DE2548798C3 - Magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Übertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennwand hindurch - Google Patents

Description

2s Die Erfindung betrifft eine magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Übertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennwand hindurch, die aus einem nicht magnetisier baren, einen hohen spezifischen elektrischen Wider stand aufweisenden Material besteht und eine öffnung eines ein unter erhöhtem Druck und/oder hoher Temperatur stehendes, gegebenenfalls korrosives Medium enthaltenden Behälters verschließt, wobei magneti- sierbare, 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 dessn rotationssymmetrischer, koaxial zum magnetisierbarer! 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 glekherAnzahl für die beiden Läufer, auf die Trennwand und den dahinter befindlichen Polring

so des Gegenläufers hin gerichtet sind, derart, daß der magnetische Kreis über seinen ortsfesten und einen von aen beiden Polringen gebildeten, beweglichen Abschnitt, durch die Trennwand hindurch, geschlossen ist. Es sind bereits magnetische oder elektromagnetische

Koppler für die sychrone oder asynchrone Übertragung eines Drehmomenies bekannt, die aus einem magnetischen Kreis und zwei über ein magnetisches Feld miteinander gekoppelter 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 Dreh^fdd, das im magnetischen Kreis durch eine von einem Gleichstrom oder einem gleichgerichteten Strom durchflossene, ortsfeste Lrregerspule oder durch Per manentmagncte induziert wird, beispielsweise gemäß FR-PS 10 95 374.

Es sind ferner Vorrichtungen bekannt, bei denen zwei ebenfalls magnetisch aneinander gekoppelte Läufer

cine wechselweise Translationsbewegung ausführen, etwa nach der in der FR-PS 15 39 089 beschriebenen Art

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, bei der Anmeldung vorausgesetzte Vorrichtung ist beispielsweise in der FR-PS 15 39 090 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 Wirbelitröme 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.

Die Trennwand könnte an sich auch aus einem nicht magnetisierbarer! 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 Ausführungsformen 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 Übertragung dadurch äußerst ungünstig beeinflußt wäre und eine erhebliche, ja unzulässige ErwJrmung 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 SS Form eines Drehmomentes oder einer abwechselnd vor- und rückwärts wirkenden Zugkraft verwirklicht wird.

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, wesei. lieh verringert werden, ohne Einbuße an mechanischer Festigkeit gegenüber einer vollwandigen Trennwand gleicher Dicke.

Die diese Aufgabe lösende Erfindung besieht bei der eingangs vorausgesetzten Vorrichtung darin, daß die Trennwand in ihrem zwischen den gegenüberliegenden Polringen befindlichen Bereich Aussparungen aufweist, in die nicht magnetisierbar, elektrisch nicht leitende bzw. isolierte draht-, litzen- oder kabelartige Verstärkungselemente hoher Zugfestigkeit unter mechanischer Vorspannung eingelegt sind, wobei die Tiefe der Aussparungen gegenüber den zwischen ihnen verbleibenden Stegen geringer ist als die Dicke der übrigen Trennwand.

Der aus der DT-OS 23 05 907 bekannt gewordene magnetische Koppler besitzt eine druckfeste Trennwand mit innen und außen glatter Oberfläche. Diese Wand besteht aus einem gitterförmigen, käfigartigen Gerüst aus magnetisierbaren, hochpermeablen Lamellen oder Stäben, die an ihrem einen Ende elektrisch leitend miteinander verbunden und geerdet sind, um jede elektrostatische Aufladung die-^s Gebildes auszuschalten, die im übrigen jedoch, beispielsweise durch Einbetten in einen aushärtenden Kunststoff od. dgl., gegeneinander isoliert sind, um das Auftreten von Wirbelstromschlaufen zu vermeiden. Die magnetischen Elemente und die sie umschließende Isoliermasse sind druckdicht miteinander verklebt. Die Lamellen oder Stäbe bilden dabei ebensoviele magnetische Brücken, über die der magnetische Fluß die Trennwand durchdringt. Damit wird die Reluktanz des magnetischen Kreises und insbesondere des Luftspaltes zwischen den Rotrrpolen erheblich verringert, und es treten im Inneren der Trennwand nur kleine, vernachlässigbare Wirbelstromverluste auf.

