DE2548798A1 - Magnetische antriebsvorrichtung fuer die beruehrungslose uebertragung eines drehmomentes bzw. einer in ihrer richtung wechselnden laengskraft durch eine gas- und fluessigkeitsdichte trennwand hindurch - Google Patents

Description

P.4843 14.10.75

Compagnie de Construction Mecanique Sulzer (C.C.M.) Paris, Frankreich

Magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Uebertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennwand hindurch.

Die Erfindung betrifft eine magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Uebertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennwand hindurch, die aus einem nicht magnetisierbarer einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisenden Material besteht und eine Oeffnung eines ein unter erhöhtem Druck und/oder hoher Temperatur stehendes, gegebenenfalls korrosives Medium enthaltenden Behälters verschliesst, wobei magnetisierbar, mit der Trennwand und dem Behälter fest verbundene Teile des Vorrichtungsgehäuses einen ortsfesten Abschnitt eines torusförmigen magnetischen Kreises bilden, der über eine mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Strom gespeiste Spule oder durch Permanentmagnete erregt wird und dessen rotationssymmetrischer, koaxial zum magnetisierbaren Torus stehender Luftspalt durch die in seinem Bereich als Rotationskörper ausgebildete Trennwand in zwei Teilluftspalte unterteilt wird, in denen je ein am treibenden bzw. am getriebenen Läufer der Vorrichtung befestigter, koaxialer, zahnradförmiger

609824/0665

Polring aus magnetisierbarem Material beweglich geführt ist, dessen Pole, in gleicher Anzahl für die beiden Läufer, auf die Trennwand und den dahinter befindlichen Polring des Gegenläufers hin gerichtet sind, derart, dass der magnetische Kreis über seinen ortsfesten und einen von den beiden Polringen gebildeten, beweglichen Abschnitt, durch die Trennwand hindurch, geschlossen.ist.

Es sind bereits magnetische oder elektromagnetische Koppler für die synchrone oder asynchrone Uebertragung eines Drehmomentes bekannt, die aus einem magnetischen Kreis und zwei über ein magnetisches Feld miteinander gekoppelten Rotoren bestehen, wobei der eine Rotor mit einer treibenden, der andere mit einer getriebenen Welle verbunden sind. Die Kopplung der beiden Rotoren erfolgt durch ein magnetisches Drehfeld, das im magnetischen Kreis durch eine von einem Gleichstrom oder einem gleichgerichteten Strom durchflossene, ortsfeste Erregerspule oder durch Permanentmagnete induziert wird, beispielsweise gemäss FR-PS Nr. 1 095 374.

Es sind ferner Vorrichtungen bekannt, bei denen zwei ebenfalls magnetisch aneinander gekoppelte Läufer eine wechselweise Translationsbewegung ausführen, etwa nach der in der FR-PS Nr. 1 539 089 beschriebenen Art.

609824/0 6 65

Falls die beiden Medien, in denen sich das treibende bzw. das getriebene Organ befinden und bewegt werden, strikte voneinander getrennt bleiben müssen, wird der zwischen den beiden Organen bestehende Luftspalt durch eine druckdichte Trennwand unterteilt, welche die den beiden Medien zugeteilten Bereiche gegeneinander abgrenzt. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der FR-PS Nr. 1 539 090 beschrieben.

In einem solchen Falle wäre es wünschbar, die erwähnte Trennwand aus einem nicht magnetisierbarer elektrisch isolierenden Material auszuführen. Dadurch würde jegliche, durch die Trennwand bedingte Beeinflussung der Verteilung des magnetischen Feldes im Luftspalt vermieden und es könnten sich in ihr im Gefolge des sie durchdringenden oder über sie wegstreichenden, das treibende mit dem getriebenen Element koppelnden magnetischen Flusses keinerlei Wirbeiströme ausbilden.

Die heute bekannten, nicht metallischen Werkstoffe, die dieser Bedingung entsprechen würden, sind jedoch nicht in der Lage, extremen mechanischen oder thermischen Belastungen zu widerstehen, wie sie beispielsweise in chemischen oder nuklearen Reaktoren auftreten, wo mit Temperaturen in der Grössenordnung von 200 bis 400⁰C und Drücken von 100 bar oder mehr gerechnet werden muss.

609824/0665

Die Trennwand könnte an sich auch aus einem nicht magnetisierbaren Metall bestehen, dessen elektrischer spezifischer Widerstand möglichst hohe Werte annehmen müsste und dessen mechanische Eigenschaften den genannten Bedingungen entsprechen würden.

