DE19739785A1 - Antriebseinrichtung und Antriebssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit ei­ ner ein magnetisches Drehfeld erzeugenden Gerätebasis, die eine Statorwicklungsanordnung aufweist, welche an eine Stromquelle zur Lieferung phasenversetzter Ströme ange­ schlossen ist, wobei ein Teil des von der Gerätebasis er­ zeugten magnetischen Drehfeldes dazu bestimmt ist, eine ma­ gnetfelddurchlässige Trennwand zu einem Verbraucher hin zu durchdringen und magnetisch aktive oder passive Teile des Verbrauchers zu dessen Antrieb mitzunehmen.

Allgemein bekannt sind magnetische Rühreinrichtungen mit einer ein Magnetfelderzeugungssystem enthaltenden Gerä­ tebasis auf die ein Rührgefäß aufsetzbar ist, in welchem sich eine zu rührende oder zu durchmischende Flüssigkeit, und in diese eingetaucht, ein magnetischer Rührstab befin­ den. Durch Erregung der Magnetspulen durch entsprechend phasenversetzte Ströme bildet sich über der das Rührgefäß tragenden Fläche der Gerätebasis ein elektromagnetisches Drehfeld aus, welches die Wand des Rührgefäßes durchdringt und mit dem im Rührgefäß befindlichen Rührstab in Wechsel­ wirkung tritt. Das aus der Gerätebasis und dem Rührstab ge­ bildete Antriebssystem stellt somit einen Synchronmotor dar, dessen Polrad hier die Gestalt des magnetischen Rührstabs hat.

In manchen Fällen bereitet es Schwierigkeit, den Rührstab in Synchronismus mit dem Drehfeld der Gerätebasis zu ziehen und zu einem stabilen, konzentrischen Lauf zu veranlassen. Auch kann es vorkommen, daß für bestimmte Rührarbeiten die oberhalb der Stellfläche der Gerätebasis entwickelte Stärke des magnetischen Drehfeldes stark erhöht werden muß, derart, daß das Magnetfelderzeugungssystem in­ nerhalb der Gerätebasis großen Raumbedarf hat.

Andere bekannte Antriebseinrichtungen dienen dazu, in einem Antriebssystem einen Verbraucher, etwa eine Pumpe oder ein Lüfterrad oder einen Rührflügel in einer Kammer in Umdrehung zu versetzen, in welcher entweder ein Vakuum herrscht oder eine stark aggressive Atmosphäre erzeugt wor­ den ist, wobei dafür Sorge getragen werden muß, daß der In­ nenraum innerhalb der Kammer sicher von der die Kammer um­ gebenden Atmosphäre getrennt gehalten wird. In solchen Fäl­ len muß durch die Kammerwand von einer äußeren Antriebsein­ richtung zu dem Verbraucher hin eine Antriebswelle über ei­ ne sicher gasdichte Durchführung geführt werden, deren Dichtigkeit auch bei höheren Drehzahlen gewährleistet ist.

Will man eine solche gasdichte Wellendurchführung ver­ meiden oder ist sie nicht verwirklichbar, so sieht man über die aus magnetfelddurchlässigem Werkstoff gefertigte Behäl­ terwand hinweg eine magnetische Kopplung zwischen der äuße­ ren Antriebseinrichtung und dem im Behälter befindlichen Verbraucher vor, derart, daß außerhalb des Behälters ein beispielsweise herkömmlich aufgebauter Elektromotor einen ebenfalls außerhalb des Behälters befindlichen Permanentma­ gneten antreibt, der mit seinem Magnetfeld magnetisch akti­ ve oder passive Teile des innerhalb des Behälters drehbar gelagerten Verbrauchers mitnimmt.

Ein solches, in vielen Fällen zufriedenstellend arbei­ tendes Antriebssystem hat jedoch eine verhältnismäßig große axiale Bauhöhe, wobei dann, wenn der Elektromotor ein Kom­ mutatormotor ist, auch die axiale Bauhöhe des Kommutators hinzutritt. Als Nachteil kann weiter empfunden werden, daß der Kommutator ein verstärkt tem­ peraturempfindliches Bauteil, sowie mit seiner Bürstenan­ ordnung ein dem Verschleiß unterworfenes Bauteil ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ei­ ne Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 so auszugestalten, daß bei geringer Bauhöhe in axialer Richtung und vergleichsweise einfachem Aufbau eine besonders starke magnetische Kopplung über die Trennwand hinweg zum Verbraucher erreicht wird. Diese Auf­ gabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkma­ le von Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung umfaßt auch ein ei­ ne derartige Antriebseinrichtung enthaltendes Antriebssy­ stem.

