DE3938575A1 - Vorrichtung zur vermeidung der beschaedigung des spalttopfes eines permanentmagnetantriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung der Beschädigung des Spalttopfes eines Permanentmag­ netantriebes für eine Pumpe, ein Rührwerk oder eine Armatur infolge eines nicht-zentrischen Laufes des mit Permanentmagneten besetzten, den Spalttopf glocken­ artig übergreifenden Treibers, der innerhalb eines Antriebsgehäuses gelagert und von diesem umgeben ist.

Der an derartigen Permanentmagnetantrieben vorhandene Treiber wird annähernd ausnahmslos in Wälzlagern gelagert, was sich auch bewährt hat. Es ist jedoch bekannt, daß die Lebensdauer von Wälzlagern nicht unbegrenzt ist und vor allen Dingen eine gewisse Quote von einigen Prozent bei Wälzlagern vorhanden ist, die ohne erkennbaren Grund und ohne größere Vorwarnung nur einen Bruchteil der üblichen Lebensdauer erreichen. Hauptsächlich gegen diese Fehler ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung gerichtet. Darüber hinaus können sich selbstverständlich Schraubverbindungen zwischen dem Treiber und der in den Wälzlagern gelagerten Welle lösen und dergleichen, so daß die Schutzwirkung der Vorrichtung auch auf Be­ schädigungen dieser Art gerichtet ist.

Die eine Möglichkeit, eine Vorrichtung zur Vermeidung der Beschädigung des Spalttopfes eines Permanentmagnet­ antriebes zu verwirklichen, besteht darin, daß die Lauftreue des Treibers mit Hilfe eines Näherungsschalters oder mehrerer Näherungsschalter überwacht wird. Sobald sich eine Abweichung ergibt, wird über eine elektrische Steuerung der zugeordnete Motor abgeschaltet. Der Nach­ teil einer derartigen Vorrichtung liegt insbesondere darin, daß ungewiß ist, ob die Vorrichtung funktions­ fähig ist. Bei normalem Betrieb wird sie über Jahre nicht in Tätigkeit gesetzt, so daß sie in Vergessenheit gerät und durch Alterung und dergleichen funktionsun­ fähig werden kann.

Darüber hinaus sind Opferflächen bekannt, an denen der Treiber bei einem taumelnden Lauf anläuft, bevor die Permanentmagnete den Spalttopf berühren und zer­ stören können. Allerdings kann das Anlaufen an die Opferflächen behutsam stattfinden, so daß die Opfer­ flächen nach und nach abgetragen werden. Nach einer längeren Periode des nicht-zentrischen Laufes kommt es dann doch zu der Berührung zwischen den Permanent­ magneten und dem Spalttopf, was nach kurzer Zeit dessen Zerstörung nach sich zieht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf rein mecha­ nischem Wege funktioniert und eine sichere Abschaltung des betreffenden Antriebes zur Folge hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß zwischen dem Treiber und dem Antriebsgehäuse eine Bremseinrichtung mit mindestens einem Auslöser vorgesehen ist, und daß bei einem nicht-zentrischen Lauf vorgegebener Toleranz des Treibers der Auslöser durch Reibschluß oder Formschluß betätigbar ist.

Bei sorgfältiger Installierung einer Pumpe, eines Rühr­ werks oder einer Armatur ist der zugehörige Antriebsmotor mit einem Motorschutzschalter ausgerüstet, der eine erhöhte Stromaufnahme über einen bestimmten Zeitraum durch Abschalten des Motors beantwortet. Es muß dann im einzelnen untersucht werden, warum der Antrieb aus­ gefallen ist. Diese Installation macht sich die Erfindung zu Nutze. Infolge der Bremse kommt es zu einer zusätzlichen Belastung, die bei richtiger Auslegung der Bremse das Abschalten des Antriebes über den Motorschutzschalter nach sich zieht.

Eine mechanische Bremse ist in der Regel über sehr lange Zeiträume voll funktionsfähig, wobei Rostbildung und dergleichen durch entsprechend starke Federn überwunden werden kann. In jedem Fall steht eine zuverlässige Vorrichtung zur Verfügung, die den gewünschten Effekt herbeiführt, daß bei einem taumelnden, nicht-zentrischen Lauf des Treibers keine Beschädigung des Spalttopfes eintritt. Spalttöpfe an Pumpen, Rührwerken oder Armaturen werden in der Regel immer nur dort eingesetzt, wo das Austreten der entsprechenden Förder-, Rühr- oder abzu­ sperrende Flüssigkeit nicht ins Freie gelangen darf, so daß die Unversehrheit des Spalttopfes äußerste Priorität genießt.

Die Bremseinrichtung kann in der unterschiedlichsten Weise ausgebildet sein. Es kommt darauf an, daß keine abrupte Abbremsung stattfindet, da sonst Folgeschäden entstehen, die unerwünscht sind. Insbesondere kann die Bremseinrichtung als Scheiben-, Band- oder Backen­ bremse ausgebildet sein, wobei die Auslösung mit Hilfe eines Hebels erfolgt, der nahe der Silhouette des zen­ trischen Laufes liegt. Sobald der Treiber zu taumeln beginnt, wird der Hebel betätigt, so daß die Bremswirkung freigesetzt wird. Insbesondere kann der Hebel ein Knie­ hebel sein, dessen nahe der Übertotpunktlage gespannte Ausgangslage sehr hohe Spreizkräfte aufbringen kann bei sehr geringen Einschaltkräften. Um die Abbremsung nicht zu abrupt zur Wirkung kommen zu lassen, kann die Federwirkung zur Aufbringung der Bremskraft gedämpft sein.

