DE1538771B2

DE1538771B2 - MAGNETIC DEVICE FOR THE CONTACTLESS TRANSMISSION OF A TORQUE THROUGH A PRESSURE-TIGHT PARTITION WALL

Info

Publication number: DE1538771B2
Application number: DE1966C0040792
Authority: DE
Priority date: 1965-11-26
Filing date: 1966-11-25
Publication date: 1977-07-21
Also published as: NL7601065A; BE690207A; LU52417A1; DE1538771C3; GB1171934A; DE1538771A1; NL6616622A

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung eines Drehmomentes von einem außerhalb eines Flüssigkeitsbehälters auf einer senkrechten Antriebswelle befestigten treibenden Laufrad auf ein im Innern des Behälters koaxial zum treibenden Laufrad im Betrieb unter Zuhilfenahme von Magnetkraft gelagert angeordnetes, zentriertes, angetriebenes Laufrad durch eine eine Bodenöffnung des ; Behälters verschließende druckdichte Trennwand hindurch, wobei das angetriebene Laufrad eine Sitzfläche aufweist, mit der es bei abgeschalteter Magnetkraft aufgrund seines Eigengewichtes auf einer an einem : ortsfesten Teil der Vorrichtung angebrachten Gegenflä- : ehe aufsitzt, und wobei magnetisierbare, mit der j Trennwand und dem Behälter fest verbundene Teile des ί Vorrichtungsgehäuses einen ortsfesten Abschnitt eines torusförmigen magnetischen Antriebskreises bilden, der über eine mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Strom gespeiste Spule oder durch Permanentmagnete erregt wird und dessen rotationssymmetrischer, koaxial zu den beiden Laufrädern stehender Luftspalt durch die Trennwand in zwei Teilluftspalte unterteilt ist, in denen ; je ein an einem der beiden Laufräder befestigter, : konzentrischer, zahnradförmiger Polring aus magnetisierbarem Material mit seinem Rad drehbar geführt ist, dessen Pole, in gleicher Anzahl für die beiden Laufräder, \ auf die Trennwand und den dahinter liegenden Polring des Gegenrades hin gerichtet sind, derart, daß der magnetische Antriebskreis über seinen ortsfesten und einen von den beiden Polringen gebildeten beweglichen r Abschnitt durch die Trennwand hindurch geschlossen ·*- ist.The invention relates to a magnetic device for the contactless transmission of a torque from a driving impeller fastened outside a liquid container on a vertical drive shaft to a centered, driven impeller arranged inside the container coaxially to the driving impeller during operation with the aid of magnetic force through a bottom opening of ; The pressure-tight partition closing the container, the driven impeller having a seat surface with which, when the magnetic force is switched off, due to its own weight, it sits on a counter surface attached to a stationary part of the device, and being magnetizable, with the partition wall and the container Permanently connected parts of the device housing form a stationary section of a toroidal magnetic drive circuit, which is excited via a coil fed with direct current or rectified current or by permanent magnets and whose rotationally symmetrical air gap, which is coaxial to the two impellers, is divided into two partial air gaps by the partition, in which ; a concentric, gear-shaped pole ring made of magnetizable material is rotatably guided with its wheel, the poles of which, in the same number for the two running wheels, \ are directed towards the partition and the pole ring of the mating wheel behind it, attached to one of the two running wheels, in such a way that the magnetic drive circuit is closed through the partition wall via its stationary section and a movable section formed by the two pole rings.

Antriebe der genannten Art werden insbesondere in Verbindung mit Knet- oder Mischrührwerken, beispielsweise in der chemischen Industrie, verwendet, wenn es darum geht ein in einem druckdicht abgeschlossenen Behälter befindliches, mehr oder weniger viskoses Medium zu kneten oder umzurühren, sei es, um eine innige Mischung verschiedener Komponenten zu erzielen, sei es, um einen endo- oder exothermen Vorgang zu erleichtern oder zu steuern. Es können dabei korrosive, gefährliche und/oder radioaktive Flüssigkeiten, von denen schon geringfügige Verluste nicht hingenommen werden können, verarbeitet werden. Es kann auch aus anderen Gründen erforderlich sein im Arbeitsraum auf persönliche Sauberkeit zu achten, so daß es wünschenswert ist, die Betätigung des Rührwerkes mit Hilfe einer druckdichten, auch ohne durchgehende Welle und Dichtungen wirksam werdende Vorrichtung zu bewerkstelligen, welche die Übertragung eines Drehmomentes durch die geschlossene Behälterwand hindurch ermöglicht.Drives of the type mentioned are used in particular in connection with kneading or mixing stirrers, for example in the chemical industry, used when it comes to a pressure-tight seal Container located, more or less viscous medium to knead or stir, be it to a to achieve an intimate mixture of different components, be it an endothermic or exothermic one To facilitate or control the process. It can be corrosive, dangerous and / or radioactive Liquids from which even minor losses cannot be accepted can be processed. There may also be other reasons for personal cleanliness in the work area ensure that it is desirable to operate the agitator with the help of a pressure-tight, even without through shaft and seals to bring about effective device, which the transmission allows a torque through the closed container wall.

Es ist bereits eine magnetische Antriebsvorrichtung dieser Art bekannt (DT-PS 12 02 392), die es erlaubt, einen gleichachsig mit dem treibenden Rotor angeordneten, durch eine wasserdichte, mit dem Gehäuse verbundene Wand von diesem getrennten Schwimmläufer zu zentrieren, anzutreiben und in der Schwebe zu halten.A magnetic drive device of this type is already known (DT-PS 12 02 392), which allows a coaxially arranged with the driving rotor, through a watertight, with the housing connected wall to center, propel and levitate from this separate swimming skater keep.

