DE2048286B2 - Kreiselpumpe mit magnetischem Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich damit auf Kreiselpum- länge bezieht und daß die magnetischen Leitwege pen, deren Läufer mit einer anderen Drehzahl be- sehr groß werden, wodurch wiederum die Verwendtrieben wird als die vom Antriebsmotor angetriebene. 6c barkeit für die Übertragung höherer Leistungen Die Übertragungseinrichtung ist keine magnetische nicht gegeben ist.

Kupplung, sondern ein magnetisches Getriebe. Es ist weiter eine magnetische Kupplung bekannt,

Es ist ein magnetisches Getriebe mit drei koaxial bei der der magnetische Fluß durch die Polringe zueinander angeordneten Elementen bekannt, von durch die Achse des Stators rückgeschlossen wird, denen mindestens zwei unabhängig voneinander dreh- 65 Der magnetische Fluß verläuft bei dieser bekannten bar sind. Zwei dieser Elemente bestehen aus durch Ausführungsform in Meridianebenen, bildet also einen Luftspalt getrennten Ringen mit nicht in Ein- einen Torus. Bei der bekannten Ausführungsform griff stehenden magnetisch leitfähigen Zähnen, die haben benachbarte Pote innerhalb der Polringe stets

die gleiche Polarität, jedoch unterschiedliche Sätti- denen von Elektromotoren mit gleich großen Läu-

jung. Dies führt zu sehr geringen Übertragungsdreh- fern entsprechen. Im Gegensatz zu einfachen Mo-

momenten. Durch die notwendige Welle, die einen toren lassen sich magnetische Getriebe auch in Syn-

Teil des Rückschlußkreises bildet, une die magne- chronbauart verwirklichen, wenn der angetriebene

tisch leitende Wandung, in der sie gelagert ist, schei- S Polring nicht wie beim Elektromotor als Induktions-

det das entgegengehaltene Prinzip für den Pumpen- läufer (Käfigläufer), sondern als permanentmagne-

bau praktisch aus, da sich im Lagerspalt zwischen tischcr Läufer ausgebildet ist Diese Möglichkeit ist

zwei ferromagnetischen Teilen 1 und 2 stets magne- dem Elektromotor versagt, da der Läufer innerhalb

tisch beeinflußbare Schmutzteilchen, insbesondere ^l/so (bzw. ¹Aw) Sekunde auf volle Drehzahl beschleu-

Rost und Hammerschlag, sammeln würden, so daß ίο nigt werden müßte, während das Magnetgetriebe an-

das Lager in kürzester Zeit verschlissen wäre und getrieben wird und dementsprechend über eine grö-

blockieren würde. ßere Zeitdauer mit geringerer Winkelbeschleunigung

Bei einem weiteren bekannten elektrischen Ge- beschleunigt wird.

triebe sind zwei in Gruppen verschaltete Käfigläufer Durch die Zuordnung von zwei permanentmagnevorgesehen, in denen die magnetische Durchflutung 15 tischen Polringen für Antrieb und Abtrieb entfallen in elektrischen Strom, dieser nach Verteilung auf alle Wirbelstromverluste, die bei einem Elektromotor den inneren Polring wieder in einen magnetischen in der Regel über 5O°/o aller Verluste ausmachen. Strom unterschiedlicher Drehfrequen«. verwandelt Als einzige Verlustquelle bleibt der Eisenverlust der wird. Für den Pumpenbau kommt ein elektrisches Leitstücke, der jedoch nur wenige Watt pro Kilo-Getriebe wegen der Bewicklung nicht in Frage. ao gramm Eisen ausmacht Der Wirkungsgrad der neuen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Getriebe liegt deshalb, wenn beide Pol-Antrieb für Kreiselpumpen zu schaffen, bei dem eine ringe Permanentmagnete enthalten, nahe bei 1, was Übersetzung der Drehzahl zwischen dem antreiben- im Hinblick auf die großen zu übertragenden Leiden Element und dem Pumpenlaufrad stattfindet, stangen von entscheidender Bedeutung ist.
wobei dieser Antrieb so gestaltet sein soll, daß die »5 Das Hauptanwendungsgebiet der Kreiselpumpen Pumpe wellenlos ausgebildet werden kann. mit Magnetgetrieben besteht in der Übersetzung der

Die Erfindung bezweckt weiter Kreiselpumpen Drehzahl von in ihrer Maximaldrehzahl begrenzten mit magnetischen Getrieben, welche große mecha- netzgespeisten Induktionsmotoren. Da die Leistung nische Leistungen bei kleinstmöglichem Material- von Kreiselpumpen bei gegebenen Gehäuseabmesaufwand in beliebigen Übersetzungsverhältnissen, vor 30 sungen in der Drehzahl anwächst, führt eine Überallem aber auch bei niedrigen Übersetzungsverhält- setzung zu raum- und materialsparenden Ausfühnissen zu übertragen vermögen. rungsfonnen. Grundsätzlich kann die Erfindung

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß jedoch auch bei Kreiselpumpen Anwendung finden, einer der beiden außerhalb des Pumpenraumes lie- deren Laufraddrehzahl kleiner ist als die des Mogenden Polruvje aus einer Anzahl von aus Weich- 35 tors, insbesondere bei Antriebs- oder Mittelfrequenzeisen bestehenden Leitstücken besteht, deren Anzahl motoren.

mindestens doppelt so groß ist wie die Anzahl des Beträgt die Anzahl der Leitstücke das Dreifache

Polringes mit der kleineren Polzahl. Bei einer prak- der Pole des schnell drehenden Polringes mit der

tischen Ausführungsform dieser Art nach der Erfin- kleineren Polzahl, so läßt sich auch ein dreiphasiges

dung hat mindestens ein Leitstück mindestens zwei 40 zirkuläres Drehfeld verwirklichen, welches jedoch

den Polringen mit der größeren Polzahl zugekehrte nur dort von Vorteil ist, wo der polzahlbedingte

