DE2755503A1

DE2755503A1 - Magnetkupplung

Info

Publication number: DE2755503A1
Application number: DE19772755503
Authority: DE
Inventors: Robert Francis Ruyak
Original assignee: Autoclave Engineers Inc
Current assignee: Autoclave Engineers Inc
Priority date: 1976-12-13
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2373729A1; GB1574770A; US4106825A; FR2373729B1; CA1081755A

Description

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Anmelder:

AUTOCLAVE ENGINEERS, INC. 2930 West 22nd Street Erie, Pennsylvania 16512, U. S. A.

Titel:

Magnetkupplung

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Magnetkupplung BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei in Verbindung mit Hochdruckbehältern verwendbaren Magnetkupplungen der in der US-PS 2 996 363 beschriebenen Art und betrifft unter anderem einen magnetischen Axialkraftausgleich, wie er gemäß den US-PSen 3 233 950 und 3 326 610 bis jetzt nur bei sehr kleinen Axialkräften verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste, einen Betrieb mit hoher Drehzahl ermöglichende dichtungspackungslose Magnetkupplung zu schaffen, bei der die auftretenden Axialkräfte durch magnetische Einrichtungen im Gleichgewicht gehalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Magnetkupplung zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments zu einer in einem Druckbehälter angeordneten Einrichtung geschaffen worden. Zu der erfindungsgemäßen Magnetkupplung gehört ein rohrförmiges Gehäuse, das mit einem Ende in eine öffnung eines unter Druck setzbaren Behälters eingebaut werden kann und am entgegengesetzten Ende verschlossen ist, so daß es dem in dem Behälter herrschenden Druck ausgesetzt ist.

Auf dem Gehäuse ist eine gleichachsig damit angeordnete Antriebsbuchse drehbar gelagert, die mit in der Umfangsrichtung polarisierten, seltene Erden enthaltenden Magneten aus Kobalt oder dergl. versehen ist. In dem Gehäuse ist eine antreibbare Welle in Lagerbuchsen gelagert, durch welche

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axiale Bewegungen der Welle nicht gehemmt werden, wenn die Welle die gewünschte axiale Lage einnimmt. Die antreibbare Welle ist so lang, daß sie aus der Öffnung des Gehäuses herausragt. Daher läßt sich ein Teil der Welle in den Druckbehälter einführen, und die Welle kann mit einem Rührpropeller oder dergl. versehen sein. Auf der Welle sind seltene Erden enthaltende ringförmige Kobaltmagnete angeordnet, die in der Umfangsrichtung magnetisiert sind. Wird die Antriebsbuchse gedreht, folgt die antreibbare Welle dieser Drehbewegung. Somit handelt es sich bei dieser Konstruktion um eine synchron arbeitende Magnetkupplung, bei der die antreibenden Magnete und die antreibbaren Magnete mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit umlaufen.

An der antreibbaren Welle ist mindestens ein weiterer seltene Erden enthaltender zylindrischer Kobaltmagnet befestigt, der in axialer Richtung polarisiert ist. Dem unmagnetischen rohrförmigen Gehäuse ist mindestens ein axial polarisierter, seltene Erden enthaltender zylindrischer Kobaltmagnet zugeordnet, der dazu bestimmt ist, mit dem an der Antriebswelle befestigten axial polarisierten zylindrischen Magneten zusammenzuarbeiten, um eine Kraft auszuüben, durch welche die Antriebswelle in ihrer axialen Lage gehalten wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die antreibbare Welle zwei axial polarisierte zylindrische Magnete auf, und an dem Gehäuse sind zwei axial polarisierte zylindrische Magnete so angebracht, daß zwei Paare von einander entgegenwirkenden Magneten vorhanden sind, wobei Jedes Magnetpaar bestrebt ist, die Welle in Richtung auf eine Mittellage zu bewegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Schnitt einer erfindungsgemäßen Magnetkupplung, bei der die antreibbare Welle nur einer nach unten gerichteten Axialkraft ausgesetzt ist; und

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Fig. 2 einen axialen Schnitt einer erfindungsgemäßen Magnetkupplung, bei der die antreibbare Welle sowohl nach unten als auch nach oben gerichteten Axialkräften ausgesetzt ist.

