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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragungen von Drehbewegungen auf einen drehbaren Gegenstand innerhalb eines geschlossenen Systems mit Hilfe eines Magnetantriebs. Der Magnetantrieb umfasst zwei Komponenten, von denen eine innerhalb des geschlossenen Systems angeordnet ist, und die andere außerhalb. Bei der Komponente außerhalb des geschlossenen Systems handelt es sich um eine Antriebseinheit, die einen magnetischen Antriebskopf drehantreibt. Die Komponente innerhalb des geschlossenen Systems umfasst mehrere Magnete, bevorzugt Permanentmagnete, die an einem Außenumfang des Gegenstands oder nahe eines Außenumfangs einer mit dem Gegenstand drehfest verbundenen oder verbindbaren Basisstruktur angeordnet sind. Eine Drehachse des magnetischen Antriebskopfs ist bevorzugt parallel oder senkrecht zu einer Drehachse des Gegenstands angeordnet.
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In der Industrie und der Verfahrenstechnik gibt es viele Anwendungsfälle, in denen eine Drehbewegung in ein zum Beispiel hermetisch abgeschlossenes System übertragen werden muss. In dem System befindet sich ein Medium, dass bearbeitet, zum Beispiel vermischt, bewegt oder gerührt werden muss. Handelt es sich bei dem Medium um einen gefährlichen, aggressiven oder giftigen Stoff, welcher zudem eine hohe Temperatur aufweisen und unter einem hohen Druck stehen kann, ist es von besonderer Bedeutung, dass eine absolute Dichtigkeit des Systems während der Bearbeitung des Stoffs gewährleistet ist.
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Es sind Systeme bekannt, bei denen im Inneren des geschlossenen Systems ein Flügel- oder propellerartiger Rotor angeordnet ist, der in eine Drehbewegung um eine in der Regel zentrale Drehachse versetzt werden kann, um das Medium zu durchmischen oder ein zur Trennung neigende Mischung homogen zu halten. Dabei ist der Antriebsmotor oftmals außerhalb des abgeschlossenen Systems oder Behälters angeordnet und überträgt eine Drehbewegung über eine abgedichtete Welle an den im Inneren des abgeschlossenen Systems angeordneten Durchmischer. Die Abdichtung der Welle ist dabei durch auftretenden Verschleiß und dadurch mögliche Leckagen eine potentielle Schwachstelle der Vorrichtung in Hinblick auf die Betriebssicherheit. Als eines von zahlreichen Beispielen wird hier die
DE 10 2012 005 640 A1 genannt, die eine Vorrichtung zum Reinigen von Permanentmagneten betrifft.
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Um das Auftreten von Leckagen an dem Durchgang für die mechanische Kupplung zu vermeiden, sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen das Drehmoment einer außerhalb eines geschlossenen Behälters liegenden Antriebseinheit über eine magnetische Kupplung an den Durchmischer im Innenbereich des Behälters übertragen wird. Bei den bekannten Lösungen ist die Antriebseinheit stets koaxial mit der Rotationsachse des Durchmischers angeordnet. Diese Anordnung bedingt eine Vergrößerung der Bauhöhe der Vorrichtung, was nachteilig ist, wenn der Einbauraum für die Vorrichtung begrenzt ist. Beispielhaft sei hier die
DE 603 17 091 T2 genannt, die ein Gerät zur Verarbeitung von Lebensmitteln betrifft, bei dem ein Werkzeug des Geräts über einen koaxial angeordneten Magnetabtrieb angetrieben wird.
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Es besteht daher Bedarf an einer Vorrichtung mit einem geschlossenen Behälter mit einer im Inneren des Behälters drehbar angeordneten Komponente und einem außerhalb des Behälters angeordneten Antriebseinheit, die an unterschiedliche Einbausituationen besser angepasst werden kann, als bekannte Vorrichtungen.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen Merkmale, die die Vorrichtung des Anspruchs 1 vorteilhaft weiterbilden können.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung einer Drehbewegung in ein abgeschlossenes System mit Hilfe eines Magnetantriebs. Der Magnetantrieb treibt einen im Inneren des abgeschlossenen Systems drehbar gelagerten Gegenstand oder eine Basisstruktur, mit der der Gegenstand drehfest verbunden ist oder verbunden werden kann, an. Letzteres bedeutet, dass der Gegenstand lösbar mit der Basisstruktur verbunden werden kann, so dass der Gegenstand, zum Beispiel ein Rührwerkzeug oder ein Schneidewerkzeug, je nach zu bewältigender Aufgabe, ausgetauscht werden kann. Die Lagerung kann beispielweise eine Anordnung von Lagern sein, auf denen der Gegenstand/die Basisstrukturstruktur aufliegt, oder ein Lager, mit dem der Gegenstand/die Basisstrukturstruktur mit einer Achse, bevorzugt einer ortsfesten Achse, verbunden ist, wobei sich der Gegenstand/die Basisstruktur um diese Achse drehen kann. Schließlich kann der Gegenstand eine Achse umfassen, die in einem Lager, das abgeschlossene System umfasst, drehgeführt wird. Grundsätzlich umfasst die Erfindung jegliche bekannte Art von Drehlagerung, die der Drehbewegung des Gegenstands möglichst wenig Widerstand entgegensetzt.