Um die mechanische Festigkeit dieser in ihrer Struktur komplexen Trennwand zu erhöhen, wird vorgeschlagen, die letztere durch eine dünne, nicht magnetisierbar Faserschicht von der Art eines Glasgewebes, einer Schicht von Borkarbidfasern od. dgl. zu verstärken, die wenn nötig mit einem geeigneten, aushärtenden Lack oder Kunststoff imprägniert sein können. Die Trennwand kann ferner mindestens einseitig mit einer gas- und flüssigkeitsdichten, nicht magnetisierbaren Schicht abgedichtet sein. Von einer Vorspannung der verstärkenden und/oder abdichtenden Schicht ist nicht die Rede.

Ein derartiger Aufbau der Trennwand ist aber offensichtlich den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Bedingungen hinsichtlich der mechanischen und/oder thermischen Belastungen der Größenordnungen 200 — 400⁰C und 100 bar oder mehr nicht gewachsen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Aussparungen an der Außenseite uer 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 in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen eingelegt und derart bemessen, daß sie mindestens dieselbe 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 Richtung verlaufenden Rillen ausgebildet sein. Ist dies der Fall, so werden die mechanisch vorgespannten

Verstärkungselemente in den in axialer Richtung verlaufenden Rillen bzw. Bohrungen derart bemessen, daß sie mindestens dieselbe 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 abgestützt sind. Die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente sind hier auf der Außenseite der Trennwand aufgewickelt und auf die Oberkanten der zwischen 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 diese können, ähnlich wie im Falle der axial gerichteten Rillen, zugankerförmige Verstärkungselemente eingezogen sein. Diese Ausführungsart hat zudem den Vorteil, daß die Bohrungen in an sich bekannter Weise, wenigstens zum Teil, von einem Kühlmedium durchflossen und gegen unzulässig hohe Temperaturen geschützt ausgebildet sein können.

Die verschiedenen, oben beschriebinen 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 L.eistungsverlusie erheblich einzuschränken, wobei die durch den bein 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.

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

F ι g. 1 zeigt in vereinfachter, schematischer Form einen axialen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit druckdichter Trennwand, ^ur Übertragung eines Drehmomentes, m::t in Umfangsrichtung verstärkter Trennwand.

Fig. 2 ist ein entsprechender Teilqutrschnitt gemäß II/IIinFig. 1.

Die F i g. 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 Verstärkungselementen sowie dazugehörige Isolationsschichten.

Die F i g. 5 und 6 stellen eine weitere Ausfühnjngsform der Trennwand dar, ähnlich derjenigen in F i g. 1 und 2, jedoch sowohl mit in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung geführten Rillen bzw. Bohrungen und darin eingelegten, vorgespannten Verstärkungselemen-

Die F i g. 7 und 8 sowie 9a, b und c zeigen Ausschnitte von erfindungsgemäßen Trennwänden, deren Aussparungen als wabenartige, in ihre Außenfläche eingelassene Vertiefungen verschiedener Form und Anordnung ausgebildet sind.

F i g. 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 in 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 Rillen.

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

Fig. 14 stellt in vereinfachter Form einen Längsjo schnitt 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 Verstärkungselemente aufweist.
F i g. 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 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 Teillängschnitt 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 F i g. 1 und 2 dargestellten Form einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung hat deren als Ganzes mit 1 bzeichnete Trennwand die Form eines topfähnlichen Rotationskörpers mit flachem Boden und zylindrischen Seitenwänden, deren Rotationsachse mit A-A angedeutet ist. Die zylindrische Seitenwand der Trennwand hat die Dicke / und ist an ihrem rechten, vom flachen Boden abgekehrten Ende durch eine Verdickung 2 verstärkt, die in einem Befestigungsfiansch 3 endet. Dieser schließt mit Hilfe von Dichtungsringen 4 eine öffnung 5 des Behälters 6 druckdicht ab, in dem ein unter Überdruck 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 7 a — normalerweise ist es der getriebene Läufer — ebenfalls um die Achse A-A drehbar geführt ist Dieser Rotor 7 a trägt einen zahnradförmigen Polring Tb, dessen Pole gegen die glatte Innenseite 8 des zylindrischen Teils der Trennwand 1 hin gerichtet sind Auch der äußere — meisten: 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 Tb 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 Uinfangsrichtung verlaufende Rillen 11 von einer Tiefe /"auf, in die drahtförmige, elektri^r-h isolierte und/oder selber nichtleitende Verstärkungselemente 12 unter mechanischer Vorspannung eingelegt sind, deren Aufbau im Folgenden noch näher beschrieben wird.

