DE2055516A1

DE2055516A1 - Kreiselpumpe mit Magnetkupplung

Info

Publication number: DE2055516A1
Application number: DE19702055516
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7141 Aldingen Laing
Original assignee: STANDARD MAGNET AG
Current assignee: STANDARD MAGNET AG
Priority date: 1969-12-01
Filing date: 1970-11-11
Publication date: 1971-06-09
Also published as: GB1339540A; AT291780B; FR2073021A5; DE2055516B2

Description

Standard Magnet AG

Hünenberg/Schweiz ' . DK 2223/la

PATENTANWÄLTE

DR. I. MAAS

DR. VV. FrPIFFER

DR. F. VOITHEiLEITNER

.8 MÜNCHEN 23 UNGERERSTR. 25 -TEL. 39 02 3β

Kreiselpumpe mit Magnetkupplung

Die Erfindung bezieht sich auf motorisch getriebene Kreisel- (

pumpen mit magnetischer Drehzahlübertragung.

Pumpen mit magnetischer Übertragungskupplung haben den Vor-, teil, dass die Pumpengehäuse durch eine magnetisch durchlässige Trennwand hermetisch gedichtet sind. Sie haben weiterhin den Vorteil, dass bei Verwendung von Permanent- oder Hysterese-Magneten für einen der Pol-ringe der Kupplung und eines Permanentmagneten für den anderen Polring der Kupplung die Überschreitung eines vorgegebenen Drehmomentes, z.B. bei der Förderung unzulässig zäher Flüssigkeiten oder beim Eint* Itt verstopfender Festkörper dadurch verhindert wird, dass die Kupplung f

aus dem Tritt fällt und danach kein Drehmoment mehr überträgt. Zur Angleichung der Förderkennlinien an die Widerstaridskennlinien wird bei allen grösseren Pumpen der Durchmesser des Laufrades durch Abdrehen auf der Drehbank so lange verringert, bis die vom Laufraddurchmesser abhängige Drosselkennlinie die Widerstandskennlinie des Leistungssystems im gewünschten Arbeitspunkt schneidet« Diese Methode der Anpassung ist irreversibel, bei einer nachträglichen Erhöhung dee Widerstandes im Leitungssystem muss ein neuer Pumpenläufer eingesetzt werden.

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Zur Vermeidung dieses Nachteils werden viele Pumpen mil einem regelbaren by-pass ausgebildet. Durch den by-pass wird um so mehr Durchsatzanteil von der Druckseite zur Saugseite zurückgeleitet, je geringer der Betriebsdruck sein solL Dem Vorteil der Einstellbarkeit steht der Nachteil des geringen hydraulischen Wirkungsgrades gegenüber. Je kleiner das von der Pumpe geforderte Produkt aus Druck χ Fördermenge wird, je niedriger also die abgegebene hydraulische Leistung liegt, um so höher ist der gesamte Leistungsbedarf und damit beispielsweise der elektrische Stromverbrauch des antreibenden Motors. Insbesondere bei Pumpen, die im Dauerlaufund über lange Zeiträume betrieben werden, führt diese einstellbare Regelung zu bedeutendem Mehrverbrauch an Energie gegenüber der zuerst beschriebenen konventionellen Methode.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Die Laufrader der erfindungsgern äßen Pumpen werden über eine Magentkupplung angetrieben, die aus nur einem permqnent-magnetischen Polring und einem weichmagnetischen Polring,' der vorzugsweise eine Käfigwicklung 'oder eine Schicht aus elektrisch gut-leitendem Werkstoff trägt, besteht. Darüberhinaus verwendet die Erfindung Mittel, durch die der das Drehmoment bestimmende, die beiden Polringe durchsetzende magnetische Fluß verringert werden kann. Dies kann auf folgende Art erfolgen:

a) durch Vergrößerung des Luftspaltes zwischen den Polringen

b) durch Erzeugung oder Vergrößerung des in der Trennwand erzeugten Wirbelstromes

c) durch partiellen Kurzschluß benachbarter Pole mittels _o Weicheisen oder Permanentmagneten O₀ ■ d) durch Erhöhung des magnetischen Wideretandes im Rück- ^ Schlußbereich zwischen benachbarten Polen.