Im übrigen sind zweckmäßige Ausgestaltungen und vor­ teilhafte Ausführungsformen Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche auf deren Inhalt hierdurch ausdrücklich hingewiesen wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Zum besseren Verständnis der der Erfindung zugrundelie­ genden Gedanken seien nur folgende Betrachtungen der Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen vorausgeschickt:

Bei der hier vorgeschlagenen Antriebseinrichtung er­ füllt das in der Gerätebasis gelagerte Magnetpolrad eine doppelte Funktion. Zum einen ist es Bestandteil des in der Gerätebasis enthaltenen Synchronmotors mit gesteuert erreg­ ter Statorwicklungsanordnung und zum anderen ist es Be­ standteil der durch die Trennwand hindurch wirkenden Ma­ gnetkupplung zum Verbraucher hin. Auf diese Weise wird ge­ genüber entsprechenden bekannten Antriebseinrichtungen ein Bauteil, nämlich das auf der Seite der Antriebseinrichtung nahe der Trennwand angeordnete Magnetkupplungsteil, einge­ spart. Während bekannte Antriebseinrichtungen mit einem von magnetischen oder magnetisierbaren Werkstoff freien, gewic­ kelten Scheibenläufer ein geringes Trägheitsmoment haben und daher rasch anlaufen, ist die ge­ samte Antriebseinrichtung mit dem mit dem Läufer bekanntermaßen über eine Welle zu verbindenden Magnetkupplungsteil durch­ aus wiederum mit einem Trägheitsmoment belastet, das einem raschen Hochlauf der rotierenden Teile auf der Trennwandau­ ßenseite entgegensteht. Demgegenüber ist das erhöhte Drehmoment des Magnetpolrades der hier angegebenen An­ triebseinrichtung nicht von Nachteil, da dieses Magnetpol­ rad nicht durch ein zusätzliches Trägheitsmoment eines Ma­ gnetkupplungsteiles belastet ist, nachdem das Magnetpolrad, wie bereits gesagt, zusätzlich eben dieses Magnetkupplungs­ teil selbst ist.

Hochwertige Magnetwerkstoffe, insbesondere Samarium- Kobalt-Permanentmagnete, gestatten die Ausbildung des Ma­ gnetpolrades in Gestalt eines axial flachen, scheibenförmi­ gen Körpers, falls eine geringe axiale Bauhöhe der An­ triebseinrichtung in bestimmten Antriebssystemen angestrebt wird.

In den Zeichnungen, in denen einander jeweils entspre­ chende Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, stellen dar:

Fig. 1 und 2 Antriebssysteme der hier betrachteten all­ gemeinen Art gemäß dem Stande der Technik in schematischer, teilweise geschnitten wiedergegebener Darstellungsweise,

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Abbildung ei­ nes Antriebssystems mit einer Antriebseinrichtung der hier angegebenen Art,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Antriebseinrichtung gemäß der vorlie­ gend angegebenen Konstruktion,

Fig. 5 bis 8 schematische, in Axialschnitt dargestellte Seitenansichten von Antriebssystemen der hier angegebenen Art in verschiedenen Ausführungsformen,

Fig. 9 eine im Axialschnitt gezeigte Seitenansicht ei­ ner weiter abgewandelten Ausführungsform eines Antriebssy­ stems,

Fig. 10 eine im Axialschnitt gezeigte Teil- Seitenansicht einer der Ausführungsform nach Fig. 4 ähnli­ chen Ausführungsform,

Fig. 11 eine ausschnittsweise Aufsicht auf einen Teil der Ausführungsform der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 10,

Fig. 12 eine Einzelheit des Gehäuses einer Antriebsein­ richtung der hier angegebenen Art mit Kabeldurchführung,

Fig. 13 eine schematische, im Schnitt gezeichnete Sei­ tenansicht eines Antriebssystems der hier angegebenen Art zur Erläuterung eines Anwendungsfalles,

Fig. 14 eine schematische, im Schnitt gezeichnete Sei­ tenansicht von Antriebssystemen der hier angegebenen Art in einem weiteren Anwendungsfall und

Fig. 15 eine im Schnitt gezeichnete Seitenansicht von Antriebssystemen der vorliegend angegebenen Art in der An­ wendung in Verbindung mit einem isolierten Behandlungsbe­ hälter.

Wie eingangs schon angedeutet enthalten Antriebssysteme der hier angegebenen Art, beispielsweise also auch An­ triebssysteme an sich bekannter Konstruktion nach den Fig. 1 und 2 eine Gerätebasis 1, die sich etwa unterhalb ei­ ner Trennwand 2 befindet, welche Bestandteil einer Behand­ lungskammer oder eines Behandlungsgefäßes oder dergleichen ist. Mit Bezug auf die Darstellungsweise nach den Fig. 1 und 2 herrscht im Bereich oberhalb der Trennwand 2 eine ag­ gressive Atmosphäre oder eine erhöhte Temperatur oder es ist ein Vakuum errichtet, während im Bereich unterhalb der Trennwand 2 Bedingungen der freien Umgebung herrschen kön­ nen.

Bei der bekannten Konstruktion gemäß Fig. 1 enthält die Gerätebasis 1 etwa vier Erregerwicklungen, welche, wie in Fig. 1 nicht im einzelnen gezeigt, Polkerne umgeben, welche von ei­ ner Jochplatte aufragen. Die Erregerspulen sind durch eine Energiequelle 3 über ein Steuergerät 4 mit entsprechend phasenversetzten Strömen gesteuert derart beaufschlagbar, daß im Bereich über der Gerätebasis 1 ein kräftiges magne­ tisches Drehfeld erzeugt wird, welches die aus magnetfeld­ durchlässigem Werkstoff bestehende Trennwand 2 durchdringt und in Wechselwirkung mit einem Verbraucher, etwa einem ma­ gnetischen Rührstab 5 tritt und diesen in Umdrehung ver­ setzt.