Die Art der Lagerung und der Antriebe der beiden Rotoren Ta 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 Wund Sangedeutet, zwischen denen der Luftspalt des ortsfesten Teiles des magnetischen Kreises liegt, der durch die Trennwand 1 in zwei Teilluftspalte unterteilt wird, wobei der eine — beispielsweise der getriebene — Rotor Ta und sein Polring Tb 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 von dem von einem (N) zum anderen Pol (S) verlaufenden magnetischen Fluß durchdrungen und in an sich bekannter Weise mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert werden, so daß sie durch die Trennwand hindurch miteinander gekoppelt werden. Eine derartige Vorrichtung zeigt beispielsweise die bereits genannte FR-PS 15 39 090.

Die Wirkungsweise der in der F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung ist die folgende:

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 de Trennwand 1 und erreicht die äußeren Polflächen des inneren Polringes Tb, um über die glatte, innere Bohrung des Rotors Ta in dem Pol 5, 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 Ta, 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, *)b die Trennwand 1 senkrecht, 4 h. in radialer Richtung, durchdringt.

Auch diejenigen Bereiche der Trennwand 1, die jeweils den zwischen den Polen 7b, 9b befindlichen Aussparungen 7c, 9c der beidet; Polringe gegenüberliegen, werden durch einen senkrecht zur Trennwand 1 stehenden Streufluß durchdrungen, der jedoch in Anbetracht des an dieser Stelle vergrößerten Luftspaltes bedeutend geringer 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 Tb, 9b und den Pollücken Tc, 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-Strömc) auf, deren Stromstärke zur Änderung der magnetischen Flußdichte 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 wurden, die mit einer Geschwindigkeit V von links nach rechts zwischen den Polen Tb, 9b hindurch gezogen wird (siehe Revue Generale de l'Electricite, Bd 80, No. 1, Januar 1971, S. 34). Die schraffierten Kechtecke a, b, c usw. ueuieii die Projektion der sich beidseits der Wand gegenüberstehenden Pole Tb, 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 Änderung der ursprünglichen Feldstärke entgegenwirkt, d. h. daß eine der Relativbewegung zwischen den Polringen Tb, 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 Wirbelströmen zu begrenzen, wird die für ihre Stärke maßgebende Dicke der Trennwand 1 wesentlich verringert, indem beispielswei- und/oder in axialer Richtung llfc — bezogen auf die Relativgeschwindigkeit V zwischen den Polen Tb, 9b und der Trennwand 1 — mit einer Tiefe f Rillen angebracht sind, die die Ausbildung der Wirbelstromschlaufen W und damit deren Stromstärke wenigstens im Bereich dieser Rillen erheblich einschränken. Dadurch wird die Joule'sche Verlustenergie, ähnlich wie dies von der Technik der elektrischen Maschinen her bekannt ist, in denen der magnetische Kreis aus gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut und ebenso falls von pulsierenden Magnetflüssen durchströmt wird (Motoren, Generatoren, Umformer, Transformatoren, Drosselspulen usw.), erheblich verringert. Durch das Anbringen geeignet geformter, die Dicke / 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 / angebracht, deren Boden entweder abgerundet (llaj oder flach {Wc) 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 / zwar merklich, aber noch nicht entscheidend abgenommen hat.