Ist die Druckdifferenz zwischen den beiden in Betracht fallenden Medien, in denen sich das treibende bzw. das getriebene Organ befinden, sehr gross, so muss die Dicke einer nach den bekannten Aus führung s formen ausgeführten metallischen Trennwand so gross gewählt werden, dass die darin auftretenden Wirbelströme — sie nehmen ungefähr mit dem Quadrat der Wanddicke zu — sehr grosse Werte annehmen würden, so dass der Wirkungsgrad der magnetischen Uebertragung dadurch äusserst ungünstig beeinflusst wäre und eine erhebliche, ja unzulässige Erwärmung der Trennwand nicht vermieden werden könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine druckdichte magnetische Antriebsvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, berührungslos durch eine Trennwand hindurch eine in einem mit einem unter hohem Druck und bei erhöhter Temperatur stehenden Medium gefüllten Behälter befindliche Maschine zu betätigen, wobei die Kraftübertragung je nach den gegebenen Umständen entweder in Form eines Drehmomentes oder einer abwechselnd vor- und rückwärts wirkenden Zugkraft verwirklicht wird.

609824/0665

Insbesondere ist die Trennwand so zu gestalten, dass sie aus einem metallischen, annehmbare mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisenden Werkstoff geformt werden kann, und dass die sich darin ausbildenden Wirbelströme, bei einer gegebenen Dichte des den Luftspalt durchdringenden magnetischen Feldes und einer ebenfalls vorgegebenen Relativgeschwindigkeit.zwischen den magnetischen Polen und der Trennwand, wesentlich verringert werden, ohne Einbusse an mechanischer Festigkeit gegenüber einer vollwandigen Trennwand gleicher Dicke.

Die Erfindung besteht darin, dass die Trennwand in ihrem zwischen den gegenüberliegenden Polringen befindlichen Bereich zur Aufnahme von mechanisch vorgespannten, nicht magnetisierbaren, elektrisch nicht leitenden bzw. isolierten draht-, litzen- oder kabelartigen Verstärkungselementen hoher Zugfestigkeit vorgesehene Aussparungen und zwischen den Aussparungen verbleibende Stege aufweist, deren Tiefe geringer ist als die Dicke der übrigen Trennwand.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Aussparungen vorzugsweise an der Aussenseite der Trennwand angebracht und in Form von in Umfangsrichtung ring- bzw. schraubenförmig mit geringer Steigung verlaufenden Rillen ausgebildet sein. Bei dieser Anordnung werden die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente vorteilhafterweise in die ring- bzw. schraubenförmig

609824/0Ö65

in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen eingelegt und derart bemessen, dass sie mindestens die selbe Zugfestigkeit aufweisen, wie das beim Anbringen der Rillen entfernte Material der Trennwand.

Nach einer weiteren Ausführungsform können die Aussparungen aber auch an der Aussenseite der Trennwand angebracht und in Form von in axialer und/oder radialer Richtung verlaufenden Rillen ausgebildet sein. Ist dies der Fall, so werden die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente in die in axialer und/oder radialer Richtung verlaufenden Rillen bzw. Bohrungen eingelegt und derart bemessen, dass sie mindestens die selbe Zugfestigkeit aufweisen, wie das beim Anbringen der Rillen bzw. Bohrungen entfernte Material der Trennwand.

Die Aussparungen können ferner, entsprechend einer weiteren Variante der Erfindung, in Form von in Reihen oder versetzt angeordneten, wabenförmigen Vertiefungen an mindestens einer der Oberflächen der Trennwand ausgebildet sein, wobei die ring- oder schraubenförmig um die Aussenfläche der Trennwand gelegten Verstärkungselemente an den Oberkanten der zwischen den Waben verbleibenden Stege abstutzbar sind. Die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente sind hier auf der Aussenseite der Trennwand aufgewickelt und auf die Oberkanten der zwischen

609824/0665

den Rillen bzw. den wabenförmigen Vertiefungen verbleibenden Stege abgestützt.

Die Aussparungen brauchen jedoch nicht in jedem Falle an der Aussen- oder Innenoberfläche der Trennwand angebracht zu sein. Nach einer in vielen Fällen besonders günstigen Ausführungsform können die Aussparungen nämlich auch in Form von in axialer Richtung in der Dicke der Trennwand verlaufenden Bohrungen ausgebildet sein, in denen, ähnlich wie im Falle der axial gerichteten Rillen, zugankerförmige Verstärkungselemente eingezogen sind. Diese Ausführungsart hat zudem den Vorteil, dass die Bohrungen

(^wenigstens zum Tei.1,)

in an sich bekannter Wels"e^'von einem Kühlmedium durchflossen und gegen unzulässig hohe Temperaturen geschützt ausgebildet sein können.

Die verschiedenen, oben beschriebenen Formen der Aussparungen in der Trennwand dienen alle dem gleichen Zweck, nämlich durch eine wesentliche Verminderung der in Frage kommenden Querschnitte der Trennwand die Ausbildung von Wirbelströmen und damit unerwünschte Leistungsverluste erheblich einzuschränken, wobei die durch den beim Anbringen von Rillen oder Bohrungen vorgenommenen Materialabtrag bedingte Abnahme der mechanischen Festigkeit durch den Auftrag oder den Einbau von elektrisch nicht leitenden, mechanisch vorgespannten, zugankerartigen Verstärkungselementen wettgemacht wird.