:■. Bei dieser bekannten Lösung wirken jedoch auf den angetriebenen Läufer erhebliche magnetische Anzugskräfte in axialer Richtung, die durch einen eigens dafür vorgesehenen magnetischen Kreis aufgefangen werden sollen. Es ist aber äußerst schwierig, wenn nicht: ■. In this known solution, however, considerable magnetic attraction forces act on the driven rotor in the axial direction, which are caught by a specially designed magnetic circuit should. But it is extremely difficult if not

ir- unmöglich, den bei der bekannten Anordnung lediglich durch magnetische Kräfte geführten, angetriebenen Läufer während des Betriebes in einer stabilen Gleichgewichtslage zu halten, in die er auch nach einem vorübergehenden Abschalten des Erregerstromesir- impossible, only with the known arrangement driven rotor guided by magnetic forces during operation in a stable To keep the equilibrium position, in which he even after a temporary switch-off of the excitation current

is selbsttätig wieder zurückgeführt würde. Insbesondere ist damit kein befriedigendes Betriebsverhalten zu erwarten, wenn die Achse der beiden Rotoren nicht genau senkrecht verläuft, oder wenn die im Behälter befindliche Flüssigkeit einer turbulenten Bewegungis automatically returned. In particular no satisfactory operating behavior can therefore be expected if the axis of the two rotors is not runs exactly vertically, or when the liquid in the container is in a turbulent motion

2c unterworfen ist.2c is subject.

Der vorliegenden, im Anspruch 1 umschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Zuhilfenahme einer durchgehenden Welle und ohne eine entsprechende Dichtung von einem außerhalb eines _.The present invention, which is described in claim 1, is based on the object, without assistance a continuous shaft and without a corresponding seal from an outside of a _.

druckdichten Behälters angeordneten, treibenden Lauf- V. rad ein Drehmoment auf ein im Innern des Behälters befindliches Laufrad zu übertragen, das sowohl in seiner Ruhelage, d. h. bei ausgeschaltetem Erregerstrom, als auch in der Betriebsstellung in einer stabilen Lage gehalten ist, wobei während seiner Drehung lediglich Flüssigkeitsreibung auftritt. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebene Anordnung erfüllt.pressure-tight container arranged, driving barrel V. rad to transmit a torque to an impeller located inside the container, which is both in his Rest position, d. H. when the excitation current is switched off, as well as in the operating position in a stable position is held, with only fluid friction occurring during its rotation. This task is carried out by the arrangement described in the characterizing part of claim 1 met.

Die insgesamt topfförmige im Bereich zwischen den Polringen zylindrisch ausgebildete Trennwand ist an sich aus der FR-PS 12 49 501 bekannt.The overall cup-shaped dividing wall, which is cylindrical in the area between the pole rings, is on known from FR-PS 12 49 501.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das angetriebene Laufrad in seiner Ruhelage mit mechanischen Mitteln in einer zum treibenden Laufrad koaxialen Lage gehalten. Es wird beim Einschalten des Erregerstromes von seinem Sitz abgehoben und durch ein magnetisches Axiallager in einer stabilen Gleichgewichtslage gehalten, in der es frei, lediglich unter Überwindung einer Flüssigkeitsreibung, der Bewegung des treibenden Laufrades zu folgen vermag. Bei einer ersten Ausbildungsform erfolgt die Zentrierung und Stützung des Läufers mit Hilfe eines konischen hydrodynamischen Widerlagers, wie es beispielsweise aus einem Artikel der Z. VDI, Bd. 96, Nr. 30, Seite 1005 bekannt ist, wobei auf eine Welle verzichtet werden kann. Trotzdem können in Fällen, in denen feste Teile, insbesondere Kristalle enthaltende Flüssigkeiten behandelt werden, Korrosionen an den Oberflächen des hydrodynamischen Widerlagers auftreten und sogar eine Blockierung des Rotors hervorrufen. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist an der dichten Trennwand vorteilhafterweise ein von Flüssigkeitskanälen durchzogener Zapfen angeordnet, auf dem eine mittig fest am Läufer angebrachte Hülse drehbar gelagert ist, wobeiIn the device according to the invention, the driven impeller is in its rest position with mechanical Means held in a coaxial position to the driving impeller. It is activated when the Excitation current lifted from its seat and by a magnetic axial bearing in a stable equilibrium position held in which it is free, only by overcoming a fluid friction, the movement able to follow the driving impeller. In a first form of training, the centering takes place and Support of the rotor with the help of a conical hydrodynamic abutment, as it is for example from an article in Z. VDI, vol. 96, no. 30, page 1005, with a shaft being dispensed with can. Nevertheless, in cases where solid parts, in particular liquids containing crystals, can be treated , corrosion on the surfaces of the hydrodynamic abutment occur and even cause a blockage of the rotor. To avoid this disadvantage, the tight partition wall is essential advantageously arranged a pin traversed by liquid channels, on which a centrally fixed on Runner attached sleeve is rotatably mounted, wherein

fio die Kanäle des Zapfens derart angeordnet sind, daß zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen des Zapfens und der Hülse unter Druck Flüssigkeit eingespeist wird, die zwischen den Teilen einen Film bildet und diese voneinander trennt, sobald der Rotor infio the channels of the pin are arranged such that fluid under pressure between the opposing surfaces of the pin and the sleeve is fed in, which forms a film between the parts and separates them from one another as soon as the rotor is in

(>s Drehung versetzt wird.(> s rotation is offset.

Das getriebene Laufrad kann in radialer Richtung zusätzlich durch an einem ortsfesten Zapfen angebrachte Radiallager geführt sein. Die weiteren AnsprücheThe driven impeller can also be attached to a stationary pin in the radial direction Be carried out radial bearings. The other claims

beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen des getriebenen Rades zur Erzeugung eines Überdrucks in der dem hydrodynamischen Lager zugeführten Flüssigkeit, die Möglichkeit, diese Druckflüssigkeit zusätzlich mindestens teilweise einer weiteren, von den Laufrädern unabhängigen Fördereinrichtung zu entnehmen und schließlich eine besonders wirksame und daher vorteilhafte Ausführungsform des nraghelischen Axiallagers zur Sicherung der stabilen Lage des getriebenen Laufrades.describe particularly advantageous embodiments of the driven wheel to generate an overpressure in the supplied to the hydrodynamic bearing Liquid, the possibility of this hydraulic fluid in addition at least partially a further, from the To see impellers independent conveyor and finally a particularly effective and therefore advantageous embodiment of the nraghelian axial bearing to ensure the stable position of the driven impeller.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der F i g. 1 bis 5 erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are based on FIGS. 1 to 5 explained. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Läufer sowie die zugehörige Antriebsvorrichtung, Fig. 1 is a longitudinal section through an inventive Rotor and the associated drive device,

Fig. 2 einen Querschnitt nach H-II durch Fig. 1,Fig. 2 shows a cross section according to H-II through Fig. 1,

Fig.3 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines in Flüssigkeit getauchten und magnetisch durch eine geschlossene Wand hindurch angetriebenen Läufers,3 shows an axial section through another embodiment one immersed in liquid and driven magnetically through a closed wall Runner,

F i g. 4 einen Axialschnitt durch eine andere, mit Permanentmagneten arbeitende Ausführungsform undF i g. 4 shows an axial section through another embodiment working with permanent magnets;

F i g. 5 einen horizontalen Teilschnitt nach V-V durch Fig. 4.F i g. 5 shows a horizontal partial section along V-V through FIG. 4.

