DE1110523B

DE1110523B - Vorrichtung bei Pumpen mit einem Elektromotor und einer aus zwei Gruppen von Dauermagneten bestehenden Kupplung

Info

Publication number: DE1110523B
Application number: DEA29768A
Authority: DE
Inventors: Sven Gustav Vilhelm Berner
Original assignee: Pumpindustri AB
Current assignee: Pumpindustri AB
Priority date: 1958-06-23
Filing date: 1958-06-25
Publication date: 1961-07-06
Also published as: US2970548A

Description

Vorrichtung bei Pumpen mit einem Elektromotor und einer aus zwei Gruppen von Dauermagneten bestehenden Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf Kleinpumpen der Bauart mit einem Elektromotor und einem von diesem über eine Kupplung getriebenen Pumpenschaufellaufrad, wobei die Kupplung aus zwei Gruppen von Permanentmagneten besteht, von denen die eine Gruppe mit der Motorwelle und die andere mit dem Laufrad verbunden ist. Das Innere der Pumpe ist ferner von der Umgebung mit Hilfe einer zwischen den Magnetgruppen angebrachten Membran aus nicht magnetischem Werkstoff abgeschirmt.
Die Membran ist dabei mit einem zylindrischen Teil zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Magnetgruppen angebracht und mit ihrer radial nach außen abgewinkelten Kante in das Gehäuse eingespannt.
Die Erfindung hat die Schaffung einer Pumpe mit sehr kleinem Kraftbedarf, z. B. nur 10 Watt, zur Aufgabe, und um dies zu erzielen, ist es wesentlich, daß die Verluste der Pumpe so klein wie irgend möglich gehalten werden. Ein bedeutsamer Schritt in dieser Richtung ist es nun, daß als Befestigungsglied für die eine Magnetgruppe ein unmittelbarer Fortsatz des Laufrades dient und daß dieser Fortsatz einen kleinen Durchmesser hat. Der Widerstand gegen den Umlauf einer Fläche in einer Flüssigkeit wächst mit ihrer axialen Länge und mit nicht weniger als der fünften Potenz ihres Durchmessers.
Es ist ein Aggregat bekannt, bei dem Dauermagnete auf einem besonderen, mit der Pumpenwelle verbundenen Halter sitzen, wobei zwischen diesem Halter und dem Pumpenrad ein Lager vorgesehen ist. Die gesamten von der Flüssigkeit berührten, umlaufenden Flächen sind bei dem bekannten Aggregat viel größer als beim Erfindungsgegenstand. Da es sich bei diesem bekannten Aggregat offenbar um die Übertragung von größeren Momenten handelt, etwa 20 PS, spielt dieses keine Rolle, es ist aber beim Erfindungsgegenstand von ausschlaggebender Bedeutung, um den Kraftbedarf sehr niedrig halten zu können..
Andererseits ermöglicht die erfindungsgemäßeAüsführung des Pumpenrades und ihres Fortsatzes die Verwendung einer fest im Gehäuse einseitig eingesetzten Welle, ohne daß sie in der Membran gelagert werden muß.
In dieser Beziehung ist eine andere bekannte Vorrichtung insofern. ungünstig, als das Gehäuse das Lager für das Pumpenrad trägt. Das Gehäuse muß hierdurch mit entsprechend kräftiger -Wandstärke ausgeführt werden. Der magnetische Fluß durch das Gehäuse und damit der Wirkungsgrad der Kupplung ist von der Größe des Spaltes-zwischen den beiden Gruppen von Magneten abhängig, und diese wiederum wird von der Materialstärke des Gehäuses bestimmt. Bei dem bekannten Aggregat sind die von der Flüssigkeit berührten Flächen besonders groß, und es ist daher nicht möglich, finit so kleinem Kraftbedarf wie einem oder einigen Zehnern von Watt zu arbeiten.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad auf der einem Einlaß für das gepumpte Mittel entgegengesetzten Seite finit einem unmittelbaren Nabenfortsatz versehen ist, der einschließlich der von ihm getragenen Magnetgruppe eine geringere Erstreckung in der Radialrichtung hat als der Schaufelteil des Rades, und daß durch den Schaufelteil nebst Fortsatz eine im Gehäuse einseitig fest eingesetzte Welle hindurchgeht, wobei trotzdem zwischen dem Membranboden und dieser Welle sowohl als auch der Motorwelle ein Zwischenraum eingehalten ist.
Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf eine in der Zeichnung beispielsweise, und zwar im Längsschnitt gezeigte Ausführungsform näher beschrieben werden, und dabei sollen auch weitere, die Erfindung kennzeichnende Eigenschaften angegeben werden.