6 0 9824/0665

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 zeigt.in vereinfachter, schematischer Form einen axialen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung mit druckdichter Trennwand, zur Uebertragung eines Drehmomentes, mit in Umfangrichtung verstärkter Trennwand.

Fig." 2 ist ein entsprechender Teilquer schnitt gemäss II/II in Fig. 1.

Die Fig. 3 und 4 erläutern, in Form von in vergrössertem Massstab dargestellten Teilquerschnitten, den Aufbau einer erfindungsgemässen Trennwand mit verschiedenen Rillenquerschnitten und in die Rillen eingezogenen Verstärkung selementen sowie dazugehörige Isolationsschichten.

Die Fig. 5 und 6 stellen eine weitere Ausführungsform der Trennwand dar, ähnlich derjenigen in Fig. 1 und 2, jedoch sowohl mit in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung geführten Rillen bzw. Bohrungen und darin eingelegten, vorgespannten Verstärkungselementen.

Die Fig. 7 und 8 sowie 9a, b und c zeigen Ausschnitte von erfindungsgemässen Tremwänden, deren Aus-

alsj
sparungen'wabenartige, in ihre Aussenflache eingelassenen

609824/0665

Vertiefungen verschiedener Form und Anordnung ausgebildet sind.

Fig. 10 und 11 stellen Teilquerschnitte einer anderen Ausführungsform der Trennwand dar, bei der die Aussparungen aus in axialer Richtung in der Dicke der Trennwand angebrachten Bohrungen mit rundem bzw. rechteckigem Querschnitt bestehen.

Fig. 12 ist wieder eine schematische Darstellung, zur Erläuterung der Bahnen der sich unter dem Einfluss des zwischen den Polringen herrschenden magnetischen Feldes in einer gegenüber den Polringen bewegten, glatten, vollwandigen Trennwand ausbildenden Wirbelströme, sowie der Wirkungsweise von in eine solche Trennwand eingeschnittenen Rille .

Fig. 13 ist ein vereinfachter Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung zur Uebertragung einer wechselweise in Längsrichtung wirkenden Zugkraft.

Fig. 14 stellt in vereinfachter Form einen Längsschnitt durch eine halbkugelförmige, nach der Erfindung aufgebaute Trennwand dar, die an ihrer Aussenseite sich überkreuzende, in Umfangsrichtung und in axial/radialer Richtung verlaufende Rillen und darin eingelegte, vorgespannte Verstärkung selemente aufweist.

6098 2 4/0665

Fig. 15 ist ein Teillängsschnitt aus einer zylindrischen Trennwand, die an ihrer Aussenseite wabenförmige Aussparungen von der in Fig. 7 bis 9c gezeigten Art aufweist und durch eine einlagige Wicklung von im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden vorgespannten Verstärkungselementen trägt, die auf den oberen Kanten der zwischen den Aussparungen verbleibenden Stege abgestützt sind und

Fig. 16 ein Teillängsschnitt einer ähnlichen Trennwand wie diejenige der Fig. 15, auf deren Aussenseite statt der wabenartigen Vertiefungen in axialer Richtung verlaufende Rillen angebracht sind, wobei die zwischen den Rillen verbleibenden Stege eine Lage von in Umfangsrichtung um die Trennwand gewickelten Windungen eines oder mehrerer parallel nebeneinander angeordneter Verstärkungselemente tragen.

In den verschiedenen Figuren sind analoge oder entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Form einer erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung hat deren als Ganzes mit 1 bezeichnete Trennwand die Form eines topfähnlichen Rotationskörpers mit flachem Boden und zylindrischen Seitenwänden, deren Rotationsachse mit A-A angedeutet ist. Die

6098 2 4/0665

zylindrische Seitenwand der Trennwand hat die Dicke J und ist an ihrem rechten, vom flachen Boden abgekehrten Ende durch eine Verdickung 2 verstärkt, die in einem Befestigungsflansch 3 endet. Dieser schliesst mit Hilfe von Dichtungsringen 4 eine Oeffnung 5 des Behälters 6 druckdicht ab, in dem ein unter Ueberdruck stehendes, gegebenenfalls eine hohe Temperatur aufweisendes Medium eingeschlossen ist. Dieses Medium erfüllt auch das Innere der Trennwand 1, in dem der innere Läufer oder Rotor 7a — normalerweise ist es der getriebene Läufer — ebenfalls um die Achse A-A drehbar geführt ist. Dieser Rotor 7a trägt einen zahnradförmigen Polring 7b, dessen Pole gegen die glatte Innenseite 8 des zylindrischen Teils der Trennwand hin gerichtet sind. Auch der äussere — meistens ist es der treibende — Läufer oder Rotor 9a trägt einen Polring 9b, dessen Pole jedoch nach innen, gegen die zylindrische Aussenseite 10 der Trennwand 1 hin gerichtet sind und der ebenfalls um die Achse A-A drehbar gelagert ist. Die beiden Polringe 7b und 9b liegen sich somit gegenüber, sind aber durch die Wand 1 voneinander getrennt. Die Aussenseite 10 des zylindrischen Teiles der Trennwand 1 weist in ihrem zwischen den Rotoren 7a und 9a liegenden Bereich in Umfangsrichtung verlaufende Rillen 11 von einer Tiefe f auf, in die drahtförmige, elektrisch isolierte und/oder selber nicht leitende Verstärkungselemente 11 unter mechanischer Vorspannung eingelegt sind, deren Aufbau im Folgenden noch näher beschrieben wird.