Nach der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Läufer der Vorrichtung gemäß der Erfindung von einem getriebenen Laufrad 1 aus einem Metall oder einem gegen die Tauchflüssigkeit korrosionsbeständigen Material gebildet. Das getriebene Laufrad weist an seinem unteren Teil einen Ringraum 3 auf, in dem ein Polkranz 2 aus magnetischem Weicheisen mit glatter und durchgehender äußerer Oberfläche 2a angeordnet ist. Der innere Umfang zeigt eine unterbrochene Oberfläche mit einander abwechselnden Zähnen 2b und diese voneinander trennenden Zwischenräumen. Form, Größe und Zahl dieser Zähne sind derart bestimmt, daß das so gebildete Laufrad das getriebene Teil einer elektromagnetischen Synchronmaschine bildet. Der Ringraum 3 ist nach Einbringen des Polkranzes 2 mittels eines ringförmigen, verschweißten Deckels 4 aus korrosionsbeständigem Material verschlossen.After the in F i g. 1 and 2 shown embodiment of the rotor of the device according to the invention by a driven impeller 1 made of a metal or a material that is corrosion-resistant to the immersion liquid. The driven impeller has at its lower part an annular space 3 in which a pole ring 2 made of magnetic soft iron with a smooth and continuous outer surface 2a is arranged. The inner circumference shows an interrupted surface with teeth 2b alternating with one another and these interstices separating them from one another. The shape, size and number of these teeth are determined in such a way that the impeller thus formed forms the driven part of an electromagnetic synchronous machine. After the pole ring 2 has been introduced, the annular space 3 is closed by means of an annular, welded cover 4 made of corrosion-resistant material.

Das Laufrad 1 besitzt eine ebene obere Fläche la, auf der mittels beliebiger bekannter Mittel die Flügel 5 des Rührwerkes, im Beispielsfalle einer Zentrifuge, befestigt sind, und eine konische äußere Fläche Xb, die mit der gegenüberliegenden konischen Gegenfläche 12a des Trägers 12 ein hydrodynamisches Lager bildet und als Dreh- und Zentrierungsführung wirkt.The impeller 1 has a flat upper surface la on which the blades 5 of the agitator, in the example of a centrifuge, are attached by any known means, and a conical outer surface Xb which, with the opposite conical counter surface 12a of the carrier 12, forms a hydrodynamic bearing forms and acts as a rotation and centering guide.

Die übrigen Teile der Kupplung, wie das mit der Antriebswelle 7 fest verbun dene und mit den Zähnen 26 des Polkranzes 2 gegenüberliegenden Zähnen 6a versehene treibende Laufrad (Antriebsrotor) 6, die ortsfeste Erregerspule 8, der Polschuh 9 und der Mantel 11 sind von üblicher Form, Anordnung und Größe mit Ausnahme lediglich des Mantels U, der eine besondere Ausbildung aufweist. Er ist eingeschlossen und dicht verschweißt in einem Träger 12 aus dem gleichen Material wie das Laufrad 1. Aufgabe des Trägers ist es, die zu behandelnde Flüssigkeit von dem aus Weicheisen bestehenden Mantel 11 fernzuhalten.The remaining parts of the coupling, such as that firmly connected to the drive shaft 7 and to the teeth 26 of the pole ring 2 opposing teeth 6a provided driving impeller (drive rotor) 6, the Fixed excitation coil 8, the pole piece 9 and the jacket 11 are of the usual shape, arrangement and size The only exception is the jacket U, which has a special design. It is enclosed and sealed welded in a carrier 12 made of the same material as the impeller 1. The task of the carrier is to to keep the liquid to be treated away from the jacket 11 made of soft iron.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß in der Betriebsstellung, d. h. bei eingeschaltetem Erregerstrom des magnetischem Antriebskreises, zwischen der konischen Fläche Xb des getriebenen Laufrades und der an diese angepaßten konischen Sitzfläche 12a des Trägers 12 ein dünner Spalt besteht, in dem infolge der Drehung des Laufrades und den dabei auftretenden zentrifugalen Kräften ständig ein sich erneuernder FlüssigkeitsfilmFrom Fig. 1 it can be seen that in the operating position, that is, when the excitation current of the magnetic drive circuit is switched on, between the conical surface Xb of the driven impeller and the conical seat surface 12a of the carrier 12, which is adapted to this, there is a thin gap in which as a result of the rotation of the impeller and the resulting centrifugal forces, a constantly renewing liquid film

aufrechterhalten wird. Dieser Spalt kommt dadurch zustande, daß der Polring 6a des treibenden Laufrades gegenüber demjenigen 2b des getriebenen Rades, wenn dieses in seiner Ruhelage auf der Sitzfläche 12a aufsitzt, in axialer Richtung um einige Millimeter nach oben versetzt ist, so daß die magnetischen Anziehungskräfte zwischen den beiden Polkränzcn beim Einschalten des Erregerstromcs das getriebene Rad aus seinem Sitz heraus heben und schweben lassen. Dadurch wird die Bildung des hydrodynamischen Lagers erleichtert. Die obere Fläche \2b des Trägers kann mit festen Diffusionsflügeln 13 versehen sein, die einen Umlauf der Masse der Flüssigkeit verhindern. An seinem unteren Teil weist der Träger 12 einen Flansch 12c auf, der zur Befestigung der Gesamtanordnung am Boden 15 des Behälters mit Hilfe von Schrauben 14 dient.is maintained. This gap is due to the fact that the pole ring 6a of the driving impeller is offset axially by a few millimeters upwards in relation to that 2b of the driven wheel, when this is in its rest position on the seat surface 12a, so that the magnetic forces of attraction between the two When the exciter current is switched on, the pole rings lift the driven wheel out of its seat and let it float. This facilitates the formation of the hydrodynamic bearing. The upper surface \ 2b of the support can be provided with solid diffusion vanes 13 which prevent the mass of the liquid from circulating. At its lower part, the carrier 12 has a flange 12c which is used to fasten the overall arrangement to the bottom 15 of the container with the aid of screws 14.