In Fig. 1 ist im Schnitt der obere Teil bzw. die Abdeckung eines Druckbehälters 101 zu erkennen, an dem ein zylindrisches Antriebs- bzw. Kupplungsgehäuse 102 befestigt ist, das zwei Abschnitte aufweist, und zwar einen Abschnitt 103 von größerem Durchmesser und einen Abschnitt 104 von kleinerem Durchmesser, an deren Verbindungsstelle ein ringförmiger Sitz 106 vorhanden ist. In das freie Ende des den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitts 103 des zylindrischen Gehäuses 102 ist ein Gewindestopfen 107 eingeschraubt, der zu einem noch zu erläuternden Zweck mit einer Vertiefung 108 versehen ist.

Der den größeren Durchmesser aufweisende Abschnitt 103 des zylindrischen Gehäuses 102 ist teilweise von einer Antriebsbuchse 109 umschlossen, die auf dem Gehäuse mittels eines Lagers 111 drehbar gelagert ist und Antriebsmagnete 110 trägt, welche als zylindrische Magnete aus seltene Erden enthaltendem Kobalt ausgebildet und in der Umfangsrichtung magnetisiert sind. Mit anderen Worten, die Antriebsmagnete 110 weisen längs ihrer inneren Umfangsfläche mehrere miteinander abwechselnde Nord- und Südpole auf. In dem Gehäuse 102 ist eine Baugruppe mit einer antreibbaren Welle 120 angeordnet. Die Welle ist mittels einer Lagerbuchse 121 in der Vertiefung 108 des Gewindestopfens 107 sowie mit Hilfe von Lagerbuchsen 122 und 123 in dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Gehäuseabschnitt 104 drehbar gelagert. Diese Lagerbuchsen bewirken jedoch nicht, daß die antreibbare Welle 120 zwangsläufig in ihrer axialen Lage gehalten wird. Vorzugsweise bestehen die Lagerbuchsen aus einem synthetischen Polymer, z.B. einem der unter den gesetzlich geschützten Bezeichnungen "Rulon" oder "Purebon" erhältlichen Materialien. An der antreibbaren Welle sind ein oder mehrere antreibbare Magnete 124 befestigt, die als zylindrische Magnete aus seltene Erden, vorzugsweise Samarium, enthaltendem Kobalt ausgebildet und in der Umfangs-

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richtung magnetisiert sind. Mit anderen Worten, die antreibbaren Magnete haben an der zylindrischen Außenfläche mehrere miteinander abwechselnde Pole, deren Anzahl gleich der Anzahl der Pole an der zylindrischen Innenfläche der antreibenden Magnete 110 ist, welch letztere in den gleichen Winkelabständen verteilt sind. Ferner ist an der antreibbaren Welle 120 ein axial magnetisierter zylindrischer Magnet 125 aus seltene Erden enthaltendem Kobalt befestigt. Dieser Magnet ist so angeordnet, daß er dem ringförmigen Sitz 106 zwischen den beiden Abschnitten 103 und 104 des zylindrischen Gehäuses 102 zugewandt ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die seltene Erden enthaltenden, an der antreibbaren Welle 120 befestigten Magnete zusammen mit den sie tragenden Abschnitten der Welle in eine nicht dargestellte dünnwandige Hülse aus unmagnetischem Material eingeschlossen. Die axial nach oben gerichtete Stirnfläche der antreibbaren Welle 120 ist gemäß Fig. 1 mit einer Hilfsanlauffläche 127 versehen, bei der es sich z.B. um eine ringförmige Auflage aus einem synthetischen Material handelt, z.B. aus dem unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Rulon" erhältlichen Material. Diese Auflage ermöglicht es der antreibbaren Welle mit den beschriebenen Magneten, sich gegenüber dem Gewindestopfen 107 zu bewegen, wenn das obere Ende der Welle unter außergewöhnlichen Betriebsbedingungen zur Anlage an dem Gewindestopfen kommt. Die antreibbare Welle weist eine waagerechte Bohrung 132 und eine senkrechte Bohrung 131 auf, die es am oberen Ende der Welle dem Innendruck ermöglichen, sich längs der Lagerbuchse 121 in dem Gewindestopfen auszugleichen, so daß auf beide Enden der antreibbaren Welle der gleiche Druck wirkt. Hierbei handelt es sich um ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung. Es sei bemerkt, daß die Lagerbuchsen 122 und 123 Gase hindurchströmen lassen, die in das zylindrische Gehäuse 102 übertreten können, um einen Druckausgleich zwischen dem Druckbehälter 101 und dem Gehäuse 102 zu bewirken.