609824/0665

Die Art der Lagerung und der Antriebe der beiden Rotoren 7a und 9a ist in der Zeichnung nicht näher dargestellt, da dieser Teil der Antriebsvorrichtung den Gegenstand der vorliegenden.Erfindung nicht weiter berührt; das gleiche gilt für den ortsfesten Teil des magnetischen Kreises sowie für diejenigen Teile der Vorrichtung, in denen der die beiden Rotoren koppelnde magnetische Fluss induziert und geführt wird. Es sind hier lediglich die beiden ringförmigen, glatten Pole N und S angedeutet, zwischen denen der Luftspalt des ortsfesten Teiles des magnetischen Kreises liegt, der durch die Trennwand 1 in zwei Teilluftspalte unterteilt wird, v/o bei der eine — beispielsweise der getriebene — Rotor 7a und sein Polring 7b in dem im Inneren der Trennwand 1 liegenden, der andere — normalerweise der treibende — Rotor 9a und der Polring 9b in dem ausserhalb des Behälters befindlichen Teilluftspalt durch den von einem CN) zum anderen Pol S fliessenden magnetischen Fluss durchströmt und in an sich bekannter V/eise mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert werden, so dass sie durch die Trennwand hindurch miteinander gekoppelt werden. Eine derartige Vorrichtung zeigt beispielsweise die bereits genannte französische Patentschrift FR-PS Nr. 1 539 090.

Die Wirkungsweise der in der Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung ist die folgende:

9-82-4/0665

Solange im magnetischen Kreis der Antriebsvorrichtung ein magnetischer Fluss induziert wird, tritt dieser aus der glatten, zylindrischen Innenwand des äusseren Poles N in die glatte, konzentrisch dazu verlaufende äussere Zylinderfläche des Rotors 9a über, tritt aus der inneren Polfläche der Pole 9b aus, durchdringt die Trennwand 1 und erreicht die äusseren Polflächen des inneren Polringes 7b, um über die glatte, innere Bohrung des Rotors 7a in dem Pol S, d.h. wieder in den ortsfesten Teil"des magnetischen Kreises überzutreten, der auf diese Weise — über die obenerwähnten Teilluftspalte und die Polringe 7a,b, 9a,b torusförmig in sich geschlossen ist.

Infolge der zwischen den Polen der beiden Polringe 7a,b, 9a,b auftretenden magnetischen Anziehungskraft stellen sich die beiden Polringe aufeinander so ein, dass ihre Pole jeweils gegenüberliegen und der Hauptteil des Flusses im Bereich der Pole 7b, 9b die Trennwand 1 senkrecht, d.h. in radialer Richtung, durchdringt.

Auch diejenigen Bereiche der Trennwand 1, die jeweils den zwischen den Polen 7b, 9b befindlichen Aussparungen 7c, 9c der beiden Polringe gegenüberliegen, werden durch einen senkrecht zur Trennwand 1 stehenden Streufluss durchdrungen, der jedoch in Anbetracht des an dieser Stelle vergrösserten Luftspaltes bedeutend geringer

609824/0665

ist als der im Bereich der Pole 7b, 9b bestehende Fluss. In erster Annäherung kann dieser Streufluss vernachlässigt werden.

Drehen sich die beiden Rotoren 7a, 9a gegenüber der ortsfesten Trennwand 1, so wird letztere in an sich bekannter Weise von einem Drehfeld durchdrungen, da die Bereiche mit stärkerem und schwächerem Fluss, entsprechend den Polen 7b, 9b und den Pollücken 7c, 9c ebenfalls mit einer Relativgeschwindigkeit V über die Trennwand 1 hinweg mitgedreht werden.

Weist die Trennwand 1 eine gewisse elektrische Leitfähigkeit auf, wie dies beispielsweise bei einer metallischen Trennwand der Fall ist, so treten im. Inneren derselben wegen der sich ändernden Flussdichte Wirbelströme (sogenannte Foucault-Ströme) auf, deren Stromstärke zur magnetischen Flussdichten-Aenderung und zur Relativgeschwindigkeit V weitgehend proportional ist.