Das Laufrad 1 und der Rotor 6 sind durch eine Wand 16 aus ebenfalls korrosionsbeständigem Material von einander getrennt, die mit Hilfe von Schrauben 17 an einem ringförmigen Element 18 aus korrosionsbeständigem Material befestigt ist, das am Träger 12 und dem diesen umgebenden Mantel 11 angeschweißt ist.The impeller 1 and the rotor 6 are surrounded by a wall 16 made of likewise corrosion-resistant material separated from each other, which by means of screws 17 on an annular element 18 made of corrosion-resistant Material is attached, which is welded to the carrier 12 and the jacket 11 surrounding it.

Die Trennwand 16 gewährleistet dank der Dichtung 20 einen vollständigen Abschluß des Behälterinnenrau- .-mes von dessen Umgebung. Es ist zu bemerken, daß die'* Vorrichtung eine solche Ausbildung aufweist, daß keine Schraube oder Gewindebohrung in Berührung mit der behandelten Flüssigkeit steht, wodurch eine spätere Demontage leicht ermöglicht wird.Thanks to the seal 20, the partition 16 ensures that the interior of the container is completely sealed off of its surroundings. It should be noted that the '* device has such a design that none Screw or threaded hole is in contact with the treated liquid, creating a later Disassembly is made easy.

Ein Rohr 19, daß das ringförmige Element 18, die Wand 11 und den Träger 12 durchzieht, stellt eine Verbindung zwischen dem ringförmigen, von der Wand 16, dem Element 18 und der Abdeckung 4 des Laufrades 1 begrenzten Raum und dem Bodenbereich des Behälters her und erlaubt den Durchfluß von Flüssigkeit zum Ersatz des durch das konische Lager fließenden Arbeitsmittels.A tube 19 that the annular element 18, the wall 11 and the support 12 passes through, provides a Connection between the annular, of the wall 16, the element 18 and the cover 4 of the impeller 1 limited space and the bottom area of the container and allows the flow of liquid to replace the working medium flowing through the conical bearing.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:The operation of the device is as follows:

Der Behälter wird mit der zu behandelnden Flüssigkeit gefüllt und die Wicklung 8 der Kupplung mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Strom gespeist, wodurch ein durch die Teile 6, 9, 11 und 2 verlaufendes Magnetfeld gebildet wird. Der Verlauf einer durchschnittlichen Kraftlinie ist in der Zeichnung gestrichelt wiedergegeben. Die Zähne 26 des Polkranzes 2 des Laufrades 1 und die ihnen gegenüber axial leicht versetzten Zähne 6a des Rotors 6 stellen sich infolgedessen derart aufeinander ein, daß sich die im magnetischen Kreis dem Magnetfluß entgegengesetzte Reluktanz auf ein Minimum einstellt, wobei zwischen den gegenüberliegenden Polen eine Anziehungskraft wirksam ist, die es in bekannter Weise erlaubt, zwischen den beiden Rotoren ein Drehmoment zu übertragen.The container is filled with the liquid to be treated and the winding 8 of the coupling with Direct current or rectified current fed, whereby a passing through the parts 6, 9, 11 and 2 Magnetic field is formed. The course of an average line of force is dashed in the drawing reproduced. The teeth 26 of the pole ring 2 of the impeller 1 and the axially slightly opposite them offset teeth 6a of the rotor 6 are consequently one on the other in such a way that the im magnetic circuit sets the reluctance opposite to the magnetic flux to a minimum, with between the opposite poles an attractive force is effective, which allows it in a known manner between to transmit a torque to the two rotors.

Wenn der Rotor 6 mittels eines äußeren Motors angetrieben wird, wird das Laufrad 1 über das umlaufende Magnetfeld ebenfalls angetrieben. Von dem Zeitpunkt an, in dem das Magnetfeld gebildet ist und mit erkennbarer Geschwindigkeit umläuft, wird an den konischen Flächen ib und 12a ein Flüssigkeitsfilm gebildet, der die eine Fläche von der anderen trennt und damit, wie in allen hydrodynamischen Zapfenführungen, ein praktisch reibungsloses Gleiten ermöglicht. "'If the rotor 6 is driven by means of an external motor, the impeller 1 is also driven via the rotating magnetic field. From the point in time at which the magnetic field is established and rotates at a recognizable speed, a liquid film is formed on the conical surfaces ib and 12a, which separates one surface from the other and thus, as in all hydrodynamic journal guides, practically smooth sliding enables. "'

Das übertragbare Moment ist eine Funktion des Magnetfeldes im Luftspalt, d. h. der Stärke des Erregerstromes in der Wicklung 8.The transmittable moment is a function of the magnetic field in the air gap, i. H. the strength of the Excitation current in the winding 8.

Bei industriellen Anwendungen ist es nützlich, jederzeit feststellen zu können, ob sich das Rührwerk in Bewegung befindet. Zu diesem Zweck genügt es, daranIn industrial applications it is useful to be able to determine at any time whether the agitator is in Movement is located. For this purpose it is enough to remember

zu erinnern, daß bei gleicher Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 6 und des Laufrades 1 während der gemeinsamen Drehbewegung derselben keine Veränderung des Magnetflusses entsteht, während bei unterschiedlicher Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 6 und des Laufrades 1 der Schlupf zwischen den Zähnen des Laufrades 1 und denen des Rotors ;6 periodische Veränderungen des Flusses hervorruft und in der Wicklung 8 eine der Speisespannung überlagerte Wechselspannung induziert wird, die an den Klemmen der Haupterregerspule oder an den Klemmen einer koaxial zur Haupterregerspule besonders für diese Zwecke angeordneten Spule abgegriffen werden kann.to remember that with the same rotational speed of the rotor 6 and the impeller 1 during the common rotary movement of the same no change in the magnetic flux occurs, while with different Circulation speed of the rotor 6 and the impeller 1 the slip between the teeth of the Impeller 1 and those of the rotor; 6 causes periodic changes in the flow and in the Winding 8 an alternating voltage superimposed on the supply voltage is induced, which is applied to the terminals the main excitation coil or at the terminals of a coaxial to the main excitation coil especially for this Purposes arranged coil can be tapped.

