DE3542337A1 - Magnetische antriebsvorrichtung fuer rotationsmaschinen - Google Patents
Magnetische antriebsvorrichtung fuer rotationsmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Antriebsvorrichtung
für Rotationsmaschinen zum Übertragen
oder Rühren fluider Stoffe mittels eines Flügelrades,
das durch eine von einem Antriebsmotor über
eine magnetische Kupplungsvorrichtung übertragene Drehbewegung
angetrieben wird, und im besonderen auf eine
magnetische Antriebsvorrichtung für Rotationsmaschinen,
die eine magnetische Kupplungsvorrichtung mit einer
Trennwand neuartigen Aufbaus aufweist.
Bisher sind verschiedenartige Maschinen zum Übertragen,
Rühren oder Mischen chemischer fluider Stoffe in der
chemischen Industrie eingesetzt worden. Eine magnetisch
angetriebene Kreiselpumpe, die magnetisch durch eine
dazwischen gebaute zylindrische Trennwand hindurch
mit einem Antriebsmotor in Verbindung steht und durch
ihn das Drehmoment erhält, benötigt üblicherweise keine
Wellendichtungen, so daß kein Durchsickern der geförderten
Flüssigkeit auftritt und eine solche Pumpe weitreichend
beim Transport von Flüssigkeiten, z. B. chemischer
Medizin, Petroleum, Getränken oder ähnlichem,
Verwendung findet.
In einer solchen Maschine kann die Magnetkupplung mittels
einer äußeren Antriebsvorrichtung, die einen konzentrisch
um einen an einem Flügelrad vorgesehenen,
ringförmigen, angetriebenen Magneten angeordneten Antriebsmagneten
aufweist, mittels einer inneren Antriebsvorrichtung,
bei der der Antriebsmagnet innerhalb des
angetriebenen Magneten angeordnet ist, oder mittels
einer Scheibenkupplungsvorrichtung erreicht werden,
die einen Antriebsmagneten aufweist, der dem angetriebenen
Magneten gegenüberliegt, wobei beide Magneten
in Ebenen senkrecht zur Rotationsachse angeordnet sind.
Die Teile, die mit der Flüssigkeit in Berührung kommen,
d. h. das Flügelrad, der Rotor und das Gehäuse, bestehen
aus hochwertigem Metall, Kunststoff, Keramik oder einem
kunststoffbezogenen oder -beschichteten Metall, das
chemisch korrosionsbeständig ist.
Eine magnetische Antriebsvorrichtung, wie sie in einer
Kreiselpumpe Verwendung findet, muß generell die speziellen
Anforderungen an z. B. die Korrosionsbeständigkeit,
die Druckfestigkeit, die Hitzebeständigkeit etc.
einer mit ihr verbundenen Rotationsmaschine erfüllen
und sollte sowohl von kompakter Größe sein als auch
ein erhöhtes Drehmoment übertragen können.
Falls die Trennwand, um die Ausgangsleistung der Rotationsmaschine,
z. B. den Pumpendruck zu erhöhen,
mit zunehmender Dicke ausgeführt wird, so daß ein erhöhter
Pumpendruck ertragen werden kann, kann nicht
nur die kompaktere Bauweise nicht erreicht werden,
sondern es treten auch die folgenden Probleme auf.
Bei Anwachsen der Trennwanddicke wird ein größerer
Wirbelstrom in der magnetischen Kupplungsvorrichtung
induziert, was folglich zu Wärmeerzeugungsverlusten
führt. Die Wärmeerzeugungsverluste vermindern den Drehmomentübertragungswirkungsgrad
der Magneten, was sich
schlecht auf die verwendeten fluiden Stoffe auswirkt
und sowohl thermische Verformungen oder Spannungen
als auch eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit
der Trennwand hervorruft. Die Temperaturerhöhung
der verwendeten fluiden Stoffe entsprechend den Wärmeerzeugungsverlusten
kann zeitweilig 5°C überschreiten,
so daß herkömmliche Pumpen für solche fluiden
Stoffe nicht einsetzbar sind, die bei solch erhöhter
Temperatur chemische Veränderungen oder ähnliches durchmachen.