Aus der Fig. 12 ist der ungefähre Verlauf der schlaufenförmigen Stromlinien W der Wirbelströme ersichtlich, welche sich in einer glatten, homogenen Trennwand.1 ausbilden würden, die mit einer Geschwindigkeit V von links nach rechts zwischen den Polen 7b, 9b hindurch gezogen wird (siehe Revue Generale de 1'Electricity, Bd 80, No. 1, Januar 1971, S. 34). Die schraffierten Rechtecke a,b,.c

609824/0665
COPY

usw. deuten die Projektion der sich beidseits der Wand gegenüberstehenden Pole 7b, 9b auf die bewegte Trennwand 1 an. In diesen Bereichen ist der die Trennwand 1 senkrecht durchdringende Fluss am stärksten. Demgegenüber werden die dazwischen liegenden, mit 9c - 7c bezeichneten Bereiche im wesentlichen nur von einem geringen Streufluss durchdrungen, Es ist bekannt, dass die Wirbelströme ihrerseits ein magnetisches Feld induzieren, das der Aenderung der ursprünglichen Feldstärke entgegenwirkt, d.h. dass eine der Relativbewegung zwischen den Polringen 7b, 9b und der Trennwand 1 entgegengerichtete Kraft auftritt. Da die Trennwand in den erfindungsgemässen Antriebsvorrichtungen ortsfest stehen bleibt, stellt diese Gegenkraft eine auf die Polringe wirkende, unerwünschte, den Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung beeinträchtigende Bremskraft dar.

Um die Bildung von Wirbels tr ötnen zu begrenzen, wird erfindungsgemäss die für ihre Stärke massgebende Dicke der Trennwand 1 wesentlich verringert, indem beispielsweise auf ihrer Aussenseite 10 in Umfangsrichtung 11a, c und/oder in axialer Richtung 11b — bezogen auf die Relativgeschwindigkeit V zwischen den Polen 7b, 9b und der Trennwand 1 — mit einer Tiefe f Rillen angebracht, die die Ausbildung der Wirbelstromschlaufen W und damit deren Stromstärke wenigstens im Bereich dieser Rillen erheblich einschränken. Dadurch wird die Joule'sehe Verlustenergie,

609824/0665
COPY

ähnlich wie dies von der Technik der elektrischen Maschinen her bekannt ist, in denen der magnetische Kreis aus gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut und ebenfalls von pulsierenden Magnetflüssen durchströmt wird (Motoren, Generatoren, Umformer, Transformatoren, Drosselspulen usw.), erheblich verringert. Durch das Anbringen geeignet geformter, die Dicke J der Trennwand 1 verkleinernder Rillen oder anderer Aussparungen ist es also möglich, den Gesamtwirkungsgrad einer durch die Trennwand 1 hindurch wirkenden magnetischen Antriebsvorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Läufer zu verbessern.

Zu diesem Zweck werden an der Trennwand 1 gemäss der Erfindung, vorzugsweise an ihrer Aussenseite 10, in Umfangsrichtung oder schraubenförmig mit geringer Steigung, parallelwandige Rillen von der Tiefe f angebracht, deren Boden entweder abgerundet 11a oder flach 11c ausgebildet ist. (Fig. 3 bzw. 4). Die Trennwand 1 ist somit mit einer immer noch druckdichten Scheidewand von reduzierter Dicke e zu vergleichen, die durch feste, ringförmige Rippen oder Stege 13 mechanisch verstärkt ist und deren Festigkeit gegenüber derjenigen einer vollwandigen, zylindrischen Trennwand gleicher Dicke J zwar merklich, aber noch nicht entscheidend abgenommen hat.

6098 2 4/0665

Die durch die Drehung der Pole hervorgerufenen Wirbelströme können sich nunmehr nur noch in der verbleibenden dünnen Scheidewand e, voll ausbilden, während sie im Bereich f der Rillen, d.h. in den Rippen oder Stegen 13, in ihrer Entwicklung stark gehemmt werden.

Um die durch das Anbringen von Aussparungen bedingte Abnahme der mechanischen Festigkeit auszugleichen, werden gemäss der vorliegenden Erfindung in die rillenförmigen Aussparungen 11a, 11b oder 11c unter Vorspannung draht-, litzen- oder kabelartige, nicht magnetisierbar, elektrisch nicht leitende oder zum mindesten isolierte (sehichtförmige Isolationen 15a, 15c) Verstärkungselemente 12, 14, 19 hoher mechanischer Zugfestigkeit eingelegt und an ihrem Ende in der Trennwand 1 verankert (18,20). Für die Verstärkungselemente können beispielsweise Tantal- oder Chromnickel-Legierungen verwendet werden, ferner Materialien, die eine entsprechende kristalline, fiberartige Struktur aufweisen (sogenannte "Whiskers"), die ebenfalls den vorgesehenen Betriebstemperaturen standzuhalten vermögen. Die in Umfangsrichtung verlaufenden ringförmigen 12 oder schraubenartig gewickelten 14 Verstärkungselemente üben auf die Trennwand 1 eine radial nach innen gerichtete Kraft aus. Bei geeigneter Bemessung, gestützt auf die an sich bekannte Vorspanntechnik, ist es ohne weiteres möglich, den Verstärkung se lernen ten mindestens diejenige Zugfestigkeit zu

6098 24/0665

verleihen, die sie benötigen, um die durch das Anbringen der Rillen oder anderen Aussparungen bedingte Schwächung der Trennwand 1 auszugleichen. Wie aus den Fig. 1, 3 oder 5 ersichtlich, können in den Rillen mehrere Lagen entsprechend isolierter 15a draht- oder kabelartiger Verstärkung se lernen ten vorgesehen sein.