T^ Die gleichen permanent-magnetischen Polringe einer Magnet- ~* kupplung in Verbindung mit einem zweiten das Laufrad antreibenden permanent-magnetischen Polring oder auch weichmagnetischen Polring mit ausgeprägten geometrischen Polen oder auch einem

Polring aus Hysterese-Material ermöglichen eine Einstellung des Abreißdrehmomentes, so daß ein und dieselbe Kupplung für Motore unterschiedlicher Maximaldrehmomente Verwendung finden kann.

Die konstruktive Lösung sieht alternativ eine Verstellmöglichkeit während des Laufes oder auch eine Einstellbarkeit bei Stillstand der Pumpe vor. Die Veränderbärkeit des Schlupfes oder auch Abreißdrehmomentes während des Laufes erfordert einen weit größeren Aufwand, wird aber auch sehr selten benötigt.

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.

Figur 1 zeigt eine Umwälzpumpe mitim Betrieb axial verschieb- {

barer Motorwelle;

Figur 2 zeigt einen durch Exzenter auf der Welle axial und nur im Stillstand verschiebbaren Polring..

Figur 3 zeigt eine Gehäusekonstruktion mit einer Schrägschlitz Führung zur axialen Verschiebung des gesamten Antriebsaggregates gegenüber dem Pumpengehause;

Figur 4 zeigt eine Gehäusekonstruktion mit axialer Verschiebung

des Antriebsaggregates mittels einer Stellschraube; ([

Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Magnetkupplung mit azimutal einstellbarem magnetischem Nebenschluß;

_» Figur 6 zeigt eine andere Magnetkupplung mit azimutal einstellbarem

φ magnetischem Rückschluß;

^ Figur 7 zeigt einen permanentmagnetischen Polring mit einer

_o am axialen Ende angeordneten Scheibe mit Weicheisensegmenten j

Figur 8 aei£i einea permanentmagnet ischen Polring mit auf dem Umfang gleitenden Weicheisenstücken;

Figur 9 zeigt einen permanentmagnetischen Polring mit in Reihe geschalteten axial m^gnetisierten Kugelsegmenten.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe im Schnitt. Im Pumpengehäuse 1 rotiert das Laufrad 2, welches mit einem Polring 3 aus Weicheisen eine Einheit bildet. Der Weicheisenkern des Polringes 3 ist von einer Kupferkalotte 4 eingeschlossen, die gleichzeitig sowohl zur Erzeugung von Wirbelströmen als auch zum Korrosionsschutz für den Weicheisenpolring dient. Über einem Gummiprofilring 5 ist das Motorgehäuse 6 mit dem Pumpengehäuse 1 formschlüssig und^körperschalldämmend verbunden.

Im Motorgehäuse 6 ist der Motor angeordnet, dessen Anker 9 in den Lagerschilden 7 und 8 gelagert ist. Die Lagerschilde sind mit Rippen versehen, die den Motor im Motorgehäuse 6 formschlüssig zentrieren.

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Der konkave Polring 12 ist aus permanentmagnetischen Segmenten aufgebaut und wird über die Welle 13 vom Anker 9 angetrieben. Das Kugellager 14 ist in der Büchse 15 des Lagerschildes 8 v#r- schieblich angeordent und wird durch die Schraubenfeder 16 zum Motor hingedrückt. Durch einen Di stanz ring 17 ist der Innenring des Kugellagers 14 formschlüssig auf der Welle 13 gehalten. Das Kugellager 18 ist ebenfalls mit dem Aussenring verschieblich in der Buchse 19 des Lagerschildes 7 geführt. Der Aussenring wird von einem napfförmigen Zwischenstück 20 formschlüssig mit der Schraube 21 durch eine Sicherung 22 verbunden. · Die Schraube 21 hat einen Kragen 23, der durch Zwischenlagen von Toleranzringen 24 axial fixierbar ist. In der gezeigten Stellung ist der Luftepalt zwischen der Trennkalotte 25 und dem konkaven Polring am engsten. Wird die Schraube 21 herausgedreht, so bewirkt die Feder 16 eine Verschiebung des Anker-Polring-Einheit 9, 12 wodurch der Luftepalt zwischen der Innenkaiotte25 und dem Polring 12 größer wird. Je größer der Luftepalt wird, umso größer wird der Schlupf. Es hat sich gezeigt, daß beim -größten Luftepalt, bei dem das Laufrad 2 noch stabil läuft, die Drehzahl der Polring-Laufrad 1098.247109.1