Für den Fall, daß sich keine Korrosionsprobleme stellen, kann das Laufrad 1 vollständig aus Weicheisen bestehen. Gegebenenfalls ist es mit einer elektrolytisch oder chemisch aufgebrachten Schutzschicht zu versehen. In the event that there are no corrosion problems, the impeller 1 can be made entirely of soft iron exist. If necessary, it is to be provided with an electrolytically or chemically applied protective layer.

In bestimmten Fällen kann das Laufrad 1 aus einem Kunststoff (Harz) hergestellt sein, der mit Eisenpulver durchsetzt ist, derart, daß das Pulver völlig eingebettet ist und reines Harz die Oberfläche des Laufrades bildet.In certain cases, the impeller 1 can be made of a plastic (resin) with iron powder is interspersed in such a way that the powder is completely embedded and pure resin forms the surface of the impeller.

Wenn die Trennwand 16 aus metallischem Material besteht, entstehen darin während der Drehung der Laufräder Foucaultsche Wirbelströme. Zur Verminderung der entsprechenden Energieverluste kann es zweckmäßig sein, bestimmte Geschwindigkeitswerte und Wandstärken nicht zu überschreiten. Die Wand 16 kann im übrigen aus einem nichtleitenden Material genügender Festigkeit hergestellt sein. Für den Fall, daß ein bedeutender Druckunterschied zwischen dem Behälter und der Umgebung besteht, wird zweckmäßigerweise die den Rotor 6 umgebende Kammer mit einem neutralen Gas oder einer beliebigen Flüssigkeit abgedrückt, um damit die Dicke der Trennwand 16 und damit die Verluste so gering wie möglich halten zu können.If the partition wall 16 is made of metallic material, arise therein during rotation of the Impellers Foucault eddy currents. To reduce the corresponding energy losses it can It may be useful not to exceed certain speed values and wall thicknesses. The wall 16 can also be made of a non-conductive material of sufficient strength. In case that there is a significant pressure difference between the container and the environment is expedient the chamber surrounding the rotor 6 with a neutral gas or any liquid pressed off in order to keep the thickness of the partition 16 and thus the losses as low as possible can.

Im Falle der F i g. 3 wird der Läufer von einem Laufrad 21 gebildet, das aus einem Metall oder einem anderen gegenüber der umgebenden Flüssigkeit korrosionsbeständigen beständigen Material besteht. Das Laufrad 21 ist an seinem unteren Teil mit einem Polkranz 22 aus magnetischem Weicheisen versehen, der in einem unteren, von einem ringförmigen Deckel 24 aus korrosionsbeständigem Material verschlossenen Ringraum 23 eingeschlossen ist. Der Polkranz 22 weist an seiner inneren Fläche eine bestimmte Zahl von Zähnen 25 auf, die mit bestimmten Zähnen 26 zusammenwirken, die kranzförmig am Umfang eines fest mit einer Antriebswelle 28 verbundenen Rotors 27 angeordnet sind. In der Darstellung nach F i g. 3 bzw. 4 befindet sich das getriebene Laufrad in seiner Ruhestellung und sitzt auf dem Fußteil 49 des am Boden 31 der Trennwand 29 angeschraubten (51) aus den Abschnitten 48a, 48b und 48c bestehenden Zapfens 48 auf, so daß sein Polkranz 22 etwas tiefer liegt, als derjenige (26) des treibenden Rotors 27. Die Antriebswelle 28 ist mit einem geeigneten, nicht dargestellten Motor verbunden. Die Zähne 25 und 26 der beiden Rotoren sind durch eine zylindrische Wand 29 voneinander getrennt, die ebenfalls aus einem gegenüber der Flüssigkeit korrosionsbeständigen Material besteht. Die Trennwand 29 weist an ihrem oberen Teil den Boden 31 und an ihrem unteren Teil einen Ringflansch 32 auf, der mit Hilfe von Schrauben 33 an einem Träger 34 befestigt ist, der seinerseits am Boden des Behälters 35 mit Hilfe von Schrauben 36 fixiert ist. Die Wand 29 kann erforderlichenfalls an ihrem Träger angeschweißt sein, ebenso der Träger 34 am Boden des Behälters 35, wodurch eine zusätzliche Dichtung überflüssig wird.In the case of FIG. 3, the rotor is formed by an impeller 21 made of a metal or another material that is resistant to corrosion by the surrounding liquid. The impeller 21 is provided on its lower part with a pole ring 22 made of magnetic soft iron, which is enclosed in a lower annular space 23 closed by an annular cover 24 made of corrosion-resistant material. The pole ring 22 has on its inner surface a certain number of teeth 25 which interact with certain teeth 26 which are arranged in a ring shape on the circumference of a rotor 27 fixedly connected to a drive shaft 28. In the illustration according to FIG. 3 or 4, the driven impeller is in its rest position and sits on the foot part 49 of the pin 48 screwed to the bottom 31 of the partition 29 (51) consisting of the sections 48a, 48b and 48c, so that its pole ring 22 is slightly lower , as that (26) of the driving rotor 27. The drive shaft 28 is connected to a suitable motor, not shown. The teeth 25 and 26 of the two rotors are separated from one another by a cylindrical wall 29, which is also made of a material that is corrosion-resistant to the liquid. The partition wall 29 has a base 31 on its upper part and an annular flange 32 on its lower part, which is fastened by means of screws 33 to a carrier 34 which in turn is fixed to the base of the container 35 by means of screws 36. The wall 29 can, if necessary, be welded to its support, as can the support 34 on the bottom of the container 35, whereby an additional seal is superfluous.

