Darstellung gemäß 3 das untere Ende des Gelenkwellenkopfes 14 wesentlich näher an den Magneten 13 ist als das obere Ende. Im Bereich der größten Entfernung der Innen - und Außenmagnete voneinander ergibt sich eine geringere Momentenübertragung, wohingegen im Bereich der größten Annäherung eine maximale Drehmomentübertragung erfolgt. Vorteilhafterweise liegt der Drehpunkt der Verkippung, also die Mitte der jeweiligen Führungslager 4, 5 in der Mitte der Länge der Innen- und Außenmagnete, zumindest in der Mitte der Außenmagnete, so dass sich eine gleichmäßige Momentenübertragung ergibt, da auf diese Art und Weise eine gleichmäßige Momentenübertragungsverteilung stattfindet. Bevorzugt ragen die Innenmagnete nicht aus dem Hohlraum heraus, um Übertragungsverluste zu vermeiden.
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In der 4 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, bei der der grundsätzliche Aufbau dem gemäß 2 entspricht, die Ausführungen zur 2 gelten entsprechend, jedoch mit dem Unterschied, dass ein Antrieb oder Motor 10 über eine Abtriebswelle 1 unmittelbar auf eine Nabe 21 wirkt, in der die Innenmagnete 23 als zweiter Magnetsatz umlaufend angeordnet sind. Ein Spalttopf 3 ist in der zylindrischen Ausnehmung oder in dem zylindrischen Hohlraum 22 innerhalb der Nabe 21 angeordnet, der Spalttopf 3 kann einen Außendurchmesser aufweisen, der dem Innendurchmesser des Hohlraums 22 im Wesentlichen entspricht. Der in der 4 dargestellte Spalt zwischen dem Hohlraum 22 und der Außenkontur des Spalttopfes 3 kann im montierten Zustand des Spalttopfes 3 minimiert sein.
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Innerhalb des Spalttopfes 3 ist um den Winkel α verkippt der Gelenkwellenkopf 24 gelagert. An dem Gelenkwellenkopf 24 ist die Antriebswelle 2 für eine nicht dargestellte Arbeitsmaschine 20 angeformt oder in einer anderen Ausführungsform daran festgelegt, beispielsweise über eine Passfeder, eine Presspassung oder über eine andere formschlüssige Verbindung.