Reicht das durch die Gerätebasis 1 erzeugbare magneti­ sche Drehfeld nicht aus, den Verbraucher, beispielsweise den Rührstab 5 sicher mitzunehmen, so wird zur Erzeugung des magnetischen Drehfeldes bekanntermaßen gemäß Fig. 2 ei­ ne Antriebseinrichtung verwendet, welche als Gerätebasis 1 einen flach scheibenförmigen Elektromotor verwendet, der durch die Stromquelle 3 gegebenenfalls über ein nicht dar­ gestelltes Steuergerät gespeist wird und der über eine Wel­ le 6 einen kräftigen Permanentmagneten 7 antreibt, der nun seinerseits das die magnetfelddurchlässige Trennwand 2 durchdringende magnetische Drehfeld erzeugt, um den Ver­ braucher, beispielsweise den Rührstab 5 in Umdrehung zu versetzen.

Von den bekannten Konstruktionen nach den Fig. 1 und 2 unterscheidet sich eine hier angegebene Antriebseinrichtung dadurch, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, die Gerätebasis 1 als Synchronmotor ausgebildet ist, der von der Stromquelle 3 über ein Steuergerät 4 mit phasenversetzten Strömen ge­ speist wird, die einer Statorwicklungsanordnung zugeführt werden. Diese Statorwicklungsanordnung erzeugt ein magneti­ sches Drehfeld, das mit einem Polrad 8 des Synchronmotors zusammenwirkt, wobei das Polrad innerhalb der Gerätebasis drehbar gelagert ist. Das Polrad 8 enthält eine gerade An­ zahl, vorzugsweise zwei, Permanentmagnetstücke 9 und 10, welche, wenn der Synchronmotor der Gerätebasis 1 flach scheibenförmige Gestalt hat, insbesondere kreisringsektor­ förmig ausgebildet sind, wie etwa aus den Fig. 3 und 4 ohne weiteres erkennbar ist.

Die Permanentmagnetstücke 9 und 10 sind in Axialrich­ tung magnetisiert, derart, daß etwa bei kreisringsektorför­ miger Gestalt der Permanentmagnetstücke deren Oberseiten einmal einen Nordpol und einmal einen Südpol zeigen, wäh­ rend die jeweiligen Unterseiten einmal einen Südpol und einmal einen Nordpol aufweisen.

Vorzugsweise bestehen die Permanentmagnetstücke 9 und 10 aus Selten-Erden-Magnetwerkstoffen, etwa Samarium- Kobalt-Magnetwerkstoff, und besitzen eine außerordentlich starke Magnetisierung, worauf weiter unten noch näher ein­ gegangen wird.

Zu dem Magnetpolrad 8 konzentrisch ist eine dem Polrad axial gegenüberstehende Statorwicklungsanordnung 11 vorge­ sehen, welche, wie etwa aus Fig. 4 ersichtlich, allgemein flach scheibenförmige Gestalt besitzt, und in geeigneter Wei­ se innerhalb des Gehäuses 13 der Gerätebasis 1 befestigt ist, wie in Fig. 4 durch strichpunktierte Linien zu einem der Gehäuseteile hin angedeutet ist.

Die Statorwicklungsanordnung 11 hat bei der genauer in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform etwa ringscheibenför­ mige Gestalt und besteht aus kreisringscheibensektorförmi­ gen Wicklungssträngen, wobei in der Ausführungsform von Fig. 4 insgesamt vier solche Wicklungsstränge vorgesehen sind, welche jeweils einen Umfangsbereich von 135° über­ spannen und sich jeweils auf einem Winkelbereich von 45° überlappen. Die Statorwicklungsanordnung 11 nach Fig. 4 be­ sitzt zwei Polpaare, wobei die Überlappung der Wicklungs­ stränge bewirkt, daß bei geeigneter Ansteuerung der Wick­ lungsstränge durch einen Zweiphasenstrom eine erhöhte Gleichförmigkeit des magnetischen Drehfeldes mit Bezug auf den Fortschritt in Umfangsrichtung erreicht wird.

Bei abgewandelten, in der Zeichnung nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Statorwicklungsanordnung auch dreiphasig und einpolig oder mehrpolig ausgebildet sein.

Allerdings ist die zweiphasige Ausbildung mit zwei Pol­ paaren im Hinblick auf die geringe Anzahl notwendiger Durchführungen durch das Gehäuse 13 sehr vorteilhaft.

Die Permanentmagnetstücke 9 bis 10 sind an einer aus unmagnetischem Werkstoff gefertigten Trägerscheibe 14 befe­ stigt, beispielsweise festgeschraubt, festgeklebt oder durch an der Trägerscheibe 14 verankerte Halteklammern festgespannt. Die Trägerscheibe 14 ist fest mit einer Welle 15 verbunden, die über geeignete Lager, insbesondere Kugel­ lager 16 und 17 am Gehäuse 13 der Gerätebasis 1 abgestützt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht das Gehäuse 13 aus einem das untere Lager 17 haltenden unteren Gehäuse­ deckel 18, einem kurzen zylindrischen Gehäusering und einem das obere Lager 16 der Welle 15 haltenden oberen Gehäuse­ deckel 20. Die Gehäuseteile 18, 19 und 20 sind durch am Um­ fang verteilte Schrauben zusammengespannt, wie der Fachmann ohne weiteres aus Fig. 4 erkennt. Zwischen die Gehäuseteile 18, 19 und 20 sind geeignete Dichtungen eingelegt, welche den Gehäuseinnenraum gegenüber der äußeren Umgebung des Ge­ häuses 13 abdichten. Diesbezügliche Einzelheiten sind in Fig. 4 zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Es sei jedoch angemerkt, daß die Welle 15 und ihre Lager 16 und 17 vollständig in das Gehäuse eingeschlossen sind.