Die elektromagnetische Kupplung besteht ferner aus einer ringförmigen Erregerspule 37, die zwischen einem quer verlaufenden Polschuh 38, dem Flansch 32, der Trennwand 29 und einer seitlichen Wand 39 liegt. Das obere Ende der Wand 39 ist im Innern des Trägers 34 befestigt und endet in einem ringförmigen Polstück 41, in dessen Oberfläche mehrere rundumlaufende NutenThe electromagnetic clutch also consists of an annular excitation coil 37, which is between a transverse pole piece 38, the flange 32, the partition 29 and a side wall 39 is located. That the upper end of the wall 39 is fixed inside the support 34 and ends in an annular pole piece 41, several circumferential grooves in its surface

42 eingelassen sind, zwischen denen vorstehende Zähne42 are embedded, between which protruding teeth

43 verlaufen. Das Polstück 41 ist etwa gegenüber dem magnetischen Polkranz 22 des Laufrades 21 gelagert, der auf seiner äußeren Oberfläche ebenfalls mit Nuten 44 in gleicher Zahl wie die Nuten 42 versehen ist, zwischen denen sich Zähne 45 befinden.43 run. The pole piece 41 is mounted approximately opposite the magnetic pole ring 22 of the impeller 21, which is also provided on its outer surface with grooves 44 in the same number as the grooves 42, between which there are teeth 45.

Am Laufrad 21 sind Schaufeln 46 eines Rührwerks angeordnet, die gegenüber von festen, am Träger 34 befestigten Diffusionsschaufeln 47 umlaufen.Blades 46 of an agitator are arranged on the impeller 21, which are opposite to those fixed on the carrier 34 fixed diffusion blades 47 rotate.

Am Boden 31 der Trennwand 29 ist mittels Schrauben 51 der Fußteil 49 eines vertikalen Zapfens 48 befestigt. Auf den Zapfen 48 ist eine Hülse 52 aufgeschoben, die mit Hilfe von Schrauben 53 am Laufrad 21 befestigt ist. In der Hülse 52 sind ein unteres Lager und ein oberes Lager 55 angeordnet, die mit geringem Spiel aufThe foot part 49 of a vertical pin 48 is fastened to the bottom 31 of the partition 29 by means of screws 51. A sleeve 52, which is fastened to the impeller 21 with the aid of screws 53, is pushed onto the pin 48. In the sleeve 52, a lower bearing and an upper bearing 55 are arranged with little play

" entsprechenden zylindrischen Lagerzapfen 48a und 486 des Zapfens 48 auf und ab gleiten können. Die Lagerzapfen 48a und 486, die zur Zentrierung des getriebenen Läufers in radialer Richtung dienen, können erforderlichenfalls mit einem dauerhaften Material — sei es durch Aufdampfen oder mechanische Befestigung beschichtet sein. Infolge der in diese Radiallager eindringenden Flüssigkeit tritt auch hier praktisch reine Flüssigkeitsreibung auf."corresponding cylindrical journals 48a and 486 of the pin 48 can slide up and down. The journals 48a and 486, which are used to center the driven rotor serve in the radial direction, can if necessary with a durable material - be it coated by vapor deposition or mechanical fastening. As a result of in this radial bearing penetrating liquid occurs here also practically pure liquid friction.

Der Zapfen 48 ist mit einer Längsbohrung 56 versehen, die diesen von einem Ende zum anderen durchzieht. Das obere Ende der Bohrung 56 ist mittels einer die Halterung einer Kappe 58 auf dem oberen Ende des Zapfens 48 gewährleistenden Schraube 57 verschlossen. Die Kappe 58 bildet den oberen Anschlag zur Begrenzung einer allfälligen axialen Verschiebung des Laufrades 21. Der Längskanal 56 steht über Querbohrungen 59 mit einer Kammer 61 in Verbindung, die von der Hülse 52 und dem Zapfen 48 begrenzt wird.The pin 48 is provided with a longitudinal bore 56 which extends this from one end to the other runs through. The upper end of the bore 56 is by means of a holder of a cap 58 on the upper End of the pin 48 ensuring screw 57 closed. The cap 58 forms the upper stop to limit any axial displacement of the impeller 21. The longitudinal channel 56 protrudes Cross bores 59 with a chamber 61 in connection, which is delimited by the sleeve 52 and the pin 48.

An ihrem unteren Ende steht die Längsbohrung 56 des Zapfens 48 mit einer zwischen der Fußplatte 49 und dem Boden 51 eingeschlossenen Kammer 62 in Verbindung. Die Kammer 62 ist ihrerseits über Bohrungen 63 mit einem Ringraum 64 verbunden, der zwischen dem Läufer 21 und dem Boden 31 der Trennwand 29 vorgesehen ist.At its lower end is the longitudinal bore 56 of the pin 48 with a between the base plate 49 and the bottom 51 enclosed chamber 62 in connection. Chamber 62 is in turn over Bores 63 connected to an annular space 64 between the rotor 21 and the bottom 31 of the Partition 29 is provided.

In der Querwand 21a des Läufers 21 sind Schaufeln einer Zentrifugalpumpe 65 ausgebildet. Diese letztere steht über Leitungen 66 im Läufer 21 und der Hülse 52 mit einer Kammer 67 in Verbindung, die zwischen der äußeren Oberfläche der Hülse 52 und einem an der Hülse 52 befestigten Sieb 68 von im wesentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt begrenzt ist.Blades of a centrifugal pump 65 are formed in the transverse wall 21a of the rotor 21. This latter is via lines 66 in the rotor 21 and the sleeve 52 with a chamber 67 in connection, which between the outer surface of the sleeve 52 and a screen 68 attached to the sleeve 52 of substantially frustoconical shape is limited.