Falls die Trennwand, um dem Einfluß der Wärmeerzeugung
zu begegnen, mit einer Kühlvorrichtung versehen wird,
die z. B. aus einer erhöhten Menge an fluiden Stoffen,
die zwischen dem Rotor und der Trennwand fließt, oder
einer Kühlflüssigkeit besteht, die im Inneren der Trennwand
fließt, so vergrößert sich der Abstand zwischen
dem Antriebsmagneten und dem angetriebenen Flügelradmagneten,
wodurch sich folglich das übertragende Drehmoment
verringert.
Wie im vorhergehenden beschrieben ist, gibt es bisher
keine herkömmliche magnetische Antriebsvorrichtung
für Rotationsmaschinen, die in kompakter Größe ausgebildet
werden kann und gleichzeitig die speziellen
Forderungen an eine Rotationsmaschine erfüllt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen, indem eine magnetische
Antriebsvorrichtung für Rotationsmaschinen vorgesehen
wird, die eine sehr gute chemische Korrosionsbeständigkeit
bei einem hervorragenden Drehmomentübertragungswirkungsgrad
der magnetischen Kupplungsvorrichtung
aufweist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine
Antriebsvorrichtung für Rotationsmaschinen vorzusehen,
bei der sich die Wärmeerzeugungsverluste in einem solchen
Umfang verringern, daß die Temperatur der verwendeten
fluiden Stoffe nicht erkennbar ansteigt, und die
eine kompakte Größe und eine zylindrische Trennwand
mit einer besonderen Struktur aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine magnetische Antriebsvorrichtung
für Rotationsmaschinen gelöst, die gekennzeichnet
ist durch einen Antriebsmotor und einen drehbaren
Rotor, der über eine magnetische Kupplungsvorrichtung
angetrieben wird, die einen Antriebsmagneten,
der auf einem Magnethalter befestigt und mit dem Antriebsmotor
verbunden ist, sowie einen angetriebenen
Flügelradmagneten aufweist, der am Rotor befestigt
ist, wobei der Antriebsmagnet und der angetriebene
Flügelradmagnet miteinander in Verbindung stehen, und
die des weiteren gekennzeichnet ist durch eine Kammer,
die den Rotor aufnimmt und eine zylindrische Trennwand
aufweist, die die Begrenzung der Kammer darstellt,
wobei die Trennwand, durch die der Antriebsmagnet und
der angetriebene Flügelradmagnet magnetisch in Verbindung
stehen, eine Dicke von 1,5 und 8 mm aufweist und
aus einem keramischen Material mit einem spezifischen
Widerstand von mindestens 103Ω cm besteht.
Ein bevorzugtes Material, das in der erfindungsgemäßen
magnetischen Antriebsvorrichtung Verwendung findet,
weist als Hauptbestandteil Zirkondioxid und insbesondere
mit 2,0 bis 4,0 Molprozent Y2O3, vorzugsweise mit 2,3
bis 3,5 Molprozent Y2O3 teilweise stabilisiertes Zirkondioxid
auf. Es wird bevorzugt, daß ein solcher Hauptbestandteil
1 bis 5 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht
des Hauptbestandteils) Aluminiumoxid (Al2O3), Silziumoxid
(SiO2) und eines Alkalimetalloxids enthält.
Die erfindungsgemäße magnetische Antriebsvorrichtung
besitzt eine zylindrische Trennwand mit geeignet festgelegtem
spezifischem Widerstand und Dicke, so daß
sie einen sehr guten Drehmomentübertragungswirkungsgrad
und eine minimierte Temperaturerhöhung der verwendeten
fluiden Stoffe aufweist und ihre Herstellung in kompakter
Größe erreicht werden kann.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt und anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine magnetisch angetriebene
Kreiselpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des hinteren
Gehäuses aus Fig. 1, das den Rotor aufnimmt;
und
Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Hauptteil eines magnetisch
angetriebenen Rührapparates gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist eine Pumpe im wesentlichen
eine Hauptwelle 1, ein mittels Kugellagern 5
auf der Hauptwelle 1 drehbar gelagertes Flügelrad 2,
einen einstückig an dem Flügelrad 2 ausgebildeten Rotor
3, ein diese Teile aufnehmendes Gehäuse 4, einen am
Rotor 3 befestigten angetriebenen Flügelradmagneten
6, einen Antriebsmagneten 8, der konzentrisch dem angetriebenen
Flügelradmagneten gegenüberliegt und vom
Magnethalter 7 getragen wird, eine Antriebswelle 9
zum Antrieb des Magnethalters 7 sowie einen Antriebsmotor
10 auf.