"olflächen. Ungleichförmigkeitsgrad der Drehung störend sein

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe könnte.

wird bei einer anderen Ausführungsform dadurch Es wird betont, daß bei einer Kreiselpumpe mit

gelöst, daß mindestens eine dem Polring mit der 45 einem Magnetgetriebe nach der Erfindung jedes der

größeren Polzahl zugekehrte Fläche eines Leitstückes drei magnetischen Elemente das antreibende und

mindestens so breit wie der Abstand zweier benach- jedes der drei Elemente das angetriebene Element

barter Polzentren dieses Polringes ist. sein kann. Weiter wird betont, daß eines der drei

Vorzugsweise sind die drei Elemente eines magne- Elemente festgehalten oder mit einem stationären tischen Getriebes nach der Erfindung als drei kon- 50 System abgestützt werden muß, was in der Regel zentrische Ringe ausgebildet. Wenn bei dieser An- durch Abstützung an einem Gehäuseelement erfolgt. Ordnung die Zahl der Leitstücke gleich dem Doppel- Getriebe für Kreiselpumpen nach der Erfindung ten der Anzahl der Pole des inneren Polringes mit lassen sich aus einem Zylinder, einem darüber geder höheren Drehzahl ist, dann läßt Mch das magne- steckten Hohlzylinder und einem darum angeordtische Wechselfeld, das der antreibende Polring in 55 neten weiteren Hohlzylinder aufbauen. Auch exzenjedem Leitstück erzeugt, in ein zweiphasiges phasen- trische Zuordnungen des inneren und des äußeren symmetrisches, zirkuläres und weitgehend sinus- Polringes lassen sich verwirklichen. Es ist jedoch förmiges Drehfeld transformieren, so daß für den nicht erforderlich, daß di>-, Luftspalte auf Zylinderangetriebenen Polring die gleichen Verhältnisse gel- mänteln liegen, sondern auch Luftspalte auf Kegelten wie für den Läufer eines Drehstrominduktions- 60 mäntehi, Kugeloberflachen und Ebenen sind ausmotors. führbar. In der letzten Version sind drei Scheiben

Die bei einem Elektromotor durch Spulen verur- einander zugeordnet. Dabei ist es nicht erforderlich,

sachte radiale Durchflutung wird bei diesen magne- daß die umlaufenden Scheiben die gleiche geome-

tischen Getrieben durch Permanentmagnete eines trische Achse haben.

umlaufenden Polringes erzeugt. Bei Verwendung 65 Bei schnellaufenden Kreiselpumpen, die hohe Anhochwertiger Magnetwerkstoffe lassen sich die glci- triebsdrehzahlen fordern, wird der schnellai snde chen Induktionen wie beim Elektromotor verwirk- Polring des Magnetgetriebes mit dem Schaufelrad zu liehen, so daß die übertragbaren Drehmomente einer Einheit zusammengefaßt, während der langsam

laufende Polring vom Motor angetrieben wird. Das schnellaufende Polring festgehalten wird. Es entsteht

dritte Element, der Leitstückring, wird durch eine dann zwischen dem langsam laufenden Polring (11)

Wandung vom Pumpenläufer getrennt, so daß eine und dem Leitstückring das Übersetzungsverhältnis hermetische Abdichtung entsteht. Hermetisch dichte

Pumpen mit dünnwandigen magnetisch durchlässi- 5 m — ^m gen Trennwänden sind bekannt. Die Erfindung er- ² m — 1 möglicht den Bau von Pumpen, bei denen die Wandungen, durch welche magnetische Kräfte in das Mit allen Getrieben für erfindungsgemäße Kreisel-Pumpeninnere geleitet werden, fast beliebig stark- pumpen sind also drei Übersetzungsverhältnisse zu wandig ausgeführt werden köaien, so daß mit erfin- io verwirklichen, wobei sich der Drehsinn des Überdungsgemäßen magnetischen Getrieben ausgebildete, Setzungsverhältnisses m bei der Übersetzung /M₁ änhermetisch abgedichtete Pumpen für praktisch be- dert. Diese Drehzahlverhältnisse gelten exakt nur. liebig hohe Drücke, bei denen dünnwandige magne- wenn zwei Polringe durch Permanentmagnete oder tisch durchlässige Trennwände von Magnetkupplun- Elektromagnete magnetisiert sind. Wenn einer der gen zerreißen würden, herstellbar sind. Die dünn- 15 Polringe als Hysteresemagnet oder als Kurzschlußwandige Trennwand dient dabei nur als Abdicht- läufer wie ein Elektromotorenanker ausgebildet ist, element, während der Leitstückring gleichzeitig zur ist dem Übersetzungsverhältnis der Schlupf eines solmechanischen Abstützung gegen hohe Drücke dient. chen Folringes überlagert. Es ist bei diesen Getrieben Bei solchen Pumpen sind auch Magnetgetriebe mit nicht erforderlich, daß das antreibende Teil mit Pereinem Übersetzungsverhältnis m = 1 sinnvoll. ao manent- oder Elektromagneten ausgebildet ist. Es Da die Übertragung des Drehmomentes durch ein ist auch zulässig, daß nur der getriebene Polring magnetisches Drehfeld erfolgt, lassen sich die neuen die Magnetisierung bewirkt. Als permanentmagne-Magnetgetriebe auch mit magnetischen Lagersyste- tisches Material sieht die Erfindung bevorzugt men kombinieren, so daß sich nicht nur die Über- Klauenausführungen vor, bei denen benachbarte tragung des Drehmomentes berührungslos, sondern 95 gleichnamige Pole durch weichmagnetische Ringe auch die Lagerung bis auf eine Unterstützung im miteinander kurzgeschlossen sind, so daß stets ein Zentrum eines Kugelabschnittes ebenfalls beruh- großer Teil des gesamten magnetischen Werkstoffes rungslos verwirklichen läßt. im Eingriff ist.