Außer dem Polrad 8 aus der auf der Welle 15 sitzenden Trägerscheibe 14 und den daran befestigten Permanentmagnet­ stücken 9 und 10 sitzt auf der Welle auch noch eine aus ma­ gnetisierbaren Werkstoff gefertigte Jochscheibe 21, welche die von der einen unteren Polfläche eines der Permanentma­ gnetstücke 9 und 10 ausgehenden magnetischen Feldlinien, nachdem sie die Statorwicklungsanordnung 11 einmal durch­ setzt haben, zu den diametral gegenüberliegenden Stator­ wicklungsbereichen leitet, wo die Feldlinien die Stator­ wicklungsanordnung erneut durchsetzen und dann die untere Polfläche des gegenüberliegenden Permanentmagnetstückes er­ reichen.

Das Mitlaufen der Jochscheibe 21 mit gleicher Drehzahl wie das Polrad 8 bewirkt, daß innerhalb des Materials der Jochscheibe 21 keine Ummagnetisierung und keine Wirbelströ­ me auftreten, entsprechende Verluste daher kleingehalten werden und die Erwärmung beschränkt wird.

Die bisher beschriebenen Teile der Antriebseinrichtung stellen einen flach scheibenförmigen Synchronmotor dar, des­ sen Polrad allerdings außerordentlich starke magnetische Felder entwickelt und insbesondere ein von den jeweils obe­ ren Polflächen der Permanentmagnetstücke 9 und 10 ausgehen­ des Magnetfeld erzeugt, das mit der Drehzahl des Synchron­ motors umläuft. Dieses durch das unmagnetische Gehäuse der Gerätebasis nach auswärts und insbesondere mit Bezug auf die Darstellung nach den Fig. 3 und 4 nach aufwärts drin­ gende Magnetfeld kann als ein Streufeld des Synchronmaschi­ nenpolrades angesehen werden und dient zur magnetischen Kupplung und zum Antrieb des Verbrauchers 5. Dieses zur Kupplung und zum Antrieb des Verbrauchers dienende magneti­ sche Drehfeld geht von der Gerätebasis 1 aus, ohne daß die Gerätebasis über die Durchführung für die Kabel zum An­ schluß der Statorwicklungsanordnung 11 hinaus Verbindungen zur Umgebung benötigt, derart, daß die Antriebseinrichtung nach den Fig. 3 und 4 bezüglich der Widerstandsfähigkeit der Gerätebasis 1 gegenüber einer aggressiven Umgebung oder bezüglich der Empfindlichkeit einer solchen Umgebung gegen­ über Störungen durch die Antriebseinrichtung Verhältnisse zu schaffen vermag, wie sie bei der bekannten Einrichtung etwa gemäß Fig. 1 herrschen, wobei allerdings bei der hier angegebenen Antriebseinrichtung in sehr vorteilhafter Weise das für die Kupplung zum Verbraucher hin und zum Antrieb des Verbrauchers dienende magnetische Drehfeld ohne die Notwendigkeit eines baulichen Mehraufwandes bedeutend stär­ ker ist.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen in schematischer Darstellungs­ weise verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Teile innerhalb des Gehäuses 13 der Gerätebasis 1 auf.