In der Zeichnung ist 10 ein Pumpengehäuse und 12 ein Motorgehäuse. Beide Gehäuse, sind über den Umkreis ungeteilt und miteinander etwa durch Bolzenverbände und gegebenenfalls über einen Ring 14 zu einer zusammenhängenden, einbaufertigen Einheit verbunden. Der ortsfeste Teil 16 des Motors ist in eine zylindrische Fläche 18 im Gehäuse 12 eingesetzt, und sein nicht dargestellter umlaufender Teil wird von einer Weile 20 getragen. Diese Welle ist in Lagern 22, 24 gelagert, von denen ersteres an den Endtei125 des Gehäuses und letzteres an eine gesonderte Zwischenwand 26 verlegt ist.
Ein Laufrad 28 der Zentrifugalbauart mit Schaufeln 30 ist auf einer ortsfesten, mit ihrem Endteil 34 im Pumpengehäuse 10 befestigten Welle 32 gelagert. Von einem Anschlußstutzen 36 geht ein Einlaßkanal #8 zu einem Raum 40, der mit einer ringförmigen Einsaugöffnung42 des Laufrades inVerbindung steht. Die Druckseite des Laufrades mündet in einen spiralförmigen Raum 44, von dem ein Austrittskanal 46 zu einem Anschlußstutzen 48 ausgeht. Das Pumpengehäuse hat eine Zwischenwand 50, die zum Nabenteil52 des Laufrades hin einen ringförmigen Dichtungsspalt 53 bildet.
Auf der der Saugseite 42 entgegengesetzten Seite ist das Laufrad mit einem zur Hauptsache zylindrischen Fortsatz 54 versehen. Dieser hat zweckmäßig größere Länge in axialer Richtung, aber kleineren Durchmesser als das Laufrad selbst, um die Schlupfreibungsverluste möglichst klein zu halten. An dem äußeren Umfang des Fortsatzes sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Magnete 56, 57 vorgesehen, die jeder einen geschlossenen Ring bilden und gleichmittig zueinander angeordnet sind. Sie können an dem Fortsatz 54 mit Hilfe eines auf diesen aufgeschraubten Ringes 58 festgehalten werden. Die Magnete 56, 57 sind in bekannter Weise partiell magnetisiert, so daß sie an ihrer zylindrischen Außenfläche um den Umkreis herum eine Serie von Magnetelementen 59 bzw. 60 bilden, die voneinander durch nicht magnetischen Stoff getrennt sind. Die Ringe 56, 57 sind radial innerhalb der Elemente 59, 60 ebenfalls unmagnetisch, und auch das Pumprad 28 bzw. der Haltering 58 kann. aus nicht magnetischem Werkstoff, wie Leichtmetall, Bronze oder Kunststoff, sein.
Wenn die Magnetringe 56, 57 aus keramischem Werkstoff und der Fortsatz 54 des Laufrades 28 aus Metall gefertigt sind, muß mit Rücksicht auf den kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersteren Werkstoffes ein Spiel zwischen den Ringen und dem Fortsatz vorhanden sein. Um hierbei eine Zentrierung der Ringe gegenüber dem Fortsatz sicherzustellen, können Zentriermittel vorgesehen sein, wie z. B. in Ringnuten an dem Ring oder den Ringen und/oder dem Fortsatz eingelegte O-Ringe aus elastischem Werkstoff, wie Gummi.
Auf der Motorwelle 20 sitzt ein schalenförmiger Haltering 61, der in dem Ausführungsbeispiel zwei in derselben Weise wie die Ringe 56, 57 ausgeführte und diesen entsprechende Ringe 62, 63 trägt, jedoch mit den Magnetelementen 64, 65 auf seiner inneren zylindrischen Fläche. Ferner sind die gleichnamigen Pole dieser Magnetelemente in axialer Sicht gegenüber den Magnetelementen 59, 60 der Ringe 56, 57 entgegengesetzt gerichtet, so daß die beiden Magnetgruppen sich paarweise mit ihren Süd- und Nordpolen genau gegenüberliegen und die Kraftlinien der Magnetpaare in sich einen geschlossenen Kreis bilden. Außerhalb" der Magnetelemente 64, 65 sind die Ringe 62, 63, radial gesehen, aus nicht magnetischem Werkstoff gefertigt, ebenso wie auch der Haltering 61.
Wie aus der Figur hervorgeht, können die Magnetringe 56, 57 einerseits und die Magnetringe 62, 63 andererseits in ihre Axialrichtung verschieden hoch sein. Die Höhe der einzelnen Ringe bzw. die gemeinsame axiale Höhe der Ringe zusammen ist entscheidend für die Größe des übertragenen Moments. Man kann in dieser Weise mit einer kleinen Anzahl von Ringeinheiten, wie z. B. nur zwei Größen, einen wechselnden Momentbedarf innerhalb eines größeren Bereiches zufriedenstellen. Mit zwei Ringeinheiten von z. B. 8 und 12 mm axialer Höhe lassen sich somit durch verschiedene Kombinationen Serien von einer axialen Magnethöhe bzw. -länge von 8, 12, 16, 20, 24 usw. mm und entsprechende Magnetstärken erzielen.