Die magnetischen Getriebe für die erfindungs- Die besondere Zuordnung und Ausbildung der

gemäße Pumpe lassen sich nach geometrischen Pa- 30 den magnetischen Fluß zwischen den Polringen lei-

rametern ordnen; dazu gehören die Polzahlen des tenden Leitstücke nach der Erfindung hat zur Folge,

langsam und des schnellaufenden Polringes, die An- daß das magnetisch aktive Material des Polringes

zahl der Leitstücke, die Anzahl der Polflächen der mit der größeren Polzahl nahezu vollständig aus-

Leitstücke sowie die Abstände der Polflächen be- genutzt wird und damit das durch das Getriebe über-

nachbarter verschiedener Leitstücke. Dementspre- 35 tragene Drehmoment wesentlich größer ist als bei

chend sei per Defination: bekannten magnetischen Getrieben, bei denen jeweils

ρ Zahl der Pole des langsam laufenden Pol- ^{nur ein dem} Verhältnis der Übersetzung entsprechen-

ringes (große Polzahl), ^{der Antei}> der magnetisch aktiven Masse zur Dren-

q Zahl der Pole des schnell laufenden Pol- momentübertragung beiträgt.

ringes (kleine Polzahl), ⁴° ^{An Hand der} Figuren sollen einige vorteilhafte

m Übersetzung des Getriebes, wobei stets Be- Ausführangsfonnen der Erfindung beschrieben

trag m = p/g, ^we£^den· . . „

r Zahl der Leitstücke, **'8· ' ^ζβ18* ^eme Pumpe mit einem magnetischen

r. Zahl der Polflächen'des Leitstückes, die dem Getriebe;

langsam laufenden Polring zugewandt sind, ^{45 F}»ß- ^{2 z}«gt einen Turbo-Kompressorantrieb mit

r. Zahl der Polflächen des Leitstückes, die dem ^einem magnetischen Getriebe;

schnell laufenden Polring zugewandt sind, F1 g. 3 zeigt eine Bohrlochpumpe mit einem über-

7 Polzentrumsabstand der dem langsam lau- setzenden magnetischen Getriebe;

feaden Poking zugewandten Polflächen be- ^F»g-4 zeigt eine Axialpumpe mit einem unter-

nachbarter verschiedener Leitstücke im Ver- ^s° setzenden magnetischen Getriebe;

hStnis zum Zentrumsabstand benachbarter ^F · S- ^{5 2}^St eine bevorzugte Ausfühningsfonn des

Pole des langsam laufenden Polringes. magnetischen Getriebes mit einer ungeradzahiigen,

gleichsinnigen Reihenstaffelung des Übersetzungs-

Die größte Übersetzung ist jeweils durch das Über- Verhältnisses m;

Setzungsverhältnis 55 Figo zeigt eine andere bevorzugte Ausführungs-

_ P_ form mit einer ungeradzahligen, gegensinnigen

^m ~ q Reihenstaffehrag des Übersetzungsverhältnisses m;

F i g. 7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsgegeben. In diesem Fall wird der aus Leitstücken form mit einer geradzahligen gleichsinnigen Reihenil 7) gebildete Leitstückring festgehalten. Wird an 60 staffelung des Übersetzungsverhältnisses m; Stelle des Leitstückringes der langsam laufende Pol- F i g. 8 zeigt in Analogie zu F i g. 6 eine geradring festgehalten, so ergibt sich für die gleiche Aus- zahlige, gegensinnige Reihenstaffelung des Überführung das kleinere Übersetzungsverhältnis von Setzungsverhältnisses m;

Leitstückring zu schnellaufendem Polring F i g. 9 zeigt eine kugelförmige Ausbildung des

m, = —(m— I) ^6s erfindungsgemäßen magnetischen Getriebes, vorzugs-

ⁿ weise für magnetisch gelagerte Pumpen;

Das kleinste Übersetzungsverhältnis ergibt sich bei Fig. 10 zeigt in der Abwicklung einen Blech-Verwendung des gleichen Getriebes, wenn der streifen zur Herstellung der Leitstücke;

ir»

Fig. 11 zeigt verschiedene Ausführungen eines Rührwerk, das durch ein untersetzendes magnetimagnetischen Getriebes, bei denen durch magnetisch sches Getriebe angetrieben wird. Auf der Motorleitende Polschuhe der magnetische Kraftfluß der welle 101 des abgebrochen gezeigten Motors ist der Permanentmagnete zum Luftspalt geleitet wird; innere schnellaufende Polring 102 befestigt; der Leit-

Fig. 12 zeigt im Beispiel den Bewegungsvorgang s stückring wird aus geblechten Leitstücken 103 gein einem magnetischen Getriebe aus Fig. 5; bildet und treibt mit seinem Drehfeld den langsam

Fig. 13 zeigt die Ausbildung des magnetischen laufenden äußeren Poiring 106 mit dem Rührer 105 Getriebes für die Übersetzungsverhältnisse 1:1 und an, dessen Nabe auf einer Lagerkugel 107 abgestützt (—1):1; ist. Als Unterstützung der Lagerkugel dient eine

Fig. 14 zeigt weitere Ausbildungen der magne- xo konische Hülse 108, die mit der Trennmembran 109 tischen Getriebe; hermetisch dicht verbunden ist, die die Leitstücke

Fig. 15 zeigt einen Kurzschlußläufer in einem 103 ummantelt und den Motor gegen den Flüssigmagnetischen Getriebe mit besonders ausgebildetem keitsraum des Rührwerkes abdichtet. Leitstückring. In den F i g. 5 a bis 5 d sind Ausführungsformen