Aufgrund der Stärke der durch die Permanentmagnetstücke 9 und 10 erzeugten Magnetfelder ist es gemäß Fig. 5 mög­ lich, innerhalb des Gehäuses 13 der Gerätebasis 1 überhaupt keine Jochteile oder Jochscheiben vorzusehen. Das von den jeweils unteren Polflächen der Permanentmagnetstücke 9 und 10 ausgehende Magnetfeld ist hier dasjenige, welches mit der am Gehäuse verankerten Statorwicklungsanordnung 11 zu­ sammenwirkt, ohne daß die Statorwicklungsanordnung weiteren stillstehenden oder umlaufenden magnetischen oder magneti­ sierbaren Teilen eines magnetischen Schließungskreises zu­ geordnet wäre. Das von den jeweils oberen Polflächen der Permanentmagnetstücke 9 und 10 ausgehende Magnetfeld dient zur Durchdringung der Trennwand 2 und zur magnetischen Kupplung und Mitnahme des Verbrauchers, beispielsweise in Gestalt des dargestellten Rührstabes 5.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind innerhalb des Gehäuses 13 der Gerätebasis 1 ebenfalls weder stillstehende noch umlaufende Jochteile eines magnetischen Schließungs­ kreises ähnlich der Jochscheibe 21 der Ausführungsform nach Fig. 4 vorgesehen. Sowohl das mit der gehäusefesten Stator­ wicklungsanordnung 11 in Wechselwirkung tretende Polradma­ gnetfeld als auch das zur Kupplung zum Verbraucher 5 hin und zur Mitnahme des Verbrauchers dienende Magnetfeld geht jeweils von den nach oben weisenden Polflächen der Perma­ nentmagnetstücke 9 und 10 aus.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 liegt das Polrad 8 mit den Magnetpolstücken 9 und 10 unter der gehäusefesten Statorwicklungsanordnung 11 und unterhalb des Polrades be­ findet sich eine zusammen mit diesem umlaufende Jochscheibe nach der Art der Jochscheibe 21 der Ausführungsform nach Fig. 4. Oberhalb der Statorwicklungsanordnung 11 ist eine auf der Welle 15 befestigte und mit ihr umlaufende weitere Jochscheibe 22 vorgesehen, welche dazu dient, in dosiertem Maße von dem Gesamtmagnetfeld, das von den Oberseiten der Permanentmagnetstücke 9 und 10 austritt, denjenigen Teil des Feldes abzuzweigen, der mit der Statorwicklungsanord­ nung 11 in Wechselwirkung tritt, ohne den die Trennwand 2 durchdringenden und mit dem Verbraucher 5 in Wechselwirkung tretenden Magnetfeldanteil zu stark zu schwächen.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß aus einem ent­ sprechenden Grunde auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 das Lager 16 zur Abstützung der Welle 15 verhältnismäßig klein gehalten ist, um zu vermeiden, daß über das aus ma­ gnetisierbarem Werkstoff bestehende Lager ein starker ma­ gnetischer Nebenfluß fließt, der das Kupplungsfeld und An­ triebsfeld für den Verbraucher schwächen würde.

Schließlich sei erwähnt, daß die in Fig. 8 schematisch gezeigte Anordnung im Prinzip das wiedergibt, was in Fig. 4 innerhalb der Antriebseinrichtung verwirklicht ist.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen, bei de­ nen die Antriebseinrichtung eine flach scheibenförmige Gerä­ tebasis aufweist, ist davon ausgegangen, daß die An­ triebseinrichtung sich unterhalb der Trennwand 2 befindet, während der Verbraucher 5, etwa ein Rührstab, ein an der Trennwand um eine vertikal aufragende Achse drehbar gela­ gerter Rührer, ein Lüfterrad, ein Pumpenrad oder derglei­ chen oberhalb der Trennwand 2 gelegen ist. Es versteht sich, daß diese Orientierung nur beispielsweise betrachtet ist und daß selbstverständlich die Drehachse des Polrades und die Rotationsachse des Verbrauchers auch horizontal ge­ legen sein können, wobei die Trennung zwischen Antriebsein­ richtung und Verbraucher durch eine vertikale Trennwand vorgenommen ist.

Der Fachmann erkennt ferner, daß Ausführungsformen nach den Fig. 5 bis 8 an mit Bezug auf die Darstellungsweise nach diesen Zeichnungsfiguren horizontalen Spiegelebenen so gespiegelt werden können, daß etwa von einem einzigen Pol­ rad aus oder von einer Doppelpolradanordnung zwei Verbrau­ cher angetrieben werden können. Dies ermöglicht es, eine einzige Antriebseinrichtung etwa in eine kanalartige Behäl­ tereinfaltung einzusetzen, an deren Innenseite im Behälte­ rinnenraum zwei Verbraucher drehbar gelagert sind.

In bestimmten Fällen kann es nachteilig sein, daß das von den Permanentmagnetstücken 9 und 10 ausgehende und auf den Verbraucher 5 einwirkende Magnetfeld eine starke Kraft­ wirkung auf den Verbraucher in Richtung auf die Trennwand 2 hin ausübt. Praktisch bedeutet dies, daß ein Verbraucher in Gestalt eines Rührstabes heftig gegen den Boden eines Rühr­ gefäßes gezogen wird oder ein innerhalb einer Behandlungs­ kammer drehbar gelagerter Verbraucher in Gestalt eines Pum­ penrades oder Lüfterrades oder eines Rührers durch sehr kräftige Lager in Axialrichtung abgestützt werden muß, um die Kraftkomponente auf den Verbraucher in Richtung auf das Magnetpolrad hin aufzunehmen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist zur Vermeidung dieses Problems auf jedes Permanentmagnetstück 9 bzw. 10 ein Polschuh 23 bzw. 24 aufgesetzt, der die aus seiner Pol­ schuhfläche austretenden magnetischen Feldlinien in Radial­ richtung auf die jeweils gegenüberliegende Polschuhfläche hinlenkt. Diese in radialer Richtung geführten magnetischen Feldlinien des mit dem Verbraucher 5 in Wechselwirkung tre­ tenden Magnetfeldes durchdringen zunächst das Gehäuse 13 im Bereich eines zylindrischen eingestülpten Abschnittes und dann die Trennwand 2 im Bereich eines in die Gehäuseein­ stülpung hineinragenden Behälterabschnittes. Innerhalb die­ ses Behälterabschnittes ist an der Trennwand 2 eine zur Pol­ radachse 15 koaxiale Lagerachse befestigt, auf der in der aus Fig. 9 erkennbaren Art und Weise die Nabe eines den Verbraucher 5 bildenden Lüfterrades gelagert ist. Auf der Nabe des Lüfterrades sitzen magnetisch aktive oder Passive Teile 26, beispielsweise ein in Radialrichtung an einander gegenüberliegenden Umfangsstellen magnetisierter Ring. Die Teile 26 werden von dem magnetischen Feld zwischen den Pol­ schuhen 23 und 24 mitgenommen. Dieses magnetische Feld übt auf das Lüfterrad aufgrund der weitgehend radialen Orien­ tierung der Feldlinien keine schwer beherrschbare axiale Kraft aus.