Bevorzugterweise sollte das Flügelrad 2 mit dem Rotor
3 einstückig aus einem keramischen Material ausgebildet
werden. Als keramisches Material kann üblicherweise
Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Mullit, Siliziumkarbid,
Siliziumnitrit oder ähnliches mit außerordentlicher
Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit
Verwendung finden.
Das Pumpengehäuse 4 wird im wesentlichen dadurch gebildet,
daß das vordere Gehäuse 11 mit dem hinteren
Gehäuse 12 verbunden wird. Das vordere Gehäuse 11 ist
mit einem Einlaß 13 und einem Auslaß 14 versehen und
nimmt das Flügelrad 2 auf. Das hintere Gehäuse 12 faßt
den Rotor 3.
Das vordere Gehäuse 11 erfordert nicht unbedingt eine
so hohe Festigkeit wie der Rotor 3 und das hintere
Gehäuse 12 (dieses stellt den wichtigsten Gegenstand
der Erfindung dar und wird im folgenden näher erläutert),
so daß korrosionsbeständige Materialien, z. B.
kunststoffbeschichtete Metalle und Keramiken, die
säurebeständige Aluminiumoxidkeramik oder ähnliches,
zu seiner Herstellung verwendet werden können.
Außerhalb des hinteren Gehäuses 12 ist der Antriebsmagnet
8 konzentrisch zum angetriebenen Flügelradmagneten
6 angeordnet und am Magnethalter 7 befestigt.
Der angetriebene Flügelradmagnet 6 und der Antriebsmagnet
8 bestehen aus einem Metall oder einem Metalloxid
und weisen somit eine große Koerzitivkraft und
eine große Restflußdichte auf.
Der im Magnetgehäuse 15 sitzende Magnethalter 7 ist
an der Antriebswelle 9 des Antriebsmotors 10 befestigt
und wird durch sie angetrieben.
Das Pumpengehäuse 4, das Magnetgehäuse 15 und der Antriebsmotor
10 sind auf das Untergestell 16 aufgesetzt.
Des weiteren sind eine Magnetkappe 17, eine Schraube
18, eine Kühlwasserdrainage 19, ein hinterer Flügel
20, der an der Rückseite des Flügelrads ausgebildet
ist, und ein Spalt 21 an dem hinteren Flügel vorgesehen.
Im folgenden wird das hintere Gehäuses 12, das das
wesentliche der Erfindung umfaßt, unter Bezug auf Fig. 2
näher erläutert.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist das hintere Gehäuse
12 einen Flanschabschnitt 12 A, eine zylindrische
Seiten- oder Trennwand 12 B und einen Bodenabschitt
12 C auf.
Der Flanschabschnitt 12 A ist an einem Ende der Seitenwand
ausgebildet und dient dazu, das hintere Gehäuse
12 mit dem vorderen Gehäuse zu verbinden, wodurch sich
eine Kammer bildet, in der das Flügelrad oder der Rotor
aufgenommen werden.
Das andere Ende der Seitenwand ist durch den Bodenabschnitt
12 C verschlossen, in dessen mittlerem Bereich
eine Ausnehmung 12 D ausgebildet ist, um die Hauptwelle
zu lagern. Die Seitenwand 12 B dient als eine Trennwand
zur Trennwand des angetriebenen Flügelradmagneten 6
vom Antriebsmagneten 8, der mit vorgenanntem magnetisch
verbunden ist.
Bevorzugterweise wird das hintere Gehäuse 12 unter
dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit und der
Korrosionsbeständigkeit einstückig aus einem keramischen
Material gebildet; zumindest die Seitenwand sollte
aus einem keramischen Material bestehen.
Die bevorzugte Dicke (t 1) der Seiten- oder Trennwand
12 B liegt aus den nachfolgend ausgeführten Gründen
im Bereich von 1,5 bis 8 mm.
Wenn die Dicke der Seitenwand 12 B weniger als 1,5 mm
beträgt, kann die Trennwand einem Druck nicht widerstehen,
der infolge des Antriebsdrehmomentes der magnetischen
Kupplungsvorrichtung entsteht. Falls die
Hauptwelle 1, die den Rotor 3 trägt, am Bodenabschnitt
12 C des hinteren Gehäuses 12 gelagert ist. fördert
eine Radiallast, die durch das Gewicht und die Drehung
des Rotors 3 hervorgerufen wird, die Biegung oder den
Bruch der Seitenwand 12 B. Des weiteren kann die dünne
Seitenwand bei der Herstellung infolge des Druckes
beim Schleifen leicht brechen; man kann ihr infolge
der Deformation keine Zurichtungsgenauigkeit geben
und sie ist empfindlich, infolge eines mechanischen
Stoßes während des Zusammenbaus zu brechen. Während
des Betriebs kann sie durch das Aufschlagen der Flüssigkeit
oder eine Schwingung infolge einer Vibration,
die den Kontakt mit dem Rotor oder dem Antriebsmagneten
8 bewirkt, brechen.