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpe mit 15 des erfindungsgemäßen magnetischen Getriebes mit magnetischem Getriebe zur Erhöhung der Drehzahl der mathematischen Gesetzmäßigkeit des Pumpenrades 123, wodurch sich die Pumpe sehr

kompakt aufbauen läßt. Die Leitstücke 17 sind aus m = 4& -f 1,

übereinander angeordneten Blechen aufgebaut; der

Polring 120 besteht aus radial magneiisierten Per- »o wobei k Null oder eine beliebige natürliche Zahl ist, manentmagneten, die durch den Rückschlußring 121 gezeigt.

miteinander magnetisch leitend verbunden sind. Der Außerdem wurde in dieser Figur für sämtliche

Polring 122 treibt den Pumpenläufer 123 an. Zum gezeigten Getriebe hermetischen Abschluß des Pumpeninneren ist eine _ .

magnetisch durchlässige Trennwand 124, als Kalotte 45 ^r ~~

ausgebildet, vorgesehen. Der Motor 125 treibt über ^UQd
die Radscheibe 126 den äußeren Polring an. /' = 0,5

F i g. 2 zeigt eine gleichartige Strömungsmaschine gewählt
wie Fig. 1, jedoch als Kompressor, insbesondere für

Kältemittel, ausgebildet. Bei diesen Kompressoren 30 Dann ergibt sich für ist die hermetische Abdichtung von sehr großer Be- F i ε 5 a mit k = 1 m — 5

deutung, da durch Wellenabdichtungen stets Kälte- . .

mittelverluste auftreten. Da die Drehzahl von Korn- Fig. 5b mit k = 2 m = 9

pressoren wesentlich größer ist als die von Pumpen, Fig. 5c mit Jk = 3 m = 13.

sieht die Erfindung für die Leitstücke 130 einen Auf- 35

bau aus extrem dünnen Blechen mit geringsten Um- Mit dem Bezugszeichen 11 wird der langsam lau-

magnetisierungsverlusten, wie sie bei Tonfrequenz- fende Polring mit den ausgeprägten Nordpolen 12 transformatoren Verwendung finden, vor. bezeichnet, deren Anzahl jeweils in den F i g. 5 a,

Zwischen den Permanentmagnetstücken 131 des 5 b, 5 c gleich m ist, und den ausgeprägten Südpolen äußeren Polringes und den Leitstücken 130 sind aus 40 13, deren Anzahl jeweils in den Fig. 5 a, 5b, 5 c weichmagnetischem Werkstoff bestehende Polschuhe ebenfalls gleich m ist. Mit dem Bezugszeichen 14 is1 132 vorgesehen. Die Trennkalotte 134 ist Vorzugs- in den Fig. 5 a bis 5d der schnellaufende Polring weise aus Kunststoffmaterial, z. B. glasfaserverstärk- bezeichnet, wobei das Bezugszeichen 15 jeweils den tem Epoxyd, aufgebaut, welches durch galvanisch Nordpol und 16 jeweils den Südpol kennzeichnet, oder durch Verdampfung aufgetragenes Metall in 45 In den F i g. 5 a bis 5 c wurde dünnster Schicht gasundurchlässig gemacht wird.

F i g. 3 zeigt eine Bohrlochpumpe, bei der ein «7 = 2

Motor 111, der in einem hermetisch abgedichteten

Gehäuse 110 untergebracht ist, den Polring 112 des gewählt, den niedrigst möglichen Wert, magnetischen Getriebes mit dem Leitstückring 113 so Dann ist erfindungsgemäß die Zahl der Leitstück« antreibt. In einer konisch ausgebildeten, magnetisch 17 vorzugsweise gleich dem Doppelten, nämlich 4. durchlässigen Trennwand 114 läuft der hochtourige Bei den in den Fig. 5a bis 5d gezeigten Ausfüh

Polring 115, der konisch ausgebildet ist und auf rungsbeispielen hat jedes einzelne Leitstück mehrere Schraubenlinien verlaufende Kanäle 116 aufweist, die dem äußeren Pairing zugekehrte Polflächen, nämlicl eine geringe Flüssigkeitsmenge in den magnetischen 55 bei den Ausführungsformen nach den F i g. 5 a um »Luftspalt« befördern. Dadurch bildet sich eine 5 d jeweils zwei, bei der Ausführungsform nach de hydrodynamische Schmierung aus, wodurch weitere Fig. 5b drei und bei der Aasführungsform 5c viei Lager erübrigt werden. F i g. 5 d stellt für das Beispiel des Übersetzung?

Der Wasserzulauf erfolgt durch die Offnungen Verhältnisses 118. Die mitumlaufende Kappe 110 verhindert ein 60 m — S

Eindringen von Sand in den durch die Trennwand

gebildeten Raum. Da der Förderdruck der Pumpe eine Anordnung dar, die durch eine gegenübt sich mit dem Quadrat der Drehzahl ändert, ersetzt F i g. 5 a verdoppelte Anzahl der Elemente 12, 1; bei der erfindungsgemäßen Ausführung ein Pumpen- IS, 16, 17 gekennzeichnet ist, wobei das Überse laufrad 117 bei einer Übersetzung von 3:1 insge- 65 Zungsverhältnis m dasselbe ist. samt neun konventionelle Laufräder, wodurch die Erfindungsgemäfl kann statt der beschriebene

Pumpe stark vereinfacht wird. Verdoppelung eine beliebige ganzzahlige Vervie

F i g. 4 zeigt ein als Axialpumpe ausgebildetes fachung gewählt werden. Es ist ersichtlich, daß d

9 10

4polige Ausführang der Fig. 5d entstanden ist Die Fig. 8a bis 8d zeigen weitere bevorzugte '■ s<

durch zweimalige Abwicklung des Umfanges der Ausführungen des erfindungsgemäßen magnetischen I v<