Die Isolierschichten 15a, 15c dienen dazu, gegebenenfalls die Bildung von Kurzschlüssen zwischen einem elektrisch leitenden Verstärkungselement und den Seitenwänden der Rillen und damit das Auftreten von ungewollten Wirbelströmen in geschlossenen Schlaufen zu vermeiden.

Statt übereinanderliegenden Windungen 12 mit beispielsweise rundem Querschnitt können auch Verstärkungselemente mit beliebigem, beispielsweise rechteckigem Querschnitt 17 vorgesehen sein, die eine bessere Ausnützung des Rillenquerschnittes erlauben, wobei die Isolation vorteilhafterweise als U-förmige, die Rille 11a, b oder c auskleidende Schicht oder als Röhrchen zwischen die Verstärkung 17 und die Trennwand 1 eingelegt wird. (Fig. 4)

dasj
Für'isoliermaterial haben sich Glasgewebe, Email oder ähnliche temperaturbeständige Materialien bewährt. Die Enden der Verstärkungselemente 12, 14, 17 oder 19 können nach einem der bekannten Verfahren etwa durch Schweissen, Löten, Biegen, Drücken oder Klemmen an der Trennwand 1

609824/0665

befestigt werden, wie dies in Fig. 1, 5 oder 12 bei 18 bzw. 20 angedeutet ist. Dabei muss lediglich darauf geachtet werden, dass auch hier keine in sich geschlossenen, elektrisch leitenden Schlaufen auftreten können.

Venn im Inneren des Behälters 6 im Betriebszustand eine höhere Temperatur herrschen soll, als ausserhalb desselben, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für die Verstärkungselemente 12, 14 ein Material zu wählen, dessen "Wärmeausdehnung sz ahl ungefähr gleich gross ist, wie diejenige des Materials der Trennwand 1. Infolge des Temperaturgefälles dehnt sich das Innere der Trennwand (bei 8) stärker aus, als die aussen angebrachten Verstärkungswindungen, so dass die Vorspannung der Windungen in einer Art Schrumpfwirkung verstärkt wird.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte AusfUhrungsform ist eine Variante der erfindungsgemässen Trennwand 1. Hier weist die Aussenseite 10 eine Anzahl von axialen Längsrillen 11b auf, in die zunächst je ein ähnlich wie für die Verstärkungselemente 12, 14 in Fig. 1 bis 4 ausgebildetes Spannkabel 19 eingelegt wurde. Dieses wird durch in der Verlängerung der Längsrille 11b angeordnete Bohrungen 24 eingeführt und bei 20 unter Vorspannung in der Trennwand verankert. Dadurch wird die auf den zylindrischen Teil der Trennwand 1 infolge des Innendrucks im Behälter 6 in

609824/0665

axialer Richtung wirkende Zugbelastung aufgefangen. Auch hier sind die Spannkabel 19 so bemessen, dass sie die durch das Anbringen der Rillen 11a, 11b verursachte Festigkeitsabnähme ausgleichen.

Zusätzlich zu den Längsrillen 11b sind an der

10;

Aussenseite'aer Trennwand 1 ring- oder schraubenförmige Rillen 11a, 11c angebracht, in die wie bei der Ausführung nach Fig. 1, 2 unter Vorspannung entsprechende Verstärkung se lernen te 12 oder 14 eingewickelt v/erden, die gegenüber den längsverlaufenden Verstärkungen 19 isoliert sind (15c), auf denen sie sich abstützen und die sie auf den Grund ihrer Rillen 11b pressen. Eine derart aufgebaute Trennwand 1 kann für höhere Innendrücke ausgelegt werden, als dies für die Ausführung nach Fig. 1, 2 möglich ist, die in Längsrichtung keine Verstärkungen aufweist. Abgesehen vom Aufbau der Trennwand 1 sind die beiden Ausführungsformen der Antriebsvorrichtung gemäss Fig. 1, 2 und gemäss Fig. 5, 6 völlig gleich ausgeführt.

Die sich in einer glatten Trennwand mit gleichbleibender Dicke J ausbildenden "Wirbelströme können ferner auch dadurch geschwächt werden, dass an der Innen-(8)und/ oder der Aussenseite 10 der Trennwand wabenförmige Aussparungen oder Vertiefungen 21 angebracht werden, deren Gesamttiefe JT (d.h. bei beidseitiger Anordnung je f/2)

609824/0665

beträgt, wobei deren Form je nach dem dafür benutzten Herstellungsverfahren verschieden gewählt werden kann. Die zwischen den Vertiefungen verbleibenden Stege 22, haben die gleiche Wirkung wie diejenigen 13 zwischen benachbarten Rillen 11a, b oder c in Fig. 1 bis 6 und bilden an sich im Bereich f eine Art Verstärkung der dünnen Scheidewand _e.