Die durch die Drehung der Pole hervorgerufenen Wirbelströme können sich nunmehr nur noch in der verbleibenden Jiinnen Scheidewand e voll ausbilden, während sie im Bereich /'der Rillen, d. h. in den Kippen 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, üb oder lic unter Vorspannung draht-, litzen- oder kabelartige, nicht magnetisierbare, elektrisch nicht leitende oder zum mindestens isolierte (schichtförmige Isolationen

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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 Verstärkungseleme nten mindestens diejenige Zugfestigkeit zu verleihen, die sit; 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 (i5a)draht- oder kabelartiger Verstärkungselemente vorgesehen sein.

Die Isolierschichten 15a, 15cdienen 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 (F i g. 4). Für das 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 befestigt werden, wie dies in F i g. 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.

Wenn 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 Wärmeauadehnungszahl ungefährt 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 Vers'ärkungswindungen, so daß die Vorspannung der Windungen in einer Art Schrumpfwirkung verstärkt wird.

Die in den F i g. 5 und 6 gezeigte Ausführungsform ist eine Variante der erfindungsgemäßen Trennwand 1.

ίο Hier weist die Außenseite 10 eine Anzahl von axialen Längsrillen llftauf, 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 üb 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 !ηπ?πΊ".Κ"Ι<« i^m Rehälter 6 in axialer Richtung wirkende Zugbelastung aufgefangen. Auch hier sind die Spannkabel 19 so bemessen, daß sie die durch das Anbringen der Rillen Ua, 11b verursachte Festigkeitsabnahme ausgleichen.

Zusätzlich zu den Längsrillen 116 sind an der Außenseite 10 der Trennwand 1 ring- oder schraubenförmigc Rillen lla, (HcJ angebracht, in die wie bei der Ausführung nach F i g. 1, 2 unter Vorspannung entsprechende Verstärkungselemente 12 oder 14 eingewickelt werden, die gegenüber den längsverlaufenden Verstärkungen 19 isoliert sind (15cji auf denen sie sich abstützen und die sie auf den Grund ihrer Rillen 116 pressen. Eine derat 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 F i g. 1,2 und gemäß F i g. 5,6 völlig gleich ausgeführt.

Die sich in einer glatten Trennwand mit gleichbleibender Dicke J ausbildenden Wirbelströme können ferner auch dadurch geschwächt werden, daß (F i g. 7—9c) an der Innen- (8) und/oder der Außenseite (10) der Trennwand wabenförmige Aussparungen oder Vertiefungen 21 angebracht werden, deren Gesamttiefe /■(d. h. bei beidseitiger Anordnung je f/2) beträgt, wobei deren Form je nach dem dafür benutzten Herstellungsverfahren verschieden gewählt werden kann. Die zwischen den Vertiefungen verbleibenden Stege 22, 23 haben die gleiche Wirkung wie diejenigen (13) zwischen benachbarten Rillen Ua, 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 F i g. 7 und 8 längliche Vertiefungen 21, die in Reihen (Fig. 7) oder in axialer Richtung gegeneinander versetzt (F i g. 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 (F i g. 7 und 8). Fig.9b zeigt einen Teilquerschnitt durch eine

derartige Trennwand, gemäß IX/IX in F i g. 9a.

Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Trennwand sind aus den F i g. 10 und 11 ersichtlich. Hier wird die Querschnittsverringerung der Trennwand ¹ durch in ihrer Dicke angebracht, 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 werder. ähnlich der schon in F i g. 5 angedeuteten Ausführungsart durch

eine Isolierschicht 15a geschützte, unter Vorspannung stehende Verstärkungselemente oder Spannkabel 19 eingebaut, ohne daß sie aber durch eine darüber liegende Wicklung festgehalten werden müssen. Aus F i g. 11 ist eine Variante ersichtlich, bei der die s Bohrungen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Hier wie auch in der Ausführung nach Fig. 10 können die Bohrungen gleichzeitig dazu bentutz 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 Übertragung einer in Längsrichiung wirkenden, gegebenenfalls periodisch umkehrbaren Zugkraft, wie sie etwa in einem Rührwerk für chemische Reaktoren verwendet und in der bereits