Fig. 5 a, so daß für die genannten beliebigen Viel- Getriebes mit der mathematischen Gesetzmäßigkeit 1 si

fachen die gleichen Gesetzmäßigkeiten gelten müssen _ I j

wie für die einfachste Ausführung, nämlich die 5 ^m~ \ _Ιε

2polige, die in ihrer Funktionsweise in Fig. 12 noch wobei k eine beliebige natürliche Zahl, jedoch nicht k

näher beschrieben werden soll. Null sein soll. I K

Die F i g. 6 a bis 6 c zeigen andere bevorzugte Aus- Außerdem' wurde in diesen Figuren für sämtliche ; d

führungen des erfindungsgemäßen magnetischen Ge- gezeigten Getriebe ί η

triebes mit der mathematischen Gesetzmäßigkeit to r = 4 · d>

und ; 5.

m=-(4*-l), /,= 1,5 z<

und ti wobei k eine beliebige natürliche Zahl, jedoch nicht ; -it '

■vT ti · Ii Jg *'»-'

Null semsoll. i₅ . ²

Außerdem wurde in dieser Figur für sämtliche ge- g^ewanii.. zeigten Getriebe Dann ergibt sich für

r = 4 Fig. 8amit Jt= 1 _m = -4 ⁵ _:

¹¹¹¹⁽¹ ._{= 15} ao Fig. 8b mit i = 2 m=-6 j _v

^; Fig. 8c mit* = 3 m=-8 i st

Dann'ergibt sich für Fig. 8dmit A: = 4 m= -10. J Fig. 6amitJfc=lm=—3 In dan F i g. 8 a bis 8 d werden für gleichwirkende ' st Fig. 6b mit k = 2 m= -7 *⁵ J⁶^ ^⁶ S^leichen Bezugszeichen wie in den Fig. 5 a ■ Fig. 6 c mit k = 3 m= -11. Die Zahl der Polflächen jedes Leitstückes, die 7(

ία c· * u· α α f ι ·.. · , j gemäß der Erfindung zu den hervorragenden Ergeb- < H

In den Fig 6 a bis 6 c werden fur gleichwirkende nissen führt, hängt ausschließlich von der verwen- hi Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den F ι g. 5 a 30 deten Anzahl dieser Leitstücke und der Zahl k ab.

bis 5 d verwendet So ist bei den Ausführungsformen 5 a bis 5 d, bei

Die Fig 7a D₁S 7d zeigen wertere bevorzugte denen Λ Null oder eine natürliche Zahl sein kann, Ausfuhrungsformen des erfmdungsgemaßen magne- die Zahl der Polflächen an einem Leitstück die dem

tischen Getriebes mit der mathematischen Gesetz- Polring mit der größeren Polzahl zugekehrt sind maßigkeit 35 ^B

wobei k Null oder eine beliebige natürliche Zahl ist. während bei der Ausführungsform nach den F i g 6 a Außerdem wurde in diesen Figuren fur sämtliche bis 6 c, bei denen k eine natürliche Zahl ist

§CZCl^tCIl VJCtnCDC 40 A\

_r = 4 ^r'p = — k ai und . . ⁴

J₁ = 0,5 ^bet™St· ge

und ^{hur die in} den F i g. 7 a bis 7 d gezeigten Ausfüh- ⁷^

/₂ = 2,5 ⁴⁵ rongsfbnnen gilt die Summe der Polflächen P<

gewählt. r_p = m - 2 ¹^

Hierbei ist per Definition unter/, das dreimal pro während für die in rim Fio «ο κ; ο a ·«*«, Si

magnetischem Getriebe auftretende'kleimte Verhält- AusführunSfoime^it ⁸' ⁸^ ^ A

ms/ und unter /₂ das einmalig pro magnetischem so in Getriebe auftretende größte Verhältnis / dieser mit ^rp — m;

der obigen Formel gekennzeichneten Gruppe von hierbei ist r = rjr bzw η magnetischen Getrieben zu verstehen, die durch die *

Anzahl der Leiistücke ^r'pi~rJr

und ^ei

^r==4 r'pi = ^+! ^gi

gekennzeichnet ist sof^ bei der DH-ision r_p/r ein Reit bleibt _w Dann ergibt sich für F\8-^{9 26}^gI ein magnetisches Getriebe hn Längs-

Fi o. 7a mit it - 0 m - 1 « ^¹¹¹¹*¹·-«» ^dem der langsam laufende Polring aus g"

V- * * "^¹¹¹ ^ ¹¹¹¹¹¹S¹?⁸^⁶¹⁶⁰ Μ «nd darauf aufgektebten L Fig. 7b nut k = 1 m = 4 weichmagnetisch«» Zwischenstöcken 52 besteht, de-

F;g.7cmit* = 2 m = 6 ^^nz^der Polzahl des Magneten entspricht In V _F.„_{7H mit}._, —7 f?^^^h^den lÄtsta<*en S3 rufen sie eine pert- Fig. 7d mit* = 3 w = 8. odische ömmagnetisierung hervor. P

zwischen den Leitstadren ssT'^STÄ^ h

11 12

schnellaufenden Polring 54 eine Trennkalotte 55, 15, von dem aus die Kraftlinien das Leitstück 17 a vorzugsweise aus unmagnetischem und elektrisch durchsetzen und über drei Südpole 13, von denen schlecht leitendem Material angeordnet, während der mittlere durch ein χ markiert ist, und den ferro- "\ der Schnellauf ende Polring 54 mit einem Pumpen- magnetischen Mantel des Polringes 11 sowie über .3 laufrad 56 eine Einheit bildet. Im Nadir der Trenn- 5 dessen Nordpole 12 und das Leitstück 17 b zunicket \ kalotte ist eine Säule 57 angeordnet, die in einer fließen zum Südpol 16 des inneren Polringes. Die \ Kugel endet und bei 58 im Zentrum der Kalotte 55 dadurch fixierte Lage der Polringe zueinander ist he \ das Pumpenlaufrad 56 unterstützt. Die Zentren der stabil.