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Der Gegenstand respektive die Basisstruktur weist an oder nahe einem Außenumfang eine Vielzahl von Magneten, bevorzugt Permanentmagneten auf, die gemeinsam mit wenigstens einer außerhalb des abgeschlossenen Systems angeordnete Antriebseinheit, die einen magnetischen Antriebskopf drehantreibt, ein Magnetgetriebe oder den magnetischen Antrieb ausbilden. Eine Drehachse des magnetischen Antriebskopfs ist dabei im Wesentlichen bevorzugt parallel oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Gegenstands angeordnet. Grundsätzlich ist jedoch jede Winkellage zwischen achsparallel und senkrecht zur Achse des Gegenstands möglich. Das heißt, solange die Drehachse des Gegenstands und die Drehachse des Antriebskopfes in einer gemeinsamen Ebene liegen, ist gewährleistet, dass der Magnet des Antriebskopfes die Vorrichtung zuverlässig antreibt. Liegen die Drehachse des Gegenstands und die Drehachse des Antriebskopfes in unterschiedlichen Ebenen, verschlechtert sich die Antriebsleistung mit zunehmendem Abstand der Ebenen respektive der Achsen zueinander.
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Der drehbare Gegenstand, der im Folgenden auch als Werkzeug bezeichnet wird und immer auch für die Basisstruktur steht, ist bevorzugt in einem axialen Endbereich des abgeschlossenen Systems angeordnet, das heißt, zum Beispiel oben, das heißt, nahe zum Beispiel einem Behälterdeckel, oder unten, das heißt, nahe einem Behälterboden, in einem das abgeschlossene System bildenden Behälter. Der Gegenstand kann aber auch in einer beliebigen anderen axialen Position im abgeschlossenen System angeordnet sein.
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Der magnetische Antriebskopf kann einen wenigstens zweipoligen Magneten, zum Beispiel einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, umfassen. Die Drehrichtung mit der die Antriebseinheit den Antriebskopf antreibt, kann umkehrbar sein.
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Ob dabei die Antriebseinheit koaxial oder orthogonal zur Drehachse des Gegenstands angeordnet wird, kann beispielsweise davon abhängen, wo, das heißt, an welcher Stelle, die Vorrichtung in einer Anlage eingebaut wird, und insbesondere von dem für den Einbau zur Verfügung stehenden Platz. Bei einer Vorrichtung mit einer Drehachse des Gegenstands, die senkrecht zu einer Basisstruktur der Anlage gerichtet ist, kann bei einer koaxialen Anordnung der Antriebseinheit die Antriebseinheit relativ zu der Basisstruktur der Anlage oberhalb oder unterhalb des magnetischen Antriebskopfs angeordnet sein.
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Bei dem abgeschlossenes System kann es sich um einen zum Beispiel hermetisch verschließbaren Behälter halten, der wenigstens einen Einlass für ein in den Behälter einzugebendes Medium umfasst und einen Auslass. Bevorzugt sind der Einlass und der Auslass wiederverschließbar, im Falle eines hermetisch verschließbaren Behälters hermetisch dichtend wiederverschließbar. Der Einlass oder einer der Einlässe kann eine Zuführung von einem Reinigungsmedium ermöglichen, um den Behälter spülen zu können, was insbesondere bei chemisch reinen Verfahren erforderlich sein kann. Die Spülflüssigkeit, speziell bei einem giftigen Stoff, kann über den oder einen Auslass in einen hermetischen abgeschlossenen Auffangbehälter abgeleitet werden. Das heißt, der Behälter kann Teil eines Systems sein, aus dem kein Stoff unkontrolliert entweichen kann. Solche Systeme werden zum Beispiel in der chemischen Industrie verwendet. Der Behälter selbst kann eine beliebige Form haben, zum Beispiel eine runde, ovale, quadratische rechteckige, vieleckige oder jede andere Umfangsform. Ein Durchmesser des Behälters kann über seine axiale Länge konstant oder beliebig veränderbar sein.
