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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung für eine elektrische
Maschine zum Abdichten eines Läuferraums
von einem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
gewissen elektrischen Maschinen, die als Antrieb von Pumpen oder
Fördereinrichtungen verwendet
werden, kann das zu fördernde
Medium gleichzeitig auch als Kühlmittel
verwendet werden. Bei solchen Anwendungen kann es erforderlich sein, die
Kühlkreisläufe von
Ständer
und Läufer
der elektrischen Maschine durch eine hohlzylinderförmige Abdichtvorrichtung,
die häufig
auch als Can bezeichnet wird, im Spalt zwischen dem Ständer und
Läufer
voneinander zu trennen. Die Can besteht üblicherweise aus zwei Schichten,
nämlich
einer ersten, dem Ständer
zugewandten Schicht, die aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und
einer zweiten, dem Läufer
zugewandten Schicht, die in aller Regel aus Edelstahl besteht. Die
aus faserverstärktem
Kunststoff bestehende erste Schicht dient als Tragstruktur, die
die entsprechende mechanische Festigkeit verleiht. Demgegenüber dient
die aus Edelstahl bestehende zweite Schicht zum Schutz der Tragstruktur vor
chemisch aggressivem Kühlgas.
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Beim
Lauf der elektrischen Maschine treten jedoch in der Edelstahlschutzschicht
Wirbelströme auf,
die die Funktion der Maschine beeinträchtigen. Die Stärke der
Wirbelströme
hängt von
der Dicke und der elektrischen Leitfähigkeit des Edelstahlzylinders ab.
Im Falle eines Motors dämpfen
die Wirbelströme das
Hauptfeld des Motors und führen
zu einer starken Erwärmung
der Can.
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Aus
der Druckschrift
DE
198 22 707 A1 ist eine Kreiselpumpe mit einem außerhalb
des Flüssigkeitsraums
liegenden Antrieb, durch den über
ein umlaufendes Magnetfeld der Pumpenläufer angetrieben wird und dessen
Spalt zum Rohr zwischen dem Nassraum und dem Trockenraum in ringförmige Bereiche
aufgeteilt ist, bekannt. Die ringförmigen Bereiche bilden Windungen
eines Wendels.
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Weiterhin
beschreibt die Druckschrift
DE 690 03 273 T2 einen gekapselten Motor
mit einem außerhalb
eines Rohrteils angeordneten Stator aus einem nicht magnetischen
Werkstoff und einem Rotor, der in dem Rohrteil mittels Lagern gegenüber dem
Stator drehbar unterstützt
ist. Der Rotar wird elektromagnetisch zum Antreiben einer Betätigungswelle
derart verdreht, dass diese ein Antriebsglied hin- und her bewegt.
Der Stator weist einen laminierten Eisenkern mit mehreren herausragenden
Polen mit einer Statarwicklung auf, die konzentriert um jeden herausragenden
Pol gewickelt ist, sowie mehrere Permanentmagnete, die an einer
gebogenen Oberfläche
jedes herausragenden Pols befestigt sind. Ein nicht magnetisches
Rohrteil, hergestellt aus rostfreiem Stahl, Kunststoff oder Keramik,
ist so vorgesehen, dass es sich den in den Startor hinein erstreckt,
so dass das Rohrteil fest radial an die Innenflächen der Permanentmagnete befestigt
ist.
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Darüber hinaus
zeigt die Druckschrift
DE
36 26 934 A1 ein Spaltrohr für Magnetkupplungen, das die
Vorteile der bisher verwendeten Spaltrohre aus Metall und Kunststoff
weitgehend miteinander vereinigt. Eine hohe Festigkeit des Spaltrohrs
wird bei geringen Wirbelverlusten dadurch erreicht, dass das Spaltrohr
zumindest im Bereich des zwischen den Antriebsmagneten und den Abtriebsmagneten
wirkenden Magnetfelds aus einem innen liegenden Metallrohr und einer
das Metallrohr abstützenden
Umhüllung
aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht. Eine entsprechende
Abdichtvorrichtung wird als gattungsgemäß angesehen.
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Schließlich ist
aus der Druckschrift
DE
33 37 086 C2 eine Kreiselpumpe mit einem Magnetkupplungsantrieb
bekannt, der einen Spaltrohrtopf aus Kunststoff aufweist, welcher
mindestens in seinem axialen Spaltrohrbereich eine Verstärkung aufweist. Der
Kunststoff-Spaltrohrtopf ist von außen von einer topfförmigen,
für das
Kunststoff-Spaltrohr als Formstabilisator sowie Halterung dienenden
Ummantelung aus Edelstahl durchgehend umschlossen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abdichtvorrichtung
vorzuschlagen, mit der getrennte Ständer- und Läuferkühlkreisläufe gewährleistet werden können, ohne
den Wirkungsgrad oder die Funktion der elektrischen Maschine nachhaltig
zu beeinflussen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
die Merkmale des kennzeichnen den Teils der Ansprüche 1 bzw.
2 in Verbindung mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffs.
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Durch
die Durchbrüche
des Edelstahlhohlzylinders wird die Ausbildung von Wirbelströmen gemindert
und der Edelstahl gewährleistet
die bekannte Resistenz gegenüber
aggressiven Kühlmedien.
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Vorzugsweise
besteht das Material der Abdichtvorrichtung zumindest teilweise
aus Keramik. Dadurch ist eine gewisse Resistenz gegenüber aggressiven
Kühlmedien
gegeben.