magnetischen Pole sowohl der Leitstücke 53 als auch Wird nun, wie in Fig. 12b gezeigt, der Polring

des Polringes 54 sind im Schnittpunkt eines Kegels io 11 im Uhrzeigersinn bewegt um eine halbe Breite

59 mit den konkaven bzw. konvexen luftspaltbegren- seiner Polfläche, so verzweigt sich der magnetische

zenden Flächen angeordnet, wodurch eine magne- Kraftfluß auf die Leitstücke 17 a/17 b und 17 a' und

tische Lagerung des Pumpenläufers 56 gewährleistet 17 ft'; dadurch wirkt auf den Polring 14 eine Kraft

ist. Teil 60 ist ein Eisenring, der den magnetischen ein, die ihn ebenfalls im Uhrzeigersinn zu verdrehen

* Kraftfluß verstärkt. 15 sucht. Ihre nächste stabile Lage erreichen die beiden

Fig. 10 zeigt abgewickelt einen Blechstreifen, der Polringe 11 und 14 in der in Fig. 12c gezeigten

im aufgewickelten Zustand einen spiraligen Körper Stellung, wobei der schnellaufende Polring 14 einen

53 gemäß F i g. 9 ergibt. Die Pole 63 haben nur um den Faktor m = 9 größeren Winkelbetrag durch-

einen Teil der Umfangserstreckung der Pole 64. Die laufen hat als der langsam laufende Polring 11.

Verbindungsstege 65 und 66 zwischen den Leit- ao Der beschriebene Bewegungsablauf wird bestimmt

stücken 17 und 17' sind so schmal, daß sie für die durch die Lage der Polflächen 21 der Leitstücke 17,

j mechanische Festigkeit ausreichend sind, jedoch ma- die dem langsam laufenden Polring zugewandt sind,

gnetisch keinen nennenswerten Kurzschluß dar- und die Lage der Polflächen 22 der Leitstücke, die

e i stellen. dem schnellaufenden Polring zugewandt sind. Die

al F i g. 11 a zeigt eine Ausbildung des langsam lau- as Polflächen 21 ein und desselben Leitstückes verbin-

fenden Polringes in Draufsicht, wobei Oxidmagnete den jeweils gleichnamige Pole miteinander, ihr

e f 70 zwischen Weicheisenwinkeln 71 angeordnet sind. Winkelabstand ist also durch den Winkelabstand 27

- I Hierdurch ist es möglich, zum Luftspalt hin eine der Zentren 25 und 25' benachbarter Pole des lang-

- I höhere Induktion zu erhalten, als sie mit Sinter- sam laufenden Polringes 11 bestimmt. Wesentlich magneten sonst erzielbar ist. 30 für das Übersetzungsverhältnis und den Drehsinn

I F i g. 11 b zeigt einen außen laufenden Polring im des Getriebes ist neben dem Verhältnis der PoI-

, I Schnitt, der aus einem pennanentmagnetischen Ring zahlen der beiden Polringe 11 und 14 vor allem der

ι ä 73, der axial magnetisiert ist, und zwei spiegelsym- Winkelabstand 24 der Zentren 23 und 23' benach-

metrischen Weicheisenformteilen 74 und 74' besteht. barter Leitstücke 17 und 17'.

p Die Weicheisenformteile bestehen aus Verbindungs- 35 ^{Bei den} bevorzugten Ausführungen, die in den ί ringen 75 und KlaucnpoJen 76, die vorzugsweise F i g. 5 a bis 8 d beschrieben wurden, wurde auch verjüngend ausgebildet sind. Je weniger Pole 76 gezeigt, daß dieser Winkelabstand die Gesetzmäßiggleichzeitig im Eingriff stehen, desto größer muß keiten ganzer Gruppen von Getrieben mathematisch der Querschnitt der Rückflußringe 75 sein, damit definiert.

die gesamte Umfangserstreckung des Magneten 73 *o Ia diesem beschriebenen Bewegungsablauf wurde ausgenutzt wird. vorausgesetzt, daß der Leitstückring festgehalten F i g. 11 c zeigt einen ähnlichen Aufbau eines Rin- wird. Hält man jedoch statt dessen den langsam ges mit Klauenpolen, bei dem mehrere Magnetringe rotierenden Polring 11 mit der größeren Polzahl fest. :; 73' wiederum axial magnetisiert zwischen Klauen- so ergibt sich in allen Fällen ein Übersetzungspolringen 74' angeordnet sind. Die nebeneinander- 45 verhältnis

liegenden Klauenpole 76' bilden einen Nordpol, die m, = — (m — 1).
nebeneinanderliegenden Klauenpole 77 bilden einen

Südpol. Diese Anordnung ermöglicht die Verwen- Hält man schließlich den schnell auf enden Polrinj

dung von Werkstoffen extrem hoher Koerzitivkraft, »4 mit der kleineren Polzahl fest, so ergibt sich zwi

insbesondere auf Samarium- oder Cer-Basis, die Ma- 50 sehen dem Leitstückring und dem langsam laufende!

gnete extrem geringer Erstreckung in Magnetisie- Polring ein Übersetzungsverhältnis
rungsrichtung erforderlich machen.