Eine generell mit 66 bezeichnete Membran trennt das Innere des Pumpengehäuses 10 und des Motorgehäuses 12 voneinander. Die Membran hat im großen und ganzen die Form einer Dose oder Schale mit einem Kantenteil 67, der an seinem Umfang dichtend zwischen dem Pumpengehäuse 10 und dem Ring 14 eingespannt ist, und mit einem zylindrischen Teil 68, der sich mit geringem Spiel zwischen den Magnetringen 56, 57 und 62, 63 erstreckt. Der Boden 70 der Membran hat vorzugsweise gewölbte Form, so daß die Membran mit geringstmöglicher Verformung dem in der Pumpe herrschenden überdruck widerstehen kann. Die Membran ist aus nicht magnetischem Werkstoff, und durch sie gehen die einen geschlossenen Kreis bildenden Kraftlinien der Magnete hindurch.
Zwischen der Nabe des Laufrades 28 und dem Gehäuse 10 ist ein Ring 72 aus Lagerwerkstoff angebracht, und ferner kann. ein ähnlicher Ring 73 zwischen der Nabe und einer an dem freien Ende der ortsfesten Welle 32 befestigten Unterlegscheibe 74 eingesetzt sein. Die Ringe 72, 73 haben zur Aufgabe, auf das Laufrad axial wirkende Kräfte aufzunehmen. Das Laufrad kann mit Rippen oder sogenannten Rückenschaufeln 75 versehen sein, die in bekannter Weise ein Druckpotential schaffen, das dem Potential der Pumpschaufeln entgegenwirkt und hierdurch den auf der Oberseite des Laufrades herrschenden Druck verringert. Folglich erhält man eine Verringerung des zur Saugöffnung hin und damit auf den Ring 72 wirkenden Druckes. Dieser kann ganz aufgehoben und sogar durch einen aufwärts gerichteten, von dem Ring 73 aufzunehmenden Druck ersetzt werden. Die Rückenschaufeln 75 haben bei dieser Ausführung außerdem die besondere Aufgabe, einem Eindringen von mit der in der Pumpe umgewälzten Flüssigkeit bzw. Wasser mitfolgenden Eisenspänen und ähnlichen Verunreinigungen in den Raum zu verhindern, in welchem sich die inneren Magnetringe 56, 57 befinden, so daß derartige Teilchen daran gehindert werden, sich auf den Magnetringen in dem zylindrischen Spalt gegenüber dem Teil 68 der Membran abzulagern.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte Ausführungsform begrenzt, sondern im weitesten Sinn innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden Leitgedankens abwandelbar. So können die Magnetringe in gebräuchlicher Weise aus einzelnen Magnetstäben aufgebaut sein. Wesentlich ist nur, daß die Umgebung unmagnetisch ist und daß jedes Magnetstabpaar beiderseits der Membran einen in sich geschlossenen Kreis bildet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung bei Kleinpumpen mit einem Elektromotor und einem von diesem über eine Kupplung angetriebenen, mit einem Kranz von Schaufeln versehenen Laufrad, wobei die Kupplung aus zwei Gruppen von Dauermagneten besteht, von denen die eine mit dem Laufrad und die andere mit einem von der Welle des Motors getragenen Haltering verbunden ist, und wobei zwischen diesen Gruppen eine das Innere der Pumpe von der Umgebung abschirmende, nicht umlaufende, schalenförmige Membran aus nicht magnetischem Werkstoff vorgesehen ist, die mit einem zylindrischen Teil zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Magnetgruppen angebracht und mit ihrer radial nach außen abgewinkelten Kante in das Gehäuse eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (28) auf der einem Einlaß (42) für das gepumpte Mittel entgegengesetzten Seite mit einem unmittelbaren Nabenfortsatz (54) versehen ist, der einschließlich der von ihm getragenen Magnetgruppe (56, 57) eine geringere Erstreckung in der Radialrichtung hat als der Schaufelteil des Rades, und daß durch den Schaufelteil nebst Fortsatz eine im Gehäuse einseitig fest eingesetzte Welle (32) hindurchgeht, wobei trotzdem zwischen dem Membranboden (70) und dieser Welle sowohl als auch der Motorwelle (20) ein Zwischenraum eingehalten ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad an seiner dem Fortsatz (54) zugewandten Außenseite mit Rückenschaufeln (75) zur Verhütung des Eindringens von Verunreinigungen zu den Magneten (56, 57) versehen ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, däß sowohl der Boden (70) des Membranbehälters als auch ein Teil des nach außen abgewinkelten Kantenteiles (57) zur Motorseite hin ausbuchtende Form haben.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete in jeder der beiden Gruppen aus zwei oder mehreren, gleichmittig auf dem Fortsatz (54) und dem Haltering(61) angebrachten Ringen (56, 57; 62, 63) bestehen, die gegebenenfalls gegenseitig verschiedene axiale Länge haben. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1739 353; britische Patentschrift Nr. 192 618; Zeitschrift »Konstruktion«, 1953, H. 6, S. 199, Bild 1.