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Bei dem Medium kann es sich um eine Flüssigkeit, mehrere Flüssigkeiten oder eine oder mehrere Flüssigkeiten und einen lösbaren oder zumindest mit der Flüssigkeit, den Flüssigkeiten vermischbaren Stoff, zum Beispiel ein Pulver handeln. Das Medium kann auch ein Gas umfassen, das mit einer der Flüssigkeiten oder dem Stoff reagiert oder als Katalysator für einen chemischen Vorgang dient. Alternativ kann das Medium auch ein oder mehrere pulverförmige Komponenten umfassen, die ohne eine Zugabe von Flüssigkeit vermischt werden. Dabei können die einzelnen Elemente des Pulvers zum Beispiel kugelförmig sein, so dass sie einer Rührbewegung weniger Widerstand entgegensetzen, als zum Beispiel ein Pulver aus amorphen Elementen. Schließlich kann das Medium auch ein kompakter Feststoff sein, der in den Behälter eingegeben und im Behälter zerkleinert wird. Ausgeschlossen ist ebenso nicht, dass das Medium ein Gemisch aus Gas und/oder Flüssigkeit und/oder Feststoff ist.
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Der innerhalb des Behälters drehbar gelagerte Gegenstand kann dementsprechend eine Rührwerkzeug oder ein Schneidewerkzeug im weitesten Sinne sein. Andere Werkzeuge können zum Einsatz kommen, wenn die Aufgabe eine andere als die Vermischung und/oder Zerkleinerung eines Mediums oder Stoffs ist.
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Das Werkzeug kann mit einer plattenförmigen bevorzugt rotationssymmetrischen, und besonders bevorzugt kreisförmigen Basisstruktur verbunden respektive verbindbar sein. Die Magnete respektive die Permanentmagnete können in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zur Drehachse der Basisstruktur und/oder des Gegenstands oder Werkzeugs um diese Drehachse angeordnet sein, wenn die Basisstruktur kreisrund ist. In Umfangsrichtung der Basisstruktur oder des Werkzeugs weisen die Magnete/Permanentmagnete im Wesentlichen identische Abstände zueinander auf, das heißt, sie sind gleichmäßig über den Außenumfang der Basisstruktur oder des Werkzeugs verteilt. Dabei können die Magnete/Permanentmagnete über Abstandshalter aus einem bevorzugt nichtmagnetischen Material miteinander verbunden sein, so dass ein Ring von Magneten gebildet wird, der als separates Bauteil mit der Basisstruktur/dem Werkzeug dauerhaft oder lösbar verbunden werden kann. Wenn die Basisstruktur eine Platte ist, können die Magnete/Permanentmagnete mit der Oberseite, der Unterseite oder der die Ober- und Unterseite verbindenden Umfangsseite verbunden sein. Die Magnete oder Permanentmagnete können auch formschlüssig in der Basisstruktur befestigt oder auf andere Weise mit der Basisstruktur gefügt, beispielsweise verklebt, sein. Nicht ausgeschlossen soll sein, dass die Basisstruktur selbst als Elektromanget ausgebildet ist.
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Die Magnete/Permanentmagnete und der magnetische Antriebskopf gemeinsam bilden ein Magnetgetriebe oder Magnetantrieb für die Vorrichtung. Die Form der Magnete/Permanentmagnete kann beliebig sein, bevorzugt haben sie eine viereckige Form, beispielsweise die Form eines Quadrats, einer Raute oder eines Rechtecks. Weniger bevorzug können sie rund, oval oder vieleckig ausgebildet sein oder eine andere Form aus dem bekannten Formenschatz haben. Die Magnete/Permanentmagnete weisen einen ersten magnetischen Pol, zum Beispiel den magnetischen Nordpol, und einen zweiten magnetischen Pol, zum Beispiel den magnetischen Südpol auf. Dabei können der magnetische Nord- und Südpol der Magnete/Permanentmagnete zur Drehachse der Basisstruktur und/oder des Werkzeugs radial oder bevorzugt tangential angeordnet sein. Gleiche Pole, das heißt, alle Nordpole respektive alle Südpole der Magnete/Permanentmagnete im Innere4n der Vorrichtung, zeigen dabei in eine gleiche Richtung, das heißt, in oder gegen die jeweilige vorgegebene Drehrichtung des Gegenstands/der Basisstruktur. Der magnetische Antriebskopf umfasst wenigstens einen Magnet, dessen magnetischer Nordpol oder erster magnetischer Pol und magnetischer Südpol oder zweiter magnetischer Pol zur Drehachse des Antriebskopfs bevorzugt radial nach außen weisen.