Die in F i g. 5 bis 9 besonders herausgestellten
erfindungsgemäßen magnetischen Getriebe sind aufgebaut als zweiphasige, zirkuläre oder elliptische 55 Damit ergibt sich prinzipiell für alle magnetische] Drehfeldsysteme, indem die vier Leitstücke 17 je- Getriebe zum Antrieb von Pumpen die Möglichkeit _π .,. , _, , „ ,, mit einem Getriebe durch Wahl der Kopplung eine weils um ₂ zeitlich versetzte Wechselfelder erzeu- _der Elemente _{n> l4 oäet 17} „^ dem *r»imfeste

gen, wenn einer der beiden Polringe gegenüber dem Gehäuse 3 verschiedene Überseteangsverbaltajsse za Leitstückring bewegt wird. 60 verwirklichen. Dieser Vorteil kann durch die erfin

Die Fig. 12a bis 12c zeigen im einzelnen den dnngsgeroäße koaxiale Bauweise der beschriebene Verlauf des magnetischen Kraftflusses bei drei aus- magnetischen Getriebe vol wahrgenommen weidet gezeichneten Stellungen der beiden hier beweglichen °* beiden in der F i g. 13 a and 13 b dargestellte

Polringe gegenüber dem ranmfesten Leitstuckring, magnetischen Getriebe sind durch den Sonderfall der aus der Gesamtheit der Leitstücke 17 gebildet «5 Betras m = 1

wird.

Fig. 12a zeigt den schxiellaufenden Polring 14 in gekennzeichnet, was bei Pumpen for hohe Systen horizontaler Stellung aiii links gelegenem Nordpol drücke Bedeutung erlangt.

A »

In den gezeichneten Beispielen ist eine 4polige Ausführungsfonn gewählt, was aber prinzipiell unerheblich ist

Diese Getriebe haben mit den in dec Fig. Sa bis 8d gezeigten Beispielen das Prinzip des zwei- S phasigen Drebieldaufbaues gemeinsam, stellen jedoch keine typischen Vertreter größerer Getriebegruppen vor.

Die oben als Charakteristik genannten Parameter haben in beiden Fällen folgende Werte: ie

= 8,

16.

Der Unterschied zwischen Fig. 13 a und 13b besteht darin, daß im ersten Falle die Leitstücke 17 radial verlaufen, während im zweiten Falle die Leitstücke 17 a geschränkt ra den Leitstücken 17 a' und ebenso die Leitstücke 176 geschränkt zu den Leitstucken VJb' verlaufen, so daß sich gemäß der in »» Fig. 12 erläuterten Funktionsweise die Drehrichtung des Polringes 14 im Falle der Fig. Ib umkehrt gegenüber F ig. 1 a.

Die Fig. 14a bis 14d zeigen weitere Möglichkeiten der Ausbildung erfindungsgemäßer Magnet- *:i getriebe, wobei von jeder dargestellten Form wieder eine Reihe abgeleitet werden kann. Im Hinblick auf den geringeren Ausnutzungsgrad der in diesen Fig. 14a bis 14d dargestellten Ausführungsformen ist jedoch darauf verzichtet worden. 3«

Fig. 14a zeigt ein Magnetgetriebe mit dreiphasigem Drehfeld. Während das Leitstück 17' vom Nordpol 12' voll überdeckt wird, ist das Leitstück 17" erst teilweise vom Nordpol 12" überdeckt, so daß die Induktion dieses Poles geringer ist. Das Leitstück 17"' ist noch ohne Induktion. Seine Induktion nimmt in gleichem Maße zu, wie die Induktion des Leitstückes 17' abnimmt.

Fig. 14b zeigt einen gleichartigen Grundaufbau, bei dem die Leitstücke 17' und 17'" mit den Leitstücken der Fig. 14 a praktisch identisch sind, während das Leitstück 17" zum langsam laufenden Polring hin die doppelte Polbreite aufweist Die Leitstiicke 17' und 17'" bewirken einen rein zweiphasigen Betrieb. Das Leitstück 17" dient .nir Vergrößerung der Durchflutung, weil der Nordpol 12' den Pol 17" so lange überdeckt, wie die beiden Leitstücke 17' und 17'" nacheinander überdeckt sind.

Fig 14c zeigt eine Ausbildung mit vier Leitstücken, von denen drei Leitstücke 17, 17', 17" jeweils einem Pol des langsam laufenden Polringes gegenüberstehen, während das vierte Leitstück 17"" jeweils zwei gleichnamigen Polen des langsam laufenden Polringes gegenübersteht wodurch die Luftspaltinduktion verringert wird, was zu kleinerer Streuung und höherem Ausnutzungsgrad führt.

Fig. 14d zeigt eine Anordnung für das Übersetzungsverhältnis m = 2: 3. Der vierpolige schnelllaufende Polring 14 erhält über die Leitstücke ein nicht gleichförmiges Drehfeld, welches von den sechs Polen des langsam laufenden Polringes 11 erzeugt wird. Die Leitstücke 17 und 17' erzeugen ein zweiphasiges gegenläufiges Drehfeld, während die übrigen LeitstücLe dem Rückschluß dienen und nur magnetische Wechselfelder zur Drehmomenterzeugung anbieten. Der Ungleichförmigkeitsgrad, der insbesondere bei dieser Ausführungsfonn erheblich ist, kann bei Misch- und Emulgiergeräten vorteilhaft ausgenutzt werden.

Ist hoher Gleichförmigkeitsgrad gewünscht, so läßt sich dieser in allen Fällen durch Anordnung von Polen und Leitstücken auf Schraubenlinien, wie dies von Elektromotorenankern bekannt ist, erzielen.

Fig. 15 zeigt einen Kurzschlußläufer 9« mit der Käfigwicklung 91 im Schnitt, wobei nur eine Symmetriehälfte zur Rotationsachse 92 dargestellt ist. Der außenliegende Polring besteht aus zwei konkaven Rotationskörpern 93 und 93' aus Permanentmagnetwerkstoff, die in einem Eisenrückschlußring 94 gehalten sind. Der stationäre Weicheisenpol 95 ist nach innen konvergierend aufgebaut, damit die Induktion, die im Luftspalt 96 durch die Magnetqualität begrenzt ist im Luftspalt 97 heraufgesetzt wird.