Die übrigen Teile der Ausführungsform nach Fig. 9 ent­ sprechen im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 4, so daß sich eine nähere Beschreibung diesbezüglich erüb­ rigt.

Fig. 10 zeigt eine ähnliche Ausbildung der Antriebsein­ richtung wie Fig. 4, wobei allerdings hier die Jochscheibe 21 nicht auf der Polradwelle 15 befestigt und mit ihr drehbar ist, sondern feste Verbindung zu dem Gehäusedeckel 18 hat. Die Jochscheibe 21 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 10 aus Transformatorblechen laminiert, um beim Vorbei­ lauf des Polrades 8 erzeugte Ummagnetisierungsverluste und Wirbelstromverluste klein zu halten. Die Statorwicklungs­ anordnung 11 ist in einen aus hochtemperaturfestem Kunst­ stoff, beispielsweise aus Silikon-Kautschuk gefertigten Wicklungsträger 28 eingelegt, welcher mit Kanälen und Trennstegen zur isolierten Halterung der Statorwicklungs­ anordnung versehen ist. Eine Aufsicht auf den Wicklungsträ­ ger ist in Fig. 11 ausschnittsweise gezeigt. Nach Einlegen der Statorwicklungsanordnung 11 in die Kanäle des Wick­ lungsträgers 28 wird über den Wicklungssträngen eine kreis­ ringscheibenförmige Isolierplatte 29 und über dieser eine Edelstahlplatte 30 befestigt, um die Wicklungsstränge in dem Wicklungsträger 28 und in dauerhaftem Abstand von dem Magnetpolrad festzuhalten.

Die an der Polradwelle 15 befestigte und die Permanent­ magnetstücke 9 und 10 tragende Trägerscheibe 14 weist auf der von den Permanentmagnetstücken abgewandten Seite Feld­ formungspolstücke, beispielsweise kreisscheibenförmiger Aufsichtsgestalt auf, welche in Fig. 10 bei 31 angedeutet sind. Diese Feldformungspolstücke 31 bewirken, daß das mit dem Verbraucher 5, beispielsweise einem Rührstab in Wech­ selwirkung tretende Magnetfeld nicht diffus aus der kreis­ ringsektorförmigen Stirnfläche des Permanentmagnetstückes austritt, sondern sich auf einen schmalen Ringsektorbereich konzentriert, um beispielsweise einen Rührstab 5 in defi­ nierter Lage zu erfassen und in definierter Drehlage rela­ tiv zum Polrad zu halten.

Fig. 11 zeigt in einem kreisringsektorförmigen Stegbe­ reich zwischen zwei Kanälen des Statorwicklungsträgers 28 einen zylinderförmigen, aufragenden Ansatz 32, um welchen herum eine vergleichsweise geringen Durchmesser aufweisen­ den Detektorspule 33 gelegt ist. Die bei 34 und 35 angedeu­ teten Anschlüsse dieser Detektorspule sind unmittelbar in­ nerhalb des Wicklungsträgers 28 mit einander entsprechenden Anschlußdrähten von gleichnamigen Statorwicklungssträngen verbunden, zwischen denen aus Symmetriegründen beim Hinweg­ lauf der Permanentmagnetstücke 9 und 10 keine Spannungsdif­ ferenzen auftreten. Läuft aber eines der Permanentmagnet­ stücke 9 oder 10 über die Detektorspule 33 hinweg, so wer­ den in der Detektorspule 33 beim Hinweglauf der vorlaufen­ den Kante und beim Hinweglauf der nachlaufenden Kante jedes der Permanentmagnetstücke Impulse induziert, die unmittel­ bar von den Anschlüssen zu den Statorwicklungssträngen ab­ genommen werden können, ohne daß es gesonderter Durchfüh­ rungen für die Leitungen 34 und 35 der Detektorspule 33 durch das Gehäuse 13 hindurch bedarf. Auf diese Weise kann die Anzahl der Durchführungen durch das Gehäuse gering ge­ halten werden. Die Impulse der Detektorspule 33 dienen zur Steuerung der Erregung der Statorwicklungsstränge durch die phasenversetzten Ströme der Stromquelle 3 vermittels der Steuereinrichtung 4 in ähnlicher Weise, wie dies bisher mittels Hallgeneratoren bei bekannten Einrichtungen der hier betrachteten allgemeinen Art durchgeführt wurde. Eine Polrad-Stellungsmeldung durch die Detektorspule 33 bzw. durch die in ihr induzierten Impulse hat jedoch gegenüber der Verwendung von Hallgeneratoren den Vorteil, daß die De­ tektorspule 33 höheren Temperaturen standzuhalten vermag.