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In der Vorrichtung kann die bevorzugt rotatiossymmetrische Basisstruktur, das Werkzeug oder der Gegenstand zentral angeordnet sein, so dass in gleichen Positionen ein Abstand der Magnete/Permanentmagnete zu einer Innenoberfläche der Behälterwand für alle Magnete/Permanentmagnete beim Umlauf des Werkzeugs oder der Basisstruktur immer gleich ist. Die Anordnung der Basisstruktur oder des Werkzeugs innerhalb des Behälters kann aber auch exzentrisch sein. In beiden Fällen können die Magnete/Permanentmagnete bei einer Umdrehung an wenigstens einer Stelle oder an zwei oder mehr Stellen einen minimalen Abstand zur Innenoberfläche der Behälterwand, das heißt, ein Minimum haben. In diesem Fall ist bei nur einem magnetischen Antriebskopf dieser außerhalb des Behälters an oder nahe einer Stelle angeordnet, an der die Magnete/Permanentmagnete einen minimalen Abstand zur Außenhülle des Behälters, das heißt, ein Minimum durchlaufen. Werden bei der Drehbewegung der Basisstruktur respektive des Werkzeugs mehrere identische Minima durchlaufen, kann ein Antriebskopf an einem der Minima, mehreren der Minima oder allen Minima angeordnet sein. Bei mehr als einem Antriebskopf ist es bevorzugt, wenn die Drehbewegungen der mehreren Antriebsköpfe miteinander synchronisiert sind. Die Synchronisation kann zum Beispiel über eine zentrale Anlagensteuerung oder über eine lokale, der Vorrichtung zugeordneten Steuerung.
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Umfasst die Vorrichtung mehr als einen Antriebskopf mit jeweils einer Antriebseinheit, können alle Antriebseinheiten respektive deren Drehachsen koaxial zur Drehachse der Basisstruktur/des Werkezugs, alle Antriebseinheiten orthogonal zur Drehachse der Basisstruktur/des Werkzeugs oder wenigstens eine der Antriebseinheiten im Wesentlichen koaxial und eine der Antriebseinheiten im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse der Basisstruktur/des Werkzeugs ausgerichtet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Magnetgetriebe können außer dem genannten Werkzeug auch zum Beispiel ein Rotor einer Pumpe, ein Turbinenrad einer Turbine und andere vergleichbare bevorzugt drehende Teile angetrieben werden. Der Fachmann kann die Möglichkeiten des Einsatzes des erfindungsgemäßen Magnetgetriebes einschätzen und es auf ähnlichen oder gänzlich anderen Gebieten anwenden, die hier nicht explizit genannt sind.
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Im Folgenden wird eine Ausführung einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt werden soll. Erfindungswesentliche Merkmale, die nur den Figuren entnommen werden können, gehören zum Umfang der Erfindung und können diese einzeln und in den gezeigten Kombinationen vorteilhaft weiterbilden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1 Behälter mit koaxial angeordnetem Antriebskopf
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2 Behälter mit orthogonal angeordnetem Antriebskopf
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einem Behälter 2, einem im Inneren des Behälters 2 angeordneten Rührwerk 3, und einer außerhalb des Behälters 2 angeordneten Antriebseinheit 4.
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Der Behälter 2 umfasst eine Behälterwand 21, einen Behälterdeckel 22 mit einer Einlassöffnung 23, die mit einem Verschluss 24 verschlossen ist. Der Behälter 2 umfasst weiterhin einen Behälterboden 25 mit einem Auslass 26. Der Behälter 2 kann zusätzlich oder statt des Auslasses 26 am Behälterboden 25 ein nicht gezeigtes Befestigungselement aufweisen, mit dem er mit einem ebenfalls nicht dargestellten Gegenbefestigungselement einer Anlage verbunden und über diese Verbindung in die Anlage integriert werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden der Behälterdeckel 22 und der Behälterboden 25 durch eine Spannvorrichtung 27, 28, 29 gegen das deckelseitige respektive bodenseitige Ende der Behälterwand 21 gespannt, um einen im Wesentlichen dichten Behälter 2 zu bilden. Diese Ausführung des Behälters 2 ist nur beispielhaft. Der Behälter kann zum Beispiel auch ein Behälter sein, bei dem die Behälterwand und der Behälterboden miteinander geschweißt oder einstückig urgeformt sind, mit einem zum Beispiel aufschraubbaren Behälterdeckel, der Öffnungen für einen oder mehrere Einlässe und Auslässe umfasst, oder jeder andere Behälter, den der Fachmann für eine spezielle Aufgabe benötigt und für diese Aufgabe für geeignet hält.