Hierzu 16 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Bereiche von abwechselnd hohem und niedrigem Patentansprüche: magnetischen Widerstand bilden, wobei die Zahn zahlen der beiden Ringe sich geringfügig unterschei-

1. Kreiselpumpe für Flüssigkeiten und Gase den, so daß sich nur auf einem Durchmesser je zwei mit einem Pumpenlaufrad, das mit einem ersten 5 Zähne des äußeren und des inneren Ringes genau magnetischen Poking fest verbunden ist, einer gegenüberliegen. Einer dieser Ringe kann permanent Trennwand aus magnetisch durchlässigem Mate- magnetisiert oder mit einer Wicklung versehen sein, riaL die den Pumpenraum dicht abgrenzt, einem die den Ring aufmagnetisiert, so daß ein magnezweiten Polring und einem dritten Polring außer- tisches Feld erzeugt wird, welches eine Ausrichtung halb des Pumpenraumes, wobei der zweite Pol- io zweier gegenüberliegender Zähne der Ringe bewirkt, ring sowohl von dem ersten als auch dem dritten Dieses Getriebe bildet das magnetische Analogon Polring durch magnetische Luftspalte getrennt ist zum mechanischen Hypoüykloidgetriebe, bei dem und wobei entweder der zweite oder der dritte nur zwei Zähne des äußeren Ringes gleichzeitig im Polring von einem Motor angetrieben wkd und Eingriff sind. Während bei Zahnradgetrieben extrem entweder der erste Poking und/oder der dritte 15 hohe Flächenbelastungen zur Kraftübertragung mög-Polring aus Permanent- oder Elektromagneten lieh sind, können in magnetischen Getrieben mit besteht und einer der beiden außenliegenden Pol- Polen zu beiden Seiten eines den berührungslosen ringe mit dem Pumpengehäuse fest verbunden ist, Lauf ermöglichenden Luftspaltes nur sehr kleine dadurch gekennzeichnet, daß einer der Scherspannungen übertragen werden. Das hat zur beiden außerhalb des Pumpenraumes liegenden ao Folge, daß sich mit allen bekannten magnetischen Polringe (17, 120) aus einer Anzahl von aus Getrieben nur kleine Drehmomente übertragen las-Weicheisen bestehenden Leitstücken (130) be- sen, so daß sie für Übertragungen größerer Leistunsteht, deren Anzahl mindestens doppelt so groß gen nicht in Frage kommen. Darüber hinaus lassen ist wie die Anzahl des Polringes mit der kleineren sich mit diesem Getriebe auch nur sehr hohe Über-Polzahl. »5 Setzungsverhältnisse von beispielsweise 1:20 oder

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- 1: 50, nicht jedoch Übersetzungsverhältnisse von kennzeichnet, daß der zweite Poking (130) zwi- 1:2 oder 1: 5 verwirklichen, so daß diese Getriebeschen zwei konzentrischen Kugelschalen liegt. art keinen brauchbaren Ersatz für Zahnradgetriebe

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- für die Übertragung größerer Leistungen darstellt, kennzeichnet, daß das Volumen an Magnetwerk- 30 Es ist weiter ein reibungsloses magnetisches Gestoff des dritten Polringes (120) ein Vielfaches triebe bekannt, bei dem ferromagnetische Kuppvon dem Volumen des Magnetwerkstoffes (122) lungselemente von einem treibenden und einem gedes schnellaufenden ersten Polringes ausmacht. triebenen Teil um einen vorgeschriebenen Abstand

4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- entfernt sind, wobei das Ganze in einem Gehäuse kennzeichnet, daß die Polzahl des ersten Pol- 35 untergebracht ist, das einen geschlossenen magneringes (115) mit der Polzahi des dritten Polringes tischen Fluß gewährleistet. Bei dieser Getriebeart (120) zusammenfällt. wird jeweils nur eines der Kupplungselemente von

dem maximalen magnetischen Fluß durchflutet, so daß hierdurch nur das Prinzip des Sprungzahn-

1 1...... . 40 getriebes verwirklicht wird, bei dem zur Übertra

gung des Drehmomentes jeweils nur ein sehr kleiner Umfangsbereich aktiv herangezogen wird. Dieses

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe für magnetische Getriebe hat ebenfalls die bereits aufFlüssigkeiten und Gase mit einem Pumpenlaufrad, geführten Nachteile.

das mit einem ersten magnetischen Polring fest ver- 45 Es ist ferner ein magnetisches Getriebe bekannt, bunden ist, einer Trennwand aus magnetisch durch- bei dem sin angetriebenes Magnetsystem mit einem lässigem Material, die den Pumpenraum dicht ab- antreibenden Magnetsystem durch magnetische Kraftgrenzt, einem zweiten Poking und einem dritten Pol- felder gekoppelt ist und das Übersetzungsverhältnis ring außerhalb des Pumpenraumes, wobei der zweite durch eine Verzweigung des Magnetflusses in einem Polring sowohl von dem ersten als auch dem dritten 50 ferromagnetiischen Bindeglied gebildet ist. In ein-Polring durch magnetische Luftspalte getrennt ist und fächer Bauweise ist die Abtriebsdrehrichtung dieses wobei entweder der zweite oder der dritte Polring Getriebes nicht definiert. Nur durch mehrere von einem Motor angetrieben wird und entweder der Systeme, die; winkelversetzt axial nebeneinander anerste Polring und/oder der dritte Polring aus Perma- geordnet sind, läßt sich bei solchen Getrieben die neni- oder Elektromagneten besteht und einer der 55 Drehrichtung vorgeben. Letzteres hat jedoch den beiden außenliegenden Polringe mit dem Pumpen- Nachteil, daS die wirksame Durchflutung sich jeweils gehäuse fest verbunden ist. auf einen Bereich von maximal '/» der axialen Bau-