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Einheit 2, 3 auf etwa 1/3 der Nenndrehzahl fällt, wodurch die hydraulische Leistung der Pumpe auf 1/27 zurückgeht, während die vom Motor aufzubringende Leistung auf 1/9 zurückgeht. Hierdurch ergibt sich eine bedeutende Ersparnis an Stromkosten. Die Kühlung des Motors erfolgt durch einen Lüfterring 26 , der auf der Rückschlusskappe 27 aus Weicheisen des Polringes 12 befestigt ist und mit dem Motorgehäuse einen Spalt 28 bildet. Der Eintritt der Kühlluft erfolgt bei 29, der Austritt durch die durchgestanzten Öffnungen 30.

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Der Anker 9 wird dem Stator ■& so zugeordnet, dass er, wenn

der Bund 23 der Schraube 21 aufliegt, im Stator fluchtet. Mit Abnehmen der Kopplung verschiebt sich der Anker 9 aus seinem

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Stator JSr.

Figur 2 zeigt eine weitere Lösung, bei welcher der äussere Polring 12 über eine Nabe 33, die auf der Motorwelle 34 axial verschieblich und fixierbar angeordnet ist, in seinem Abstand von der Trennkalotte 25 veränderlich ist. Die Einstellung in axialer Richtung erfolgt durch ein Exzenter 35, welches in einem Langloch 36 gleitet. Die Fixierung erfolgt durch Stellschrauben 37. Im Gegensatz zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform kann die Verstellung bei diesem Gerät nur während des Stillstandes erfolgen.

Figur 3 zeigt eine weitere Lösung der Erfindung. Am Pumpen-

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gehäuse 1 ist ein Flansch 3·?" befestigt, in dem das gesamte Motorgehäuse 38 axial verschieblich geführt ist. Die axiale Verstellung erfolgt durch geringe Schwenkung des Motorgehäuses in den Schlitzführungen 39, die Fixierung durch Anziehen der Schrauben 40. Die Veränderung des axialen Abstandes kann wie bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform gegebenenfalls bei lauferiider Pumpe erfolgen.

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Figur 4 zeigt eine weitere Ausbildung, bei welcher der Motor 41 in zwei Gummiringen 42 und 43 aufgehängt ist, die an der äusseren Peripherie mit dem Motoraussengehäuse 44 axial fixiert verbunden sind und eine Axialkraft in Richtung des Pfeiles 45 erzeugen. Gegen diese Axialkraft wirkt die Einstellschraube 46, die zur Verhinderung von Körperschallübertragung auf das Gehäuse 44 ihre Kraft über das gummielastische Element 47 auf den Motor 41 überträgt. Die Veränderung des axialen Abstandes kann wie bei der in Figur 1 gezeigten Ausfüm^ngsform gegebenenfalls auch hier bei laufender Pumpe erfolgen.

Figur 5a zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer zylindrischen Kupplung, bei der die Permanentmagnete 50 . des inneren Polringes quer zur Richtung der radial verlaufenden Kraftlinien 51 zwischen dem inneren Polring 52 und dem , äusseren Polring 53 angeordnet sind. Die zwischen den Magneten ■Sri liegenden Eisensegmente 54 dienen als Polschuhe. Von ihrer Aussenfläche 55 aus verlaufen die Kraftlinien über den Luftspalt zum äusseren Polring 53, der als Käfigläufer aus Weicheisen 59 und Leiterstäben 60, die an den axialen Enden miteinander kurzgeschlossen sind, aufgebaut ist. Die Grosse des aktiven Magnetfeldes im Luftspalt 56 lässt sich beeinflussen über die Rückseite 57 der Eisensegmente 54 , indem durch azimutale Verstellung

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der Eisenteile/die durch einen nicht gezeigten magnetisch unwirksamen Ring miteinander in Verbindung stehen, ein magnetischer Nebenschluss zwischen benachbarten Eisensegmenten 54 und 54* erzeugt werden kann.