Beim Einschalten des Erregerstromes in der Spule 33 wird der Läufer 21 infolge der magnetischen Kupplung zwischen den Zähnen 25 und 26 von seinem Sitz abgehoben und die Drehung des Rotors 27 wird auf den Läufer 21 übertragen. Der Verlauf des Antriebsmagnetflußes ist in F i g. 3 durch eine mit einem Pfeil versehene ausgezogene Linie angedeutet. Bei in Umlauf befindlichem Läufer 21 fördert die im Läufer 21 angeordnete Zentrifugalpumpe 65 Flüssigkeit aus dem Behälter durch das Sieb 68 in die Kammer 67 sowie den Kanal 66When the excitation current is switched on in the coil 33, the rotor 21 becomes due to the magnetic coupling between the teeth 25 and 26 lifted from its seat and the rotation of the rotor 27 is on the Runner 21 transferred. The course of the drive magnetic flux is shown in FIG. 3 by a marked with an arrow solid line indicated. When the rotor 21 is in circulation, the rotor arranged in the rotor 21 promotes Centrifugal pump 65 liquid from the container through the sieve 68 into the chamber 67 and the channel 66

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und speist sie in den peripheren Ringraum 64 und von dort durch die Leitung 63, die Kammer 62 sowie den Längskanal 56 des Zapfens 52 ein. Die unter Druck stehende Flüssigkeit gelangt dabei durch die Querleitungen 59 in die konische, von der Innenwand 52a der Hülse 52 und dem konischen Abschnitt 48c des Zapfens 48 gebildete Kammer 61 und von dort einerseits zwischen den unteren Lagerzapfen 48a und* das hiermit in Verbindung stehende Lager 54 und andererseits zwischen den oberen Lagerzapfen 48b und das hiermit in Wirkverbindung stehende Lager 55. Es bilden sich infolgedessen zwischen den Lagern und den entsprechenden Teilen des Zapfens 48 Flüssigkeitsfilme, d. h. ein hydrodynamisches Lager, wobei die aufeinander gleitenden Materialien während der Drehung des Läufers voneinander getrennt bleiben.and feeds it into the peripheral annular space 64 and from there through the line 63, the chamber 62 and the longitudinal channel 56 of the pin 52. The pressurized liquid passes through the cross lines 59 into the conical chamber 61 formed by the inner wall 52a of the sleeve 52 and the conical section 48c of the pin 48 and from there on the one hand between the lower bearing pin 48a and the bearing connected to it 54 and on the other hand between the upper bearing journals 48b and the bearing 55, which is in operative connection therewith. As a result, liquid films, i.e. a hydrodynamic bearing, are formed between the bearings and the corresponding parts of the journal 48, whereby the materials sliding on one another are separated from one another during the rotation of the rotor stay.

In bestimmten Fällen kann anstelle einer Zentrifugalpumpe eine unabhängige äußere Pumpe vorgesehen sein, die den Zapfen 48 über ein besonderes, an das obere Ende des Zapfens angrenzendes Leitungssystem mit gefilterter und eventuell rückgekühlter oder erforderlichenfalls auch erwärmter Flüssigkeit speist.In certain cases, an independent external pump can be used instead of a centrifugal pump be that the pin 48 via a special line system adjoining the upper end of the pin with filtered and possibly recooled or, if necessary, also heated liquid.

Die von der Schwerkraft und den von den Rührorganen 46 herkommenden Stoßen stammenden Kräfte werden von dem magnetischen, von den einander gegenüberliegenden Zähnen 43 und 45 gebildeten Axiallager aufgenommen, wobei der von der Induktionsspule 37 hervorgerufene Magnetfluß in bekannter Weise in diesen Zähnen konzentriert wird. Das magnetische Axiallager erlaubt dem frei im Antriebsmagnetfeld hängenden Läufer eine Drehung, ohne das es darüber hinaus einer herkömmlichen Lagerung bedarf.Those coming from the force of gravity and the shocks coming from the agitators 46 Forces are generated by the magnetic, opposing teeth 43 and 45 formed thrust bearings, wherein the induced by the induction coil 37 magnetic flux in is known to be concentrated in these teeth. The magnetic thrust bearing allows you to move freely in the Drive magnetic field hanging rotor a rotation, without it, moreover, a conventional one Storage needs.

In der in den F i g. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform, in der im übrigen die zu F i g. 3 analogen Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist das dem Antrieb des Rotors und der frei hängenden Halterung dienende Magnetfeld durch eine Reihe von Permanentmagneten 71 erzeugt, die hintereinander am Umfang des Rotors 27 in alternierender Richtung angeordnet sind, derart, daß sich Pole mit gleicher Polarität einander gegenüberliegen. Der am Läufer 21 angeordnete Magnetkranz weist, wie im Falle der Ausführungsform nach Fig.3, Zähne 25 auf, die gleichmäßig über dessen innere Oberfläche verteilt sind. Diese Zähne wirken mit den Polzähnen 72 zusammen, die, wie in Fig.5 dargestellt, an den Enden der Dauermagneten gebildet sind.In the FIG. 4 and 5 illustrated embodiment, in which the rest of FIG. 3 analog parts with the same reference numerals are designated, that is the drive of the rotor and the free-hanging bracket Serving magnetic field generated by a series of permanent magnets 71, one behind the other on the circumference of the rotor 27 are arranged in alternating directions such that poles with the same polarity face each other. The magnetic ring arranged on the rotor 21 has, as in the case of the embodiment according to Figure 3, teeth 25, which are evenly distributed over its inner surface. These teeth cooperate with the pole teeth 72, which, as shown in Figure 5, at the ends of the permanent magnets are formed.

Zur Gewährleistung der frei hängenden magnetischen Lagerung des Läufers weisen die Zähne 25 und 72 an den einander gegenüberliegenden Flächen Nuten 73 bzw. 74 sowie Zähne 75 und 76 auf, die sich rundumlaufend erstrecken; hierdurch wird der dem Antrieb und der frei hängenden Halterung dienende Magnetfluß gebündelt.To ensure the freely hanging magnetic mounting of the rotor, the teeth 25 and 72 on the opposite surfaces grooves 73 and 74 and teeth 75 and 76, which extend all around; as a result, the one used for the drive and the freely hanging bracket Bundled magnetic flux.