So zeigen beispielsweise die Fig. 7 und 8 längliche Vertiefungen 21, die in Reihen (Fig. 7) oder in axialer Richtung gegeneinander versetzt (Fig. 8) angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind in den Fig. 9a und 9c kreisrunde Vertiefungen 21 gezeigt, die leichter zu bearbeiten sind und die Festigkeit der Trennwand 1 weniger beeinträchtigen als die erstgenannten (Fig. 7 und 8). Fig. 9b zeigt einen Teilquerschnitt durch eine derartige Trennwand, gemäss IX/IX in Fig. 9a.

Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Trennwand sind aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich. Hier wird die Querschnittsverringerung der Trennwand 1 durch in ihrer Dicke angebrachte, in axialer Richtung verlaufende Bohrungen 24 bzw. 25 erzielt, die weder auf der Innen-(8)noch auf der Aussenseite 10 der Trennwand 1 sichtbar sind. Auch hier besteht die Möglichkeit, ähnlich der schon in Fig. 5 angedeuteten Ausführungsart, nötigenfalls

609824/066

durch eine Isolierschicht 15a geschützte, unter Vorspannung stehende Verstärkungselemente oder Spannkabel 19 einzubauen, ohne dass sie aber durch eine darüber liegende Wicklung festgehalten werden müssen. Aus Fig. 11 ist eine Variante ersichtlich, bei der die Bohrungen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Hier wie auch in der Ausführung nach Fig. 10 können die Bohrungen gleichzeitig dazu benutzt werden, ein Kühlmedium — oder einen Wärmeträger — durchfliessen zu lassen, wie dies beispielsweise bei Wärmeaustauschern üblich ist.

Fig. 13 zeigt schliesslich ein weiteres Anwendungsbeispiel einer gemäss der Erfindung aufgebauten, druckdichten Trennwand, in einer Antriebsvorrichtung für die berührungslose üebertragung einer in Längsrichtung wirkenden, gegebenenfalls periodisch umkehrbaren Zugkraft, wie sie etwa in einem Rührwerk für chemische Reaktoren verwendet und in der bereits erwähnten FR-PS Nr. 1 539 beschrieben sind. Die einzelnen Teile sind dabei, soweit sie analoge Funktionen ausüben, wie sie bereits anhand der Fig. 1 bis 6 beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie diese. Der vereinfacht dargestellte, ringförmige oder zylindrische, treibende Läufer 26a besteht aus magnetisierbarem Material und weist magnetische Pole N und S auf. Er ist in axialer Richtung bewegbar und zieht in an sich bekannter Weise einen im Inneren

6 0 98 24/0665

der Trennwand 1 befindlichen Anker oder getriebenen Läufer 27a mit, mit dem er durch einen magnetischen Fluss verkoppelt ist, der mit Hilfe einer über die Anschlüsse 29 mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Strom gespiesene, auf dem treibenden Läufer 26a angebrachte Erregerspule 28 induziert wird. Die Trennwand 1 weist einen zylindrischen Querschnitt auf, um den Druck des von ihr umschlossenen Mediums besser aufnehmen -zu können. An ihrer Aussenseite 10 sind schraubenförmige Rillen 11a angebracht, in die unter Vorspannung Verstärkungselemente 14 eingelegt sind, wie dies schon für Fig. 1 beschrieben wurde.

Wenn es sich um höhere Drücke handelt, etwa in der Grössenordnung von 200 bar und mehr, ist es vorteilhaft, eine halbkugelförmige Trennwand 1a vorzusehen, wie sie beispielsweise in der Fig. 14 angedeutet ist. Sie trägt auf ihrer Aussenseite 10 in Umfangsrichtung oder schraubenförmig verlaufende Rillen 11a und ring- oder schraubenartig in die Rillen eingelegte Verstärkungselemente 14 sowie zusätzlich dazu axial und radial verlaufende Rillen 11b mit Verstärkungselemenfcen 19, die sich unter Vorspannung auf den Elementen 14 abstützen, ähnlich der

mit_j in Fig. 5 und 6 gezeigten Anordnung, jedoch'Tn. umgekehrter Reihenfolge eingetragenen ringförmigen 12a,14,17 und axial/radial verlaufenden Verstärkungen.

609824/0665

Die Fig. 15 und 16 zeigen weitere Ausführungsvarianten .der Erfindung, die einige Aehnlichkeit mit denjenigen von Fig. 5 aufweisen. Die Trennwand 1 besitzt hier jedoch auf ihrer Aussenseite 10 angebrachte,wabenform! ge Aussparungen 21 (Fig. 15) oder Längsrillen 11b (Fig. 16) und wird durch eine einlagige Wicklung, die ohne eigene Rillen direkt auf die zwischen den Aussparungen 21 bzw. 11b verbleibenden Stege 13, 22, 23 aufgebracht ist, verstärkt.