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Nabe dem ringförmigen Sitz 106 ist ein Magnethalter 135 angeordnet, der mit dem Gehäuse 102 starr verbunden ist. In den Magnethalter 135 ist ein ortsfester zylindrischer Magnet 136 aus seltene Erden enthaltendem Kobalt eingebaut, der in axialer Richtung magnetisiert und so angeordnet ist, daß er dem an der antreibbaren Welle 120 befestigten zylindrischen Magneten 125 entgegenwirkt. Die Stärke der Magnete 125 und 136 und ihr axialer Abstand sind so gewählt, daß die antreibbare Welle 120 unter normalen Betriebsbedingungen so angeordnet ist, daß die Antriebsmagnete 110 auf die antreibbaren Magnete 124 ausgerichtet sind.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die antreibbare Welle sowohl axial nach oben als auch axial nach unten gerichteten Kräften ausgesetzt ist. Die wesentlichen Teile der Magnetkupplung nach Fig. 2, die in Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechen, sind jeweils mit um 100 vergrößerten Bezugszahlen bezeichnet.

Der Hauptunterschied zwischen den AusfUhrungsformen nach Fig. 1 und 2 besteht darin, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 2 zwei in der Umfangsrichtung magnetisierte zylindrische Magnete vorhanden sind, die auf der antreibbaren Welle angeordnet und durch einen axialen Abstand getrennt sind. Von diesen beiden Magneten 225A und 225B ist der Magnet 225A gegenüber dem ortsfesten Magneten 236 angeordnet. Am unteren Ende des Stopfens 207 ist gegenüber dem Magneten 225B ein zweiter in axialer Richtung magnetisierter zylindrischer Magnet 273 aus seltene Erden enthaltendem Kobalt befestigt.

Gemäß der Erfindung ist der Stopfen 207 gegenüber dem Gehäuse 202 axial verstellbar. Zu diesem Zweck ist eine überwurfmutter 213 auf das freie Ende des zylindrischen Gehäuses 202 aufgeschraubt. Zwischen dem Stopfen 207 und dem Gehäuse ist eine Buchse 214 angeordnet, die sich mit ihrem oberen Ende an der überwurfmutter und mit ihrem unteren Ende an dem Stopfen abstützt. Wird die überwurfmutter 213 so gedreht,

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daß sie sich in axialer Richtung von dem Druckbehälter 201 entfernt, bewirkt der in dem Behälter herrschende Druck, daß der Stopfen 207 und die Buchse 214 nach oben bewegt werden. Die Stopfenbaugruppe ist gegenüber dem Gehäuse 202 durch einen O-Ring 216 abgedichtet, der z.B. aus Polytetrafluoräthylen bestehen kann.

Die einander entgegengesetzten Kräfte der beiden unteren Magnete 225A und 236 sowie der beiden oberen Magnete 225B und 237 bewirken, daß die antreibbare Welle 220 unter normalen Betriebsbedingungen in einer solchen Lage gehalten wird, daß die antreibenden Magnete 210 und die antreibbaren Magnete 224 aufeinander ausgerichtet sind. Der verstellbare Stopfen 207 ermöglicht es, die Gleichgewichtslage der antreibbaren Welle in einem gewissen Ausmaß einzustellen, wenn während des Betriebs der Magnetkupplung unterschiedliche nach oben gerichtete axiale Kräfte auftreten. Es sei jedoch bemerkt, daß sich bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wegen der Abstoßungskraft zwischen den einander gegenüber angeordneten Magneten, die sich bei einer gegenseitigen Annäherung zweier Magnete vergrößert, eine Selbstausgleichwirkung ergibt.