Figur 5b zeigt den gleichen Aufbau des. inneren Polringes, während

-» der äussere Polring 53' aus einem Eisenring und darin befestig-

to ten radial magnetisieren Magneten 12 besteht.

-^ Figur 6 zeigt einen Aufbau, bei dem die azimutal verschiebbaren ro Eisenteile 61 dazu dienen, den Rückschluss der magnetischen

-» Feldlinien, der über den dünnwandigen Eisenzylinder 62 nur mangelhaft bewirkt wird, einstellbar zu verbessern, so dass die Kraftwirkung auf den Läufer 63 in der gezeigten Stellung

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maximal, in einer um eine halbe Teilung verschobene Stellung dagegen minimal ist. In diesem Aufbau wurde für den Läufer 63 ein Hysteresewerkstoff gewählt, der nur sekundär eingeprägte Magnetpole 66 besitzt, so dass oberhalb eines Maximaldrehmomentes die Kupplung vibrationsfrei schlüpft, während sie darunter schlupffrei das Drehmoment überträgt.

Figur 7 zeigt in axialer Draufsicht und der axialen Draufsicht von der entgegengesetzten Richtung sowie in einem in der Achse liegenden Schnitt einen Polring für eine Kupplung mit sphärischem Magnetspalt. Die Magnete 70 schliessen zwischen sich Eisensegmente 71 ein, die zum sphärischen Luftspalt hin durch Kugelsegmente 72 aus weichem Eisen erweitert werden. Auf der Rückseite ist ein Ring. 73 aus nicht-magnetischem Material angeordnet, in dem Weicheisenstücke 74, deren azimutale Erstreckung etwa 4/5 der Teilung 75 entspricht, eingesetzt sind. Im Sektor 76 schliessen diese Weicheisenstücke benachbarte Eisensegmente magnetisch kurz, während sie im Sektor 77 jeweils ein Weicheisensegment abdecken, so dass der magnetische Kurzschluss aufgehoben ist.

Figur 8 zeigt eine gleichartige Ausführung, bei der jedoch ein Ring 80 mit Weicheisenstücken 81 verbunden ist, die wiederum benachbarte Eisensegmente 71 oder die neutralen Mittelzonen benachbarter Magnete 70/70* miteinander verbinden.

Figur 9 zeigt schematisiert und teilweise geschnitten einen

-μ. äusseren Polring, der aus einem Weicheisenkörper 90 besteht,

to in dem eine erste Vielzahl von radial magnetisierten Magneten

κ) 95/95* befestigt ist. In der so gebildeten Kugelschale ist eine

^ weitere Vielzahl von axial magnetisierten Kugelsegmenten

^) 91/91' angeordnet, die durch nicht-magnetische Segmente 92

„» zu einer verschwenkbaren Kugelschale zusammengefasst sind.

Durch Verschwenken dieser Kugelschale um eine halbe Teilung

gemäss 94/94' heben sich die Magnetfelder der magnetischen Segmente 90 und 91 teilweise auf.

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Claims

Standard Magnet AG

Hünenberg/Schweiz DK 2223/la

Anspruc

Kreiselpumpe, die von einem Motor angetrieben wird und deren Laufrad mit einem weichmagnetischen Polring eine in einem Pumpengehäuse eingeschlossene umlaufende Einheit bildet, wobei die dem Polring benachbarte Wandung des Pumpengehäuses aus magnetisch durchlässigem Material besteht und wobei dieser Wandung aussen ein permanent-magnetischer Polring benachbart ist, der durch den Motor angetrieben wird und das Drehmoment des Motors auf den ersten Polring bei betriebsmassig geringem Schlupf überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch die der die magnetisch durchlässige Trennwand durchsetzende Fluss verringert Werden kann, wodurch der Schlupf vergrössert wird.