Andererseits ist es nicht wünschenswert, daß die Dicke
8 mm übersteigt, da die Wärmeerzeugungsverluste, die
durch die magnetische Kupplungsvorrichtung hervorgerufen
werden, ansteigen und das übertragende Drehmoment
der magnetischen Kupplungsvorrichtung geringer wird.
Es ist erforderlich, daß das Format der Magnete sich
entsprechend dem Anwachsen der Dicke vergrößert, damit
ein Wert des übertragenden Drehmomentes gehalten wird,
so daß der Oberflächenbereich der Trennwand, die zwischen
den Magneten angeordnet ist, entsprechend anwächst,
wobei zunehmender Wirbelstrom auf der Trennwandoberfläche
entsteht, während der elektrische Widerstand
der Trennwand, durch die der Wirbelstrom fließt,
absinkt und so der Erzeugung von weiterem Wirbelstrom
Vorschub leistet, wodurch die Wärmeerzeugungsverluste
weiter ansteigen. Die Wärmeerzeugungsverluste sind
nicht nur wegen ihrer Herabsetzung des Wirkungsgrades
der magnetischen Kupplungsvorrichtung sondern auch
wegen der erzeugten Wärme, die die Temperatur der verwendeten
fluiden Stoffe ansteigen läßt, nicht besonders
geschätzt.
Wenn ferner die Trennwand zu dick ausgeführt wird,
wächst der Abstand zwischen dem Antriebs- und dem angetriebenen
Magneten wegen der Vergrößerung der Dicke
an, so daß sich das über die magnetische Kupplungsvorrichtung
übertragene Drehmoment verringert und die
speziellen Anforderungen an eine Rotationsmaschine
nicht erfüllt werden können. Wegen des Anwachsens der
Dicke kann nicht nur eine kompakte Ausführung der Vorrichtung
nicht erreicht werden, vielmehr sind gewisse
Maßnahmen nötig, um den Gewichtszuwachs aufzufangen.
Insbesondere bei Verwendung von Zirkondioxid für die
Trenwand tritt infolge des hohe spezifischen Gewichtes
von Zirkondioxidkeramik im Vergleich zu anderen Keramiken
eine Schwierigkeit auf. Des weiteren treten Nachteile,
wie z. B. ein verringerter Wärmestoßwiderstand
auf.
Keramische Materialien für die Seitenwand 12 B müssen
einen spezifischen Widerstand von mindestens 103Ω cm
aufweisen. Da die Seitenwand 12 B eine Trennwand zwischen
der magnetischen Kupplungsvorrichtung ist, wird die
Wärmeerzeugung infolge des Wirbelstroms bei einem Wert
unter 103Ω cm zu groß und der Drehmomentübertragungswirkungsgrad
verringert sich.
Unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit
und des spezifischen Widerstandes wird als keramisches
Material teilweise stabilisiertes Zirkondioxid bevorzugt.
Als Zirkondioxidkeramik wird die bevorzugt, die
mit 2,0 bis 4,0 Molprozent Y2O3 besser mit 2,3 bis
3,5 Molprozent Y2O3 teilweise stabilisiert ist. 2 bis
4 Molprozent Y2O3 maximieren den spezifischen Widerstandswert,
2 bis 3,5 Molprozent maximieren die Biegefestigkeit
und 2 bis 3 Molprozent maximieren die Bruchfestigkeit
bzw. die Wärmestoßwiderstandstemperatur,
während 2,3 bis 4,0 Molprozent Y2O3 die Verschlechterung
der Biegefestigkeit infolge Alterung minimieren.