Fig. 12 zeigt die Ausbildung der Durchführung für die Anschlüsse zu den Statorwicklungssträngen durch den Gehäu­ sering 19 des Gehäuses 13. Der Gehäusering 19 ist mit einer gasdichten und druckfesten Durchführungsmuffe 36 versehen, in welche Durchführungselektroden 37 eingebettet sind. Zu­ sätzlich ist dicht an dem Gehäusering 19 eine Anschlußkam­ mer 20 angesetzt, wobei Einzelheiten der Befestigung der Anschlußkammer 20 an dem Gehäuse 19 nicht gezeigt sind. Praktisch wird hier der Fachmann eine Schraubverbindung unter Zwischenlage von Dichtungsringen wählen.

In die Anschlußkammer 38 ist eine entsprechende Anzahl von Adern führendes Kabel 39 eingeführt und die Kabeladern sind jeweils gesondert mit den Durchführungselektroden 37 verbunden. Die gezeigte Anschlußkonstruktion gewährt hohe Sicherheit gegen ein Undichtwerden der Leitungsdurchführung zu den Wicklungssträngen der Statorwicklungsanordnung.

Fig. 13 zeigt einen Anwendungsfall des hier angegebenen Antriebssystems, bei welchem die Antriebseinrichtung mit ihrer Gerätebasis 1 auf ein Gestell 40 gesetzt ist, das sich innerhalb einer schematisch bei 41 angedeuteten Vaku­ umkammer befindet. Auf die Gerätebasis 1 ist ein Rührgefäß 42 aufgesetzt, in dem sich eine zu rührende Flüssigkeit 43 sowie ein Verbraucher in Gestalt eines magnetischen Rührstabes 44 befinden. Das Anschlußkabel 39 ist innerhalb der Vakuumkammer 39 zu einer Steckdose geführt, von der aus über eine vakuumdichte Durchführung ein Verbindungskabel zu dem Steuergerät 4 und der Stromquelle 3 geleitet ist, wel­ che in Fig. 13 weggelassen sind.

Aufgrund hitzebeständiger Werkstoffe im Aufbau der An­ triebseinrichtung kann diese bis zu Temperaturen von bei­ spielsweise 250° betrieben werden

Fig. 14 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 13, wo­ bei anstelle des Gestells 40 ein Wagen 45, der in den Be­ hälter 41 eingefahren werden kann, eine Mehrzahl von An­ triebseinrichtungen trägt, die über eine Anschlußkupplung von der Außenseite der Kammer 41 aus mit Energie versorgt werden. Außerdem befindet sich auf der Deckenwand der Kam­ mer 41 eine weitere Antriebseinrichtung mit einer Geräteba­ sis 1 der hier angegebenen Art, die durch die Wand der Kam­ mer 41 hindurch ein auf deren Innenseite an der Deckenwand drehbar gelagertes Lüfterrad 46 antreibt, das den Verbrau­ cher des Antriebssystems darstellt. Das Lüfterrad 46 hilft eine Temperaturschichtung im Innenraum der Kammer 41 zu vermeiden.

Schließlich zeigt Fig. 15 den Anwendungsfall, in wel­ chem eine Behandlungskammer 41 von einer Isolation 47 umge­ ben ist, wobei die Isolation 47 durch eine Isoliermaterial­ füllung zwischen einer Innenwand und einer Außenwand einer Behälteranordnung verwirklicht sein kann. In die Isolati­ onsschicht 47 sind Antriebseinrichtungen mit jeweils einer Gerätebasis 1 in der dargestellten Weise in die Isolation eingebettet, derart, daß das von der Gerätebasis 1 jeweils ausgehende und mit dem Verbraucher in Wechselwirkung tre­ tende magnetische Drehfeld weit genug in den Innenraum der Kammer 41 vordringen kann, um einen wirkungsvollen Antrieb des jeweiligen Verbrauchers zu ermöglichen. Die außeror­ dentlich geringe axiale Bauhöhe von Antriebseinrichtungen etwa nach den Fig. 3 und 4 ermöglicht die Unterbringung der Gerätebasis innerhalb eines Isolationsraumes beschränkter Höhe, wobei die hohe Temperaturfestigkeit den Betrieb ohne Kühlluftzutritt innerhalb der Isolation 47 gestattet.

Es sei noch erwähnt, daß Antriebseinrichtungen und An­ triebssysteme der hier angegebenen Art nicht auf eine axia­ le Orientierung der Magnetisierung der Permanentmagnetstüc­ ke beschränkt ist. Vielmehr können unter Verwendung des hier angegebenen grundsätzlichen Gedankens auch Magnetpol­ räder 8 mit zylindermantelsektorförmigen Polstücken und ra­ dialer Magnetisierungsrichtung aufgebaut werden, die mit zylindermantelförmigen Statorwicklungsanordnungen zusammen­ wirken, wobei gegebenenfalls zylindermantelförmige Jochtei­ le zur Verbesserung des magnetischen Rückschlusses entspre­ chend den oben erwähnten Jochscheiben 21 vorgesehen sein können.

In solchen Fällen hat die Trennwand zu dem Verbraucher hin zylindrische Gestalt und das zur Kupplung zum Verbrau­ cher hin und zum Antrieb desselben dienende Magnetfeld ver­ läuft radial auf magnetisch aktive oder passive Teile des Verbrauchers, wobei diesbezüglich eine Anordnung ähnlich dem oberen Teil von Fig. 9 gewählt werden kann.