Abschliessend ist zu bemerken, dass die vorstehend anhand der Zeichnung beschriebene Ausführungsform der Erfindung lediglich beispielsv/eise gegeben sind, und dass zahlreiche Abwandlungen, insbesondere zur Anpassung an besondere, durch vorgegebene Betriebsbedingungen bestimmte Formgebungen der Trennwand, vorgesehen sein können, ohne dass diese den Rahmen der Erfindung verlassen, wie er durch die Ansprüche umschrieben ist.

609824/0665

Claims (9)

- 25 - ' P.4843 10.10.75 Patentansprüche

1. J Magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Uebertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennwand hindurch, die aus einem nicht magnetisierbaren, einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisenden Material besteht und eine Oeffnung eines ein unter erhöhtem Druck und/oder hoher Temperatur stehendes, gegebenenfalls korrosives Medium enthaltenden Behälters verschliesst, wobei magnetisierbare, mit der Trennwand und dem Behälter fest verbundene Teile des Vorrichtungsgehäuses einen ortsfesten Abschnitt eines torusförmigen magnetischen Kreises bilden, der über eine mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Strom gespeiste Spule oder durch Permanentmagnete erregt wird und dessen rotationssymmetrischer, koaxial zum magnetisierbaren Torus stehender Luftspalt durch die in seinem Bereich als Rotationskörper ausgebildete Trennwand in zwei Teilluftspalte unterteilt wird, in denen je ein am treibenden bzw. am getriebenen Läufer der Vorrichtung befestigter, koaxialer, zahnradförmiger Polring aus magnetisierbarem Material beweglich geführt ist, dessen Pole, in gleicher Anzahl für die beiden Läufer, auf die Trennwand und den dahinter befindlichen Polring des Gegenläufers hin gerichtet sind, derart, dass der magnetische Kreis über seinen ortsfesten und

609824/0665

einen von den beiden Polringen gebildeten, beweglichen Abschnitt, durch die Trennwand hindurch, geschlossen ist, dadurch g e k enn ze lehnet, dass die Trennwand (1) in ihrem zwischen den gegenüberliegenden Polringen (7a,7b;9a,9b) befindlichen Bereich zur Aufnahme von mechanisch vorgespannten, nicht magnetisierbarer, elektrisch nicht leitenden bzw. isolierten (15a,15c), draht-, litzen- oder kabelartigen Verstärkungselementen (12,14,17,19) hoher Zugfestigkeit vorgesehene Aussparungen (11,11a,11b,11c,21 , 24,25) und zwischen den Aussparungen verbleibende Stege (13, 22,23) aufweist, deren Tiefe (f) geringer ist als die Dicke (J) der übrigen Trennwand (1).

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen vorzugsweise an der Aussenseite (10) der Trennwand (1) angebracht und in Form von in Umfangsrichtung ring- bzw. schraubenförmig mit geringer Steigung verlaufenden Rillen (11a,11c) ausgebildet sind.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen vorzugsweise an der Aussenseite (10) der Trennwand (1) angebracht und in Form von in axialer und/oder radialer Richtung verlaufenden Rillen (11b) ausgebildet sind.

6098 2 4/0665

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass'die Aussparungen in Form von in Reihen oder versetzt angeordneten, wabenförmigen Vertiefungen (21) an mindestens einer der Oberflächen (8, 10) der Trennwand (1) ausgebildet sind, wobei die ring- oder schraubenförmig um die Aussenflache (10) der Trennwand (1) gelegten Verstärkungselemente (12,14) an den Oberkanten der zwischen den Waben (21) verbleibenden Stege (22,23) abstützbar sind.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen in Form von in axialer Richtung in der Dicke (J) der Trennwand (1) verlaufenden Bohrungen (24,25) ausgebildet sind.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichne t, dass die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente (12,14,17) in die ring- bzw. schraubenförmig in Umfangsricntung verlaufenden Rillen (11a,11c) eingelegt und derart bemessen sind, dass sie mindestens die selbe Zugfestigkeit aufweisen, wie das beim Anbringen der Rillen (11a,11c) entfernte Material der Trennwand (1).

609824/0665

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 3 oder 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente (17,19) in die in axialer ^und/oder radialer Richtung verlaufenden Rillen (11b) bzw. Bohrungen (24,25) eingelegt und derart bemessen sind, dass sie mindestens die selbe Zugfestigkeit aufweisen, wie das beim Anbringen der Rillen (11b) bzw. Bohrungen (24,25) entfernte Material der Trennwand (1).

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente auf der Aussenseite der Trennwand aufgewickelt sind und sich auf die Oberkanten der zwischen den Rillen (11b) bzw. den wabenförmigen Vertiefungen (21) verbleibenden Stege (13,22,23) abstützen.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1) aus einem nicht magnetisierbaren, einen hohen elektrischen spezifischen Widerstand aufweisenden, metallischen Werkstoff hoher Festigkeit besteht.

609824/0665

Le e rs e i te