Zirkondioxidkeramik, die als Hauptbestandteil Zirkondioxid
oder teilweise stabilisiertes Zirkondioxid aufweist,
sollte als Sinterungshilfe 1,5 Gew.-% (bezogen
auf das Gewicht des Hauptbestandteils) Aluminiumoxid
(Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2) und eines Alkalimetalloxids
enthalten. Dies liegt darin begründet, daß im
Verlauf der Herstellung von Zirkondioxidkeramik die
Sinterungshilfen nicht nur die Formfestigkeit und die
Verformbarkeit verbessern und die Sinterungstemperatur
senken, sondern ebenso den spezifischen Widerstand
erhöhen können. Liegt der Gehalt unter 1%, erhöht
sich der spezifische Widerstand nicht ausreichend,
während bei einem Gehalt über 5% die Biegefestigkeit
erkennbar absinkt.
Solche Sinterungshilfen beeinträchtigen generell den
Wärmestoßwiderstand bei hohen Temperaturen infolge
einer außerordentlichen thermischen Ausdehnung in Verbindung
mit einer Kristallumlagerung bei hohen Temperaturen
der stabilisierten Zirkondioxidkeramik. Im
Fall der Erfindung treten solche Probleme nicht auf,
da die Temperatur der fluiden Stoffe, mit denen in
der chemischen Industrie umgegangen wird, üblicherweise
nicht über 200°C liegt.
Die Dicke des Flanschabschnittes 12 A (t 3) und des Bodenabschnittes
12 C (t 2) des hinteren Gehäuses 12 werden
vorzugsweise größer als die der Seitenwand 12 B (t 1)
ausgeführt. Es wird besonders bevorzugt, daß die Dicke
des Flanschabschnittes 12 A (t 3) bzw. des Bodenabschnittes
12 C (t 2) mindestens das dreifache der Dicke der
Seitenwand 12 B (t 1) aufweist. Um die Seitenwand 12 B
so dünn wie möglich auszuführen und damit die speziellen
Forderungen an Rotationsmaschinen in Verbindung mit
der magnetischen Antriebsvorrichtung zu erfüllen, ist
es notwendig, die Beanspruchung an der Grenze der Seitenwand,
die infolge der Biegung des Bodenabschittes
12 C und/oder des Flanschabschnittes 12 A hervorgerufen
wird, bis auf das äußerste zu minimieren, so daß für
die Dicke des Flanschabschnittes 12 A (t 3) bzw. des
Bodenabschnittes 12 C (t 2) das dreifache der Dicke der
Seitenwand 12 B (t 1) bevorzugt wird.
Die obigen Ausführungen und Erläuterungen wurden unter
Bezug auf eine magnetisch angetriebene Kreiselpumpe
als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gemacht,
aber die Erfindung kann auch auf andere Rotationsmaschinen
angewendet werden.
In Fig. 3 ist z. B. ein Rührapparat dargestellt, der
eine Hauptwelle 1 aufweist, die mit einem Rotor 3 und
einem Flügelrad 22 versehen ist, das an einem Ende
der Hauptwelle befestigt ist, um fluide Stoffe zu verrühren,
wobei die Antriebskraft des Motors mittels
einer magnetischen Kupplung auf das Flügelrad 22 übertragen
wird, wodurch ein Verrühren oder Vermischen
gasförmiger oder flüssiger fluider Stoffe mit hohem
Wirkungsgrad erreicht wird.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht,
weist der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine magnetische Kupplungsvorrichtung mit einer besonderen
dünnen Trennwand auf, die aus einem keramischen
Material mit einem genau festgelegten elektrischen
spezifischen Widerstand besteht, so daß die magnetische
Kupplungsvorrichtung nur eine geringe Wärmeerzeugung
infolge des Wirbelstroms aufweist, wodurch der
Wirkungsgrad der Magneten bei der Drehmomentübertragung
ansteigt und keine speziellen Maßnahmen zur Minderung
des Einflusses der Wärmeerzeugung notwendig sind. Des
weiteren wird durch die dünnere Trennwand eine Verbesserung
des Wirkungsgrades der Magneten bei der Drehmomentübertragung
und ein kompakterer Aufbau der Vorrichtung
erreicht.