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Leerseite

Claims

A N S P S Ü C il E

1. Magnetkupplung zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments auf eine in einem Druckbehälter angeordnete Einrichtung, gekennzeichnet durch ein an einem Ende mit einer Öffnung versehenes unmagnetisches rohrförmiges Gehäuse (102), das sich mit seinem offenen Ende in eine öffnung eines Druckbehälters 0-01) einbauen läßt und am entgegengesetzten Ende dicht verschlossen ist, so daß der Innenraum des Gehäuses dem in dem Druckbehälter herrschenden Druck aussetzbar ist, eine gleichachsig mit dem Gehäuse angeordnete, auf ihm drehbar gelagerte Antriebsbuchse (109), die in der Umfangsrichtung polarisierte zylindrische, seltene Erden enthaltende Kobaltmagnete (110) trägt, eine antreibbare Welle (120), die in dem Gehäuse in Lagerbuchson (121, 122, 123) gelagert ist, durch welche keine axialen Kräfte auf die Welle aufgebracht werden, wobei die Welle eine solche Länge hat, daß sie aus dem offenen Ende des Gehäuses herausragt, wobei die Welle in der Umfangsrichtung magnetisierte, seltene Erden enthaltende Kobaltmagnete (124) trägt, die so angeordnet sind, daß die Welle gedreht wird, sobald die Antriebsbuchse gedreht wird, wobei an der Welle mindestens ein weiterer zylindrischer, seltene Erden enthaltender Kobaltmagnet (125) befestigt ist, der in axialer Richtung polarisiert ist, und wobei dem unmagnetischen rohrförmigen Gehäuse mindestens ein zylindrischer, seltene Erden enthaltender Kobaltmagnet (136) zugeordnet ist, der gleichachsig mit der antreibbaren Welle so angeordnet ist, daß er mit dem an der antreibbaren Welle befestigten, axial polarisierten zylindrischen Magneten zusammenarbeitet, um die antreibbare Welle in ihrer axialen Lage zu halten.

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2. Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der antreibbaren Welle (220) zwei axial polarisierte zylindrische Magnete (225A, 225B) befestigt sind und daß an dem Gehäuse (202) zwei axial polarisierte zylindrische Magnete (236, 237) so angebracht sind, daß die Magnete zwei Paare von einander entgegenwirkenden Magneten bilden, wobei jedes Magnetpaar bestrebt ist, die antreibbare Welle in eine Mittellage zu bringen, bei der die in der Umfangsrichtung raagnetisierten Magnete (224) auf der Welle quer zur Längsachse der Magnetkupplung in Fluchtung mit den in die Antriebsbuchse (209) eingebauten Magneten (210) stehen.

3. Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Magneten um Samarium enthaltende Kobaltmagnete handelt.

4. Magnetkupplung zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments auf eine in einem unter Druck setzbaren Behälter angeordnete Einrichtung, gekennzeichnet durch ein unmagnetisches rohrförraiges Gehäuse (102) mit zwei Abschnitten (103, 104), von denen der eine einen größeren Durchmesser hat als der andere, wobei zwischen den beiden Abschnitten des Gehäuses eine ringförmige Stufe (106) vorhanden ist, wobei das Gehäuse am freien Ende des den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitts (104) mit einer öffnung versehen und mit diesem Ende in eine Öffnung eines unter Druck setzbaren Behälters (101) einbaubar ist, so daß sich das Gehäuse dem in dem Behälter herrschenden Druck aussetzen läßt, und wobei das Gehäuse am freien Ende des den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitts (103) eine Öffnung besitzt, in die ein Stopfen (107) zum Verschließen der Öffnung eingebaut ist, eine gleichachsig mit dem den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt des rohrförmigen Gehäuses angeordnete, diesen Abschnitt teilweise umschließende Antriebsbuchse (109), die auf dem Gehäuse drehbar gelagert ist und in der Umfangsrichtung magnetisierte, seltene Erden enthaltende Kobaltmagnete (110) trägt, sowie eine antreibbare Welle (120), die in dem Gehäuse mit Hilfe von Lagerbuchsen (121, 122, 123) drehbar gelagert ist, durch

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die keine axialen Kräfte auf die Welle aufgebracht werden, wobei die Welle eine solche Länge hat, daß sie aus einer Öffnung des Gehäuses herausragt, wobei an der Welle in der Umfangsrichtung magnetisierte zylindrische, seltene Erden enthaltende Kobaltmagnete (124) so befestigt sind, daß die Welle gedreht wird, sobald die Antriebsbuchse gedreht wird, wobei die Welle mit mindestens einem weiteren zylindrischen, seltene Erden enthaltenden Kobaltmagneten (125) versehen ist, der axial polarisiert ist, und wobei dem unmagnetischen rohrförmigen Gehäuse mindestens ein zylindrischer, seltene Erden enthaltender Kobaltmagnet (136) zugeordnet ist, der gleichachsig mit der Welle angeordnet und an dem Gehäuse nahe der ringförmigen Stufe befestigt und so angeordnet ist, daß er mit dem an der antreibbaren Welle befestigten, axial polarisierten zylindrischen Magneten zusammenarbeitet, um die Welle in ihrer axialen Lage zu halten.

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ORIGINAL INSPECTED