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Im Inneren des Behälters des Ausführungsbeispiels ist nahe dem Behälterboden 25 das Rührwerk 3 angeordnet, das eine Basisstruktur 31 und drei Rührarme 32 umfasst, die mit der Basisstruktur 31 drehfest verbunden sind. Mit der Basisstruktur 31 verbunden ist eine Vielzahl von Permanentmagneten 5. Jeder der Permanentmagnete 5 hat einen ersten magnetischen Pol 51 und einen zweiten magnetischen Pol 52. Die Permanentmagnete 5 sind auf der Basisstruktur 31 nahe der Behälterwand 21 angeordnet. Die Permanentmagnete 5 haben alle den gleichen Abstand zu einer Rotationsachse RR des Rührwerks 3 und sind in Umfangsrichtung der Basisstruktur 31 gleichmäßig angeordnet, das heißt, ein Permanentmagnet 5 hat jeweils zu den beiden benachbarten Permanentmagnete 5 in Umfangsrichtung den gleichen Abstand. Die Ausrichtung der Permanentmagnete 5 ist so, dass immer ein erster magnetischer Pol 51 eines Permanentmagneten 5 einen zweiten magnetischen Pol 52 eines benachbarten Permanentmagneten 5 gegenüberliegt. Um zu verhindern, dass sich die Permanentmagnete gegenseitig anziehen, sind im Ausführungsbeispiel zwischen den Permanentmagneten 5 Abstandshalter 6 angeordnet.
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Die Antriebseinheit 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Halterung 9 gehalten, wobei die Halterung 9 über die Spannvorrichtung 27, 28, 29 mit dem Behälter 2 lösbar verbunden ist und die Position der Halterung 9 relativ zum Behälter 2 zumindest in Umfangsrichtung des Behälters 2 vom Nutzer eingestellt werden kann. Die Halterung 9 kann in alternativen Ausführungen auch mit dem Behälter 2 oder Behälterboden 25 oder Behälterdeckel gefügt oder mit einem der Teile in einem Stück urgeformt sein. Die Antriebseinheit 4 hat eine Rotationachse RA, die im Ausführungsbeispiel koaxial zu der Rotationsachse RR des Rührwerks 3 angeordnet ist. Mit der Antriebseinheit 4 ist ein Antriebskopf 7 verbunden, der durch die Antriebseinheit 4 drehangetrieben wird. Der Antriebskopf 7 umfasst einen Magneten 8, zum Beispiel einen Stabmagneten, der einen ersten magnetischen Pol 81 und einen zweiten magnetischen Pol 82 aufweist, wobei der erste magnetische Pol 81 und der zweite magnetische Pol 82 radial nach außen weisen.
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Die Vorrichtung 101 der 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 der 1 nur dadurch, dass die Rotationsachse RR der Antriebseinheit 104 mit dem Antriebskopf 107 mit dem Magneten 108 orthogonal zu der Rotationsachse der Antriebseinheit 104 angeordnet ist. Alle anderen Merkmale betreffend, wird auf die Beschreibung zur 1 verwiesen. Die Antriebseinheit 104 kann beispielsweise mit einem nicht gezeigten Maschinenrahmen, einem nicht gezeigten benachbarten Aggregat des Behälters 102 oder einen beliebigen anderem Anlagenelement verbunden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- Vorrichtung
- 2, 102
- Behälter, abgeschlossenes System
- 21
- Behälterwand, Außenhülle
- 22
- Behälterdeckel
- 23
- Einlassöffnung
- 24
- Verschluss
- 25
- Behälterboden
- 26
- Auslass
- 27
- Spannvorrichtung
- 28
- Spannvorrichtung
- 29
- Spannvorrichtung
- 3
- Rührwerk, Gegenstand
- 31
- Basisstruktur
- 32
- Rührarm
- 4, 104
- Antriebseinheit
- 5
- Magnet, Permanentmagnet
- 51
- erster magnetischer Pol
- 52
- zweiter magnetischer Pol
- 6
- Abstandshalter
- 7, 107
- Antriebskopf
- 8, 108
- Magnet
- 81
- erster magnetischer Pol
- 82
- zweiter magnetischer Pol
- 9
- Halterung
- RR
- Rotationsachse Rührwerk
- RA
- Rotationsachse Antriebseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012005640 A1 [0003]
- DE 60317091 T2 [0004]