Eine magnetisch angetriebene Kreiselpumpe, wie sie
in Fig. 1 dargestellt ist, wurde hergestellt. Ein
Flügelrad, das einen Durchmesser von 150 mm aufweist
und mit fünf Flügeln versehen ist, und ein Rotor, der
130 mm lang ist und einen Außendurchmesser von 102 mm
besitzt, wurden in einem einstückigen Körper aus
Aluminiumoxid angeordnet. Ein angetriebener Flügelradmagnet,
ein 22 mm breiter Permanentmagnet, wurde im Rotor auf einem virtuellen
Umfang mit einem Durchmesser von 81 mm equidistant zur
Hauptwelle eingebettet. Ein Antriebsmagnet, ein 25 mm breiter Permanentmagnet,
wurde an einem Magnethalter auf einem
virtuellen Umfang mit einem Durchmesser von 132 mm
equidistant zur Hauptwelle befestigt. Sowohl der angetriebene
Flügelradmagnet als auch der Antriebsmagnet
waren 55 bis 160 mm lang, wie in Tabelle 1 dargestellt
ist.
Für diese Permanentmagneten wurde ein Magnet aus seltenen
Erdmetallen mit einer Koerzitivkraft von 6500 Oe
(5174 A/cm) und einer Restflußdichte von 9,5 KG (0,95 T)
verwendet.
Ein hinteres Gehäuse, das ein Pumpengehäuse bildet,
ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, mit einem 12 mm
dicken Flanschabschnitt, der einen Außendurchmesser
von 140 mm und einen Innendurchmesser von 108 mm aufweist,
und einer 110 mm langen Seitenwand versehen,
die einen Innendurchmesser von 108 mm und eine Dicke
gemäß Tabelle 1 aufweist, und besteht aus solch einem
Material, daß ein festgelegter spezifischer Widerstand
gemäß Tabelle 2 erreicht wird.
Als Antriebsmotor 10 wurde ein Dreiphasen-Drehstrommotor
mit einer Umdrehung von 3500 UPM und einer Leistungsabgabe
von 5,5 KW verwendet.
Bei den Pumpen wurde die Antriebskraft der Pumpenwelle,
die innere Druckfestigkeit, die Wärmestoßbruchtemperatur
des hinteren Gehäuses bzw. die Temperaturerhöhung
der verwendeten fluiden Stoffe gemessen.
Die Antriebskraft der Pumpenwelle wurde über das Produkt
des aufgenommenen Stromes, der Spannung und des
Wirkungsgrads des Motors bestimmt, wobei die Gesamtdruckhöhe
30 m und der Fluid-Liefergrad 0,2 m3/min.
betrug.
Die innere Druckfestigkeit des hinteren Gehäuses wurde
bestimmt, indem dessen Bruchfestigkeit berechnet wurde,
wenn ein Druck auf das Innere des hinteren Gehäuses
mittels einer Ölpressvorrichtung aufgebracht wird.
Die Wärmestoßbruchtemperatur entsprach der Differenz
zwischen 20°C und der Temperatur, auf die das hintere
Gehäuse in einem Ofen aufgeheizt wurde, wobei es unmittelbar
nach Entnahme aus dem Ofen brach, wenn Wasser
mit einer Temperatur von 20°C und einem Durchfluß von
10 l/min. hineingegossen wurde.
Die Temperaturerhöhung der verwendeten fluiden Stoffe
wurde durch den Temperaturunterschied zwischen der
Temperatur der Flüssigkeit nahe der inneren Oberfläche
des Flanschabschnittes des hinteren Gehäuses und der
Temperatur der Flüssigkeit nahe der inneren Oberfläche
des Bodenabschnittes des hinteren Gehäuses bestimmt.
Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Aus Tabelle 1 ist deutlich zu entnehmen, daß
mit der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung
ausgestattete Kreiselpumpen eine bessere Drehmomentübertragung
infolge einer geringeren Temperaturerhhöhung der verwendeten fluiden Stoffe aufweisen und
daß sie verglichen mit herkömmlichen Ausführungen über
bessere Festigkeit und Wärmestoßwiderstand verfügen.
Es wurden Zirkondioxidkeramiken, die in ihrer Zusammensetzung
als Hauptbestandteile Zirkondioxid und Yttriumoxid
gemäß Tabelle 2 aufwiesen, in Verbindung mit Additiven,
deren Zusammensetzung Tabelle 3 zu entnehmen
ist, hergestellt. Als Vergleichsbeispiele wurden Aluminiumoxid,
Siliziumkarbidkeramik und Polytetrafluorethylen-
beschichteter Stahl hergestellt.
Es wurden aus den oben erwähnten Materialien verschiedene
Versuchskörper zur Messung hergestellt, die auf
ihre Biegefestigkeit, ihren spezifischen Widerstand,
ihre Bruchfestigkeit, ihre Wärmestoßwiderstandstemperatur
und ihre Alterungsbiegefestigkeit gemessen wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Tabelle
3 zeigt die Zusammensetzungen.