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riehtetem Strom gespeiste, 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 Ai'ßepsei'.e 10 sind schraubenförmige Rillen lla angebracht, in die unter Vorspannung Verstärkungseltmente 14 einge'egt sind, wie dies schon für F i g. 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 la vorzusehen, wie sie beispielsweise in der Fig. 14 angedeu tet ist. Sie trägt auf ihrer Außenseite 10 in Umfangsrichuing oder schraubenförmig verlaufenden Rillen lla und in die Killen eingelegte Verstärkungselemerite 14 sowie zusätzlich dazu axial und radial verlaufende Rillen \i.b mit Verstärkungselementen 19, die sich unter Vorspannung auf den Elementen 14 abstützen, ähnlich der in

einzelnen Teiie sind dabei, soweit sie analoge Funktionen ausüben, wie sie bereits anhand der Kig. 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 A/und Sauf. Er ist in axialer Richtung bewegbar und zieht in an sich bekannter Weise einen im Inneren 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 gleichge-

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umgekehrter Reihenfolge eingetragenen ringförmigen und axial/radial verlaufenden Verstärkungen.

Die Fig. 15 und 16 zeigen weitere Ausführungsvarianten der Erfindung, die einige Ähnlichkeit mi* denjenigen von F i g. 5 aufweisen. Die Trennwand 1 besitzt hier jedoch auf ihrer Außenseite 10 angebrachte, wabenförmige Aussparungen 21 (Fig. 1!>) oder Längsrillen Wb (Fig. 16) und wird durch eine einlagige Wicklung, die ohne eigene Rillen direkt auf die zwischen den Aussparungen 21 bzw. Wb verbleibenden Stege 22, 23 aufgebracht ist, verstärkt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Übertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüüsigkeitsdichte Trennwand hindurch, die aus einem nicht magnetisierbarer), einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisenden Material besteht und eine Öffnung eines ein unter erhöhtem Druck -jnd/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 magnetisierSaren 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 gefuhrt 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 beiuen Polringen gebildeten beweglichen Abschnitt, durch die T-ennwt Δ hindurch, geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) in ihrem zwisch« ;i den gegenüberliegenden Polringen (7a, 7b; 9a, 9b) befindlichen Bereich Aussparungen (ItI, 11a, 116, Hc, 21, 24, 25) aufweist, in die nicht magnetisierbare, elektrisch nicht leitende bzw. isolierte (15a, 15cjl draht-, litzen- oder kabelartige Verstärkungselemente (12, 14, 17, 19) hoher Zugfestigkeit unter mechanischer Vorspannung eingelegt sind, wobei die Tiefe (f) der Aussparungen gegenüber den zwischen ihnen verbleibenden Stegen (13, 22,23) geringer ist als die Dicke (J)der übrigen Trennwand (1).

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen an der Außenseite (10) der Trennwand (1) angebracht und in Form von in Umfangsrichtung ring- bzw. schraubenförmig mit geringer Steigung verlaufenden Rillen (lla, llcjausgebildet sind.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen an der Außenseite (10) der Trennwand (1) angebracht und in Form von in axialer Richtung verlaufenden RiIiCn(11 &Jausgebildet sind.

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 Außenfläche (10) der Trennwand (1) gelegten Verstärkungselemente (12, 14) an den Oberkanten der zwischen den Waben (21) verbleibenden Stege (22,23) abgestützt 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 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente (12, 14,17) in die ring- bzw. schraubenförmig in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen (lla, Hereingelegt und derart bemessen sind, daß sie mindestens dieselbe Zugfestigkeit aufweisen, wie das beim Anbringen der Rillen (Ma, Wc) entfernte Material der Trennwand (1).

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch vorgespannten Verstärkungselemente (19) in den in axialer Richtung verlaufenden Rillen (Wb) bzw. Bohrungen (24, 25) derart bemessen sind, daß sie mindestens dieselbe Zugfestigkeit aufweisen, wie das beim Anbringen der Rillen (Wb) bzw. Bohrungen (24,25) entfernte Material der Trennwand (1).

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) aus einem metallischen Werkstoff hoher Festigkeit besteht.