Anspruch 2 *

Kreiselpumpe, die von einem Motor angetrieben wird und deren Laufrad mit einem magnetischen Polring eine in einem Pumpengehäuse eingeschlossene umlaufende Einheit bildet, wobei die dem Polring benachbarte Wandung des Pumpengehäuses aus magnetisch durchlässigem Material besteht und wobei dieser Wandung aussen ein permanent-magnetischer Polring benachbart ist, der durch den Motor angetrieben wird und das Drehmoment des Motors auf den ersten Polring synchron überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch die der die magnetisch durchlässige Trennwand durchsetzende Fluss verringert werden kann, wodurch das Abreissdrehmoment verringert wird. 109824/1091

L· U U -J

,Anspruch 3

Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Luftspalt durch axiale Verschieblichkeit des einen Polringes (12) gegen den anderen veränderlich ist. . '■■■■■. . ■■ . .·'■'■■■·. ·■''..

Anspruch 4

Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polring (12) relativ zur Welle (13) verschieblich und axial fixierbar angeordnet ist.

Anspruch 5

Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polring (12) mit der Welle (13) und dem Anker (9) eine Einheit bildet und dass diese,axial verschieblich angeordnet ist.

Anspruch 6

Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle kugelgelagert ist. und dass das dem Pumpengehäuse zugewandte Lager (14) unter einer zum Polring (6¹) gerichteten Federvorspannung der Feder (16) steht, während das zweite Kugellager (18) durch formschlüssige Elemente (18, 21) axial einstellbar ist.

Anspruch 7

Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motoranker (9) symmetrisch zur mittleren Rotationsebene des Stators (6·) liegt, wenn der Luftspalt des Polringes (12)

ein Minimum hat, während er bei grosser werdendem Luftspalt aus der optimalen Mittellage heraus verschoben ist.

Anspruch 8

Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (38) relativ zum Pumpengehäuse (1) verschieblich angeordnet ist.

Anspruch 9

Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Pumpenlaufrad (2) integrierte erste Polring (3) aus Weicheisen besteht und eine Deckschicht (4) aus elektrisch gut-leitendem Material trägt. . .

Anspruch 10

Kreiselpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

dass die aus gut leitendem Material bestehende Schicht Kupfer ä

ist, die gleichzeitig die der Trennwand (27) zugewandte Seite des Läufers (3) vor Korrosion schützt.

Anspruch 11

Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Pumpenlaufrad (2) integrierte erste Polring (3) aus einem Magnetwerkstoff besteht, dessen Koerzitivkraft so klein ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Poiring (12) wenigstens in der Anlaufbeschleunigungsphase ein Schlupf entsteht. 10982W1091.

Anspruch 12 '

Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring (73, 80) aus magnetisch nichtleitendem
Material mit aus Weicheisen bestehenden Körpern (58, 74, 81) verbunden ist, deren UmfangserStreckung kleiner ist als der
Polabstand (75) benachbarter Magnetpole und dass der Ring
(73, 80) um einen Winkelbetrag, der etwa einem halben Polabstand (75) entspricht, verschwenkt werden kann.

Anspruch 13

Kreiselpumpe nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetpole (54, 71) aus Weicheisen bestehen und
die Permanentmagnete (50, 70) in Umfangsrichtung magnetisiert sind.

Anspruch 14

Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Polring mit Permanentmagneten , deren eine Polfläche dem Luftspalt
und deren andere Polfläche einem magnetischen Rückschlussring zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Rückschlussring (62) eine mit einer Polzahl gleichzahlige Anzahl von Bereichen (61) hoher magnetischer Leitfähigkeit besitzt, die azimutal verschieblich so angeordnet sind, dass diese Bereiche in der einen Endstellung zwischen zwei benachbarten Polen Hegen .und dort den magnetischen Rückschluss zwischen benachbarten Polen bilden, während sie in der anderen End «teilung die Pole bedecken und damit keinen Rückschluss zulassen.

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Anspruch 15

Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Permanentmagneten (91, 95) besetzte Polring aus zwei ineinander oder nebeneinanderliegenden Ringen gleicher Polzahl besteht und dass die Ringe zueinander um etwa eine halbe Polteilung verschwenkbar angeordnet sind, so dass sich in der einen Endstellung die magnetischen Ströme addieren, während sie in der anderen Endstellung sich teilweise aufheben.