Es ist zu erkennen, daß durch 2,3 bis 3,5 Molprozent
Y2O3 teilweise stabilisierte Zirkondioxidkeramik eine
verbesserte mechanische Festigkeit und einen zufriedenstellenden
spezifischen Widerstand aufweist und für
die Trennwand einer magnetischen Kupplungsvorrichtung
verwendbar ist.
Ferner wurde festgestellt, daß Zirkondioxidkeramik,
die 1 bis 5 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Hauptbestandteils)
Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2)
und eines Alkalimetalloxides enthält, einen hohen spezifischen
Widerstand und eine zufriedenstellende mechanische
Festigkeit aufweist.
Vorstehend sind nur einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung erläutert worden. Es liegt jedoch für den
Fachmann auf der Hand, daß zahlreiche Änderungen und
Abwandlungen ausführbar sind, ohne den Rahmen und den
Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
Es ist eine magnetischen Antriebsvorrichtung für Rotationsmaschinen
mit einem großen Drehmomentübertragungswirkungsgrad,
die eine geringe Temperaturerhöhung der
verwendeten fluiden Stoffe bewirkt sowie erhöhte
mechanische Festigkeit und Wärmestoßwiderstand aufweist,
vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Kammer auf,
die gebildet wird, indem ein vorderes Gehäuse mit einem
hinteren Gehäuse verbunden wird, um einen, den angetriebenen
Magneten tragenden Rotor aufzunehmen. Das
hintere Gehäuse weist eine zylindrische Trennwand auf,
die an ihrem einen Enden mit einem Bodenabschnitt verschlossen
und an ihrem anderen Ende mit einem Flanschabschnitt
versehen ist, wobei sie eine Dicke von 1,5 bis 8 mm
aufweist und aus einem keramischen Material mit einem
spezifischen Widerstand von mindestens 103Ω cm besteht.
Ein außerhalb der Trennwand angeordneter Antriebsmagnet
steht magnetisch mit dem angetriebenen Magneten
durch die Trennwand hindurch in Verbindung.
Claims (6)
1. Magnetische Antriebsvorrichtung für Rotationsmaschinen,
gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor
(10) und einen drehbaren Rotor (3), der über eine magnetische
Kupplungsvorrichtung angetrieben wird, die
einen Antriebsmagneten (8), der auf einem Magnethalter
(7) befestigt und mit dem Antriebsmotor (10) verbunden
ist, sowie einen angetriebenen Flügelmagneten (6)
aufweist, der am Rotor (3) befestigt ist, wobei der
Antriebsmagnet (8) und der angetriebene Flügelradmagnet
(6) miteinander in Verbindung stehen, eine Kammer,
die den Rotor (3) aufnimmt und eine zylindrische Trennwand
(12 B) aufweist, die die Begrenzung der Kammer
darstellt, wobei die Trennwand (12 B), durch die der
Antriebsmagnet (8) und der angetriebene Flügelradmagnet
(6) magnetisch in Verbindung stehen, eine Dicke von
1,5 bis 8 mm aufweist und aus einem keramischen Material
mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 103
Ω cm besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das keramische Material als Hauptbestandteil Zirkondioxid aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hauptbestandteil ein teilweise mit 2,0 bis
4,0 Molprozent Y2O3 stabilisiertes Zirkondioxid ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hauptbestandteil ein teilweise mit 2,3 bis
3,5 Molprozent Y2O3 stabilisiertes Zirkondioxid ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das keramische Material 1 bis 5 Gew.-% (bezogen
auf das Gewicht des Hauptbestandteils) Aluminiumoxid
(Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2) und eines Alkalimetalloxids
aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kammer aus einem hinteren (12) und einem vorderen
Gehäuse (11) gebildet wird, wobei das hintere
Gehäuse (12) die Trennwand (12 B), einen das eine Ende
der Trennwand (12 B) verschließenden Bodenabschnitt
(12 C) und einen am anderen Ende der Trennwand ausgebildeten
Flanschabschnitt (12 A) aufweist, und mittels
des Flanschabschnittes (12 A) mit dem vorderen Gehäuse
(11) verbunden ist, und wobei sowohl der Bodenabschnitt
(12 C) als auch der Flanschabschnitt (12 A) mindestens
die dreifache Dicke der Trennwand (12 B) aufweist.
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