Für den Fall, daß der Läufer sich in einem gegenüber dem Außendruck unter erhöhtem Druck stehenden Medium befindet, ist die aus Antriebsmotor, Rotor und Erregerspule bestehende Anordnung zweckmäßig in,-· einem druckausgeglichenen Raum gelagert, um die** Verstärkung der dichten Trennwand vermeiden zu können,die eine merkliche Erhöhung der Verluste durch Foucaultsche ehe Ströme und damit eine Verminderung der Leistung zur Folge haben würde. Darüber hinaus kann das die Druckausgeglichenheit gewährleistende Gas zur Abführung der durch die Motorverluste entstehenden Wärme herangezogen werden.In the event that the runner is under increased pressure in relation to the external pressure Medium is located, the arrangement consisting of the drive motor, rotor and excitation coil is expedient in, - stored in a pressure-balanced room in order to avoid the ** reinforcement of the tight partition wall which can lead to a marked increase in the losses due to Foucaultian currents and thus a decrease the performance would result. In addition, the pressure balance can be ensured Gas can be used to dissipate the heat generated by the engine losses.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Magnetic device for the contactless transmission of a torque from a driving impeller attached outside of a liquid container on a vertical drive shaft to a centered, driven impeller arranged inside the container coaxially to the driving impeller during operation with the aid of magnetic force through a centered, driven impeller which closes a bottom opening of the container Pressure-tight partition wall through it, the driven impeller having a seat surface with which it rests on a counter surface attached to a stationary part of the device when the magnetic force is switched off due to its own weight, and magnetizable parts of the device housing firmly connected to the partition wall and the container have a stationary one Form section of a toroidal magnetic buoyancy circuit, which is excited via a coil fed with direct current or rectified current or by permanent magnets and its rotationally symmetrical tric, coaxial to the two impellers standing air gap is divided by the partition into two partial air gaps, in each of which a concentric, gear-shaped pole ring attached to one of the two impellers made of magnetizable material is rotatably guided with its wheel, whose poles, in the same number for the two running wheels are directed towards the partition wall and the pole ring of the mating wheel located behind it in such a way that the magnetic drive circuit is closed by its stationary section and a movable section formed by the two pole rings through the partition wall, characterized in that the partition wall (16 , 31) is pot-shaped in a known manner and cylindrical in the area between the pole rings (2b, 6a, 25, 26) so that the driven impeller (1, 21) has a conical seat surface (16, 52a) with which it when the excitation of the magnetic drive circuit is switched off due to its own weight on a stationary Te il (12, 48) of the device attached conical counter surface (12a, 48c) sits and is held in a position coaxial to the driving impeller (6, 27), and that the pole ring (2b, 25) of the driven impeller (1, 21 ) when it is seated on the mating surface opposite that (6a, 26) of the driving impeller (6,25) is offset in the axial direction downward such that the driven impeller (1, 21) as a whole by the when the excitation of the magnetic Drive circuit between the pole rings (2b, 6a or 25, 26) occurring magnetic forces of attraction from its rest position on the conical seat (12a, 48c) can be raised into a free-floating operating position and rotated about the common axis.

2. Magnetic device according to claim 1, characterized in that the conical seat surface (Ib, 52a) of the driven impeller (1, 21) and its stationary counter surface (12a, 48c) for improvement the guidance of the impeller (1,21) during operation in a manner known per se as a hydrodynamic one Bearings are formed.

3. Magnetic device according to claim 2, characterized in that inside the container

ters (35) on the bottom (31, 49) of the pot-shaped Partition wall (29) an axially arranged pin (48) attached and on this one the driven The sleeve (52) carrying the impeller (21) and rotatable with it and displaceable in the axial direction is pushed on is that the mutually facing, conically tapering surfaces (48c, 52a) of the Pin (48) and the sleeve (52) are designed as a hydrodynamic bearing (61) and that also in Pin (48) channels (56, 59) for the introduction of pressure fluid into the conical bearing (61) during the rotation of the impeller (21) are provided.

4. Magnetic device according to claim 3, characterized in that a centrifugal pump (65) for generating the pressure fluid to be introduced into the fluid channels (56, 59) is formed on the driven impeller (21) by means of radial and / or helicoidal grooves or ribs, and that on the driven wheel (21) a screen (68) from which the impeller (21) surrounding liquid '<mounted on the suction side with respect to the centrifugal pump (65) for filtering a required for lubrication of the hydrodynamic bearing (61) amount of liquid.

5. Magnetic device according to claim 4 \ characterized in that the centrifugal pump consists of turbine blades (65) attached to one of the pressure-tight partition (29) facing surface of the impeller (21) and that the sieve (68) on the outside of the sleeve (52 ) is attached, a chamber (67) being provided between the sieve (68) and the sleeve (52), which chamber (67) communicates with the suction side of the centrifugal pump (65) via at least one line (66).

6. Magnetic device according to claim 4, characterized in that the pin (48) of a foot part (49) is carried, which in turn is attached to the partition (29) and with this one Chamber (62) encloses which on the one hand with the liquid channels (56, 56) provided in the pin (48) 59) and on the other hand via at least one feed line (63) recessed in the partition (29) with the Pressure side (64) of the centrifugal pump (65) is connected.

7. Magnetic device according to claim 2 or 3, characterized in that the liquid channels (19,56,59) for the lubrication of the hydrodynamic bearing (16, 12a, 61) in a manner known per se a pressure fluid pumping device, independent of the driven impeller (1,21), is connected are.

8. Magnetic device according to claim 3, characterized in that the sleeve (52) for Improvement of the guidance of the driven impeller (21) in the radial direction with bearings (54, 55) is provided on two cylindrical parts (48a, 486j of the pin (48) in the axial direction displaceable, but perpendicularly guided in a form-fitting manner.

9. Magnetic device according to claim 3, characterized in that for receiving the due to gravity and the hydrodynamic effects on the driven impeller (21) resulting forces, in addition to the stabilizing effect of the between the pole rings (25, 26) occurring magnetic forces, a magnetic axial bearing of a known type is provided that on the one hand by running in the circumferential direction, a

in itself any profile having rows of grooves (42, 44) in the opposing, the Delimitation of a partial air gap of the magnetic circuit forming cylindrical surfaces of the driven Impeller (21) carried pole wheel (22) and the device housing (41) and on the other hand by the pole-like ring-shaped stripes | £ or teeth (43, 45) is formed.