Claims (26)

1. Antriebseinrichtung mit einer ein magnetisches Drehfeld erzeugenden Gerätebasis, die eine Statorwicklungsanordnung enthält, welche an eine Stromquelle zur Lieferung phasenversetzter Ströme angeschlossen ist, wobei ein Teil des von der Gerätebasis erzeugten magnetischen Drehfeldes dazu bestimmt ist, eine magnetfelddurchlässige Trennwand zu einem Verbraucher hin zu durchdringen und magnetisch aktive oder Passive Teile des Verbrauchers zu dessen Antrieb mitzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätebasis ein darin drehbar gelagertes Magnetpolrad enthält, dessen Permanentmagnete ein mit der Statorwicklungsanordnung in Wechselwirkung tretendes Primärmagnetfeld und ein das auf den Verbraucher einwirkende magnetische Drehfeld bildende Sekundärmagnetfeld erzeugen.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetpolrad auf einem plattenförmigen oder kreisscheibenförmigen, an einer Polradwelle gelagerten Träger kreisringsektorförmige, in Axialrichtung magnetisierte Permanentmagnetstücke aufweist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung axial auf derjenigen Seite des Polrades angeordnet ist, die von dem Verbraucher abgewandt ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung axial auf derselben Seite wie der Verbraucher angeordnet ist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein scheibenförmiges oder ringscheibenförmiges Jochteil auf der axial vom Verbraucher abgewandten Seite des Magnetpolrades vorgesehen ist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein scheibenförmiges oder ringscheibenförmiges Jochteil auf der axial dem Verbraucher zugewandten Seite des Magnetpolrades vorgesehen und so bemessen ist, daß es das Sekundärmagnetfeld nicht wesentlich schwächt.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes Jochteil mit dem Magnetpolrad umlaufend ausgebildet ist.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes Jochteil aus Trafoblech laminiert ausgebildet ist.

9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung flach ringscheibenförmig ausgebildet ist.

10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung mehrphasig ausgebildet ist.

11. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung mehrpolig ausgebildet ist.

12. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungsstränge der Statorwicklungsanordnung kreisringsektorförmig ausgebildet sind.

13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsstränge der Statorwicklungsanordnung einander in Umfangsrichtung überlappen.

14. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungsstränge bzw. die Wicklungsstränge der Statorwicklungsanordnung in einen ringscheibenförmigen, mit Kanälen und zwischenliegenden Trennkörpern zur isolierten Halterung der Wicklungsstränge versehenen Wicklungsträger eingelagert sind.

15. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander entsprechende, gleichpolige Wicklungsstränge der Statorwicklungsanordnung eine Detektorwicklung kleinen Durchmessers geschaltet ist, deren Spulenachse in Richtung der Polarisierung des Magnetspulrades weist, derart, daß vom Magnetfeld des Magnetpolrades in der Detektorwicklung induzierte Impulse, welche die jeweilige Polradstellung melden, an den Anschlüssen zur Statorwicklungsanordnung abnehmbar sind.

16. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung, das Magnetpolrad und zugehörige Lager und gegebenenfalls das oder jedes Jochteil in ein unmagnetisches Gehäuse hermetisch eingeschlossen sind.

17. Antriebseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse jeweils mit Lagerträgern für die Magnetpolradwelle versehene Deckelteile aufweist, die mit einem geringe axiale Erstreckung aufweisenden zylindrischen Gehäuseteil unter Dichtungszwischenlage zusammengespannt sind.

18. Antriebseinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanordnung über druckdichte Leitungsdurchführungen des Gehäuses mit der Stromquelle verbunden ist.

19. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit Kühlrippen versehen ist.

20. Antriebssystem mit einer Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand eine Behälterwand, insbesondere Glaswand, eines Flüssigkeitsbehälters oder Gasbehälters ist.

21. Antriebssystem mit einer Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand die Behälterwand einer Behandlungskammer, insbesondere einer Sterilisationskammer oder einer Vakuumkammer ist.

22. Antriebssystem nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand auf der Behälteraußenseite mit einer Isolation vergehen ist, innerhalb der die Antriebseinrichtung eingebettet ist.

23. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher ein frei rotierender Rührstab oder ein an der Trennwand auf der Behälterinnenseite gelagerter Rührer ist.

24. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher ein auf der Behälterinnenseite an der Trennwand gelagertes Lüfterrad oder Pumpenrad ist.

25. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetpolrad Polschuhe trägt, die eine radiale Orientierung des Sekundärmagnetfeldes erzeugen, welches einen zylindrischen Trennwandansatz durchsetzt, in dem sich die aktiven oder passiven Teile des Verbrauchers befinden.

26. Antriebssystem mit einer Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetpolrad zylindermantelsektorförmige Permanentmagnetstücke aufweist und mit seinem Sekundärmagnetfeld einen zylindrischen Trennwandansatz durchsetzt, der entweder in einen Behälterinnenraum hineinragt oder aus einem Behälterraum hervorsteht und die aktiven oder passiven Teile des Verbrauchers enthält.