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Das
Material der Abdichtvorrichtung kann ferner zumindest teilweise
aus faserverstärktem Kunststoff
bestehen. Dadurch wird der Abdichtvorrichtung die notwendige Festigkeit
verlie hen. Um trotz der Durchbrüche
einen dichten Edelstahlmantel zu bilden, können zwei der soeben beschriebenen Edelstahlhohlzylinder
radial übereinander
angeordnet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Durchbrüche vom
jeweils anderen Zylinder überdeckt
werden.
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Die
Abdichtvorrichtung ist vorteilhafterweise radial schichtförmig aufgebaut.
Sie besteht aus mindestens zwei Schichten, insbesondere aus zwei, drei,
vier oder fünf
Schichten. Durch diesen Schichtaufbau können unterschiedlichste Materialeigenschaften
miteinander kombiniert werden. Ist ein derartiger Schichtaufbau
gewählt,
so ist es vorteilhaft, wenn die dem Ständer zugeordnete Schicht aus einem
faserverstärkten
Kunststoff und die dem Läufer
zugewandte Schicht aus ggf. isoliertem Edelstahl besteht, wenn der
Läufer
von dem aggressiven Kühlmedium
gekühlt
wird. Andernfalls sollte die Edelstahlschicht dem Ständer zugewandt
sein oder beidseitig aufgebracht sein.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 eine
Stirnansicht einer doppelschichtigen Abdichtvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung
mit einer Edelstahlinnenschicht;
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3 eine
Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung
mit zwei Edelstahlinnenschichten;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Edelstahlschicht einer Abdichtvorrichtung
mit axial verlaufenden Durchbrüchen;
und
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Edelstahlschicht einer Abdichtvorrichtung
mit in Umfangsrichtung verlaufenden Durchbrüchen.
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Die
nachfolgend näher
beschriebenen Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform,
die in 1 dargestellt ist, besitzt die Abdichtvorrichtung einen
zweischichtigen Aufbau. Die erste Schicht 1, die dem Ständer einer
elektrischen Maschine zugewandt ist, besteht aus faserverstärktem Kunststoff. Die
zweite innenliegende Schicht 2 der hohlzylinderförmigen Abdichtvorrichtung,
die in der Stirnseitenansicht als konzentrische Linie angedeutet
ist, besteht aus einer Keramik. Die Keramik wird in geeigneter Weise
nach ihrer mechanischen, thermischen und chemischen Beanspruchung
ausgewählt.
Da weder die Kunststoffschicht 1 noch die Keramikschicht 2 elektrisch
leitend sind, werden in der Abdichtvorrichtung keine Wirbelströme erzeugt,
die den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine reduzieren würden.
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Entsprechend
einer zweiten Ausführungsform,
die in 2 dargestellt ist, besitzt die Abdeckvorrichtung
zwar wiederum einen zweischichtigen Aufbau, die innere Schicht 3 ist
hier jedoch aus einem in Umfangsrichtung mehrfach unterteilten Edelstahlhohlzylinder 3 gebildet.
Die Unterteilung bewirkt, dass Wirbelströme nur in einem sehr begrenzten Maß, das wenig
störend
ist, im Edelstahlhohlzylinder gebildet werden.
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Der
Edelstahlhohlzylinder 3 ist in 4 in perspektivischer
Ansicht dargestellt. Die axial verlaufenden Durchbrüche 31 bewirken
eine Unterteilung des Edelstahlhohlzylinders 3 in Umfangsrichtung. Die
Teilung kann beliebig hoch gewählt
werden.
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Sollten
die Nahtstellen der kreisbogenförmigen
Abschnitte des Edelstahlhohlzylinders 3 eine Gefährdung für die zu
schützende
Tragstruktur 1 darstellen, können zwei gegeneinander isolierte
Edelstahlhohlzylinder 3 und 4 im Inneren des Kunststoffhohlzylinders 1 angeordnet
werden. Beide Edelstahlhohlzylinder 3 und 4 sind
in Umfangsrichtung unterteilt. Die Nahtstellen beider Hohlzylinder
sind versetzt zueinander angeordnet, so dass der innere Zylinder 4 die
Nähte des äußeren Zylinders 3 abdeckt.
Damit dichten die beiden Edelstahlhohlzylinder 3 und 4 den Kunststoffhohlzylinder 1 vollständig gegenüber einem
im Innenraum befindlichen aggressiven Medium ab. Sämtliche
Schichten sind in 3 jeweils auch wieder als Linie
symbolisiert.
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5 zeigt
eine weitere Variante eines Edelstahlhohlzylinders 5, der
beispielsweise anstelle oder zusätzlich
zu dem Edelstahlzylinder 3 in den Kunststoffhohlzylinder 1 eingefügt werden
kann. Der Edelstahlhohlzylinder weist eine Unterteilung in axialer Richtung
auf, die durch in Umfangsrichtung verlaufende Schnitte beziehungsweise
Durchbrüche 51 gewährleistet
ist. Auch diese axiale Teilung kann beliebig hoch gewählt werden,
jedenfalls so hoch, dass die Wirbelströme ausreichend reduziert werden.
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Grundsätzlich sind
auch wendelförmig
unterteilte Edelstahlhohlzylinder oder beliebige Kombinationen dieser
oder der oben beschriebenen Edelstahlzylinder ineinander möglich. Darüber hinaus
können anstelle
des Edelstahls auch andere gegenüber
spezifischen chemischen Reaktionen resistente Materialien, wie Gold,
Titan und dergleichen, abhängig
vom gewählten
Kühlmedium
eingesetzt werden.