Eine besonders einfache Vorrichtung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bremseinrichtung ein in dem An­ triebsgehäuse konzentrisch zu dem Treiber gehaltener, gebremst drehbarer Bremsring ist, der auf seiner dem Treiber zugewandten Seite als Auslöser Mitnehmerkeile trägt. Die Mitnehmerkeile klemmen im Auslösefall den Treiber und den Bremsring zu einer Einheit zusammen, die dann fortlaufend abgebremst wird. Der relativ leichte Bremsring ist in der Lage, in kürzester Zeit auf die Drehgeschwindigkeit des Treibers beschleunigt zu werden, ohne daß übermäßige Kräfte entstehen. Die sich anschließende Abbremsung wirkt dann über mehrere Sekunden oder Minuten, bis der Motorschutzschalter in Tätigkeit tritt. Dabei ist der Spalttopf nicht gefährdet, weil der Bremsring seinerseits zentrisch in dem Antriebsgehäuse geführt ist und das gesamte Spiel der aus dem Treiber und dem Bremsring gebildeten Einheit kleiner ist als das Spiel zwischen den Permanentmagneten und dem Spalttopf. In­ sofern ist ein mehrminütiger Weiterlauf nach dem Aus­ lösefall zur Aktivierung des Motorschutzschalters un­ erheblich.

Die Mitnehmerkeile können in unterschiedlicher Weise betätigt werden. Bei einer Mitnahme durch Reibschluß werden die Mitnehmerkeile durch eine weiche Feder in ihrer Ruhelage gehalten. Bei einer Berührung des taumelnden Treibers mit der Mitnehmerfläche eines Mitnehmerkeiles wird dieser aus seine Ruhelage hervorgezogen und sorgt für die gewollte Verklemmung zwischen Treiber und Brems­ ring. Gegebenenfalls ist dabei jeder Mitnehmerkeil infolge Beschichtung oder Mehrteiligkeit an seiner Stützfläche mit einem geringeren Reibwert ausgerüstet als an der dem Treiber zugewandten Mitnehmerfläche. In dieser Weise ist sichergestellt, daß bei der leisesten Berührung jeder Mitnehmerkeil aus seiner Ruhelage vorgezogen wird.

Abweichend davon kann jeder Mitnehmerkeil unter einer starken Druckfederwirkung stehen, wobei das Vorschieben jedes Mitnehmerkeiles durch einen Haltestift verhindert wird, der im Auslösefall von dem nicht-zentrisch laufen­ den Treiber abgewetzt wird. Sobald er soweit abgearbeitet ist, daß der zugeordnete Mitnehmerkeil nicht mehr gehalten wird, schnellt letzterer vor, wobei es zu der gewünschten Verkeilung zwischen Treiber und Bremsring kommt. Es ist zweckmäßig, bei beiden Arten der Auslösung die jeweilige Feder mit Hilfe einer Stellschraube einstellbar zu machen, so daß eine Abstimmung auf den jeweiligen Anwendungsfall möglich ist.

Der Bremsring wird mit Hilfe einer Bremsscheibe an eine Bremsfläche in dem Antriebsgehäuse gedrückt, wobei durchaus eine Drehung gestattet wird, jedoch lediglich eine behinderte Drehung, die den zugeordneten Antriebs­ motor erkennbar belastet. Nur so führt der Auslösefall in absehbarer Zeit zur Abschaltung des entsprechenden Aggregates. Auch die Andrückkraft der Reibscheibe ist vorzugsweise einstellbar, beispielsweise mit Hilfe von Stellschrauben. In dieser Weise ist eine Anpassung des Bremsmomentes an den jeweils verwendeten Antriebs­ motor möglich.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines in einem Antriebsgehäuse gelagerten Treibers mit zugeordnetem Spalttopf im Schnitt,

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht auf die Stirnseite des Treibers mit zugeordnetem, in dem Antriebs­ gehäuse gehaltenen Bremsring in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß der Fig. 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Haltestiftes zur Verwirklichung des Ausführungsbeispiels gemäß der Fig. 3.

In der Fig. 1 ist schematisch und lediglich in Teilen ein Permanentmagnetantrieb wiedergegeben, der z. B. für eine Pumpe, ein Rührwerk oder ein Ventil bzw. einen Schieber eingesetzt wird. Er besteht im wesentlichen aus einem Antriebsgehäuse 1, innerhalb dessen ein Treiber 3 drehbar gelagert ist und zwar in der Regel mit Hilfe von Wälzlagern (nicht dargestellt). Zur Verwirklichung eines stopfbuchslosen Antriebes des entsprechenden Aggregates ist ein Spalttopf 2 vorgesehen, der von dem Treiber 3 glockenartig umfaßt wird. Innerhalb des Spalttopfes 2 befindet sich ein Innenrotor, der bei­ spielsweise mit dem Pumpenlaufrad einer Pumpe, einer Rührwerkswelle, einer Ventilspindel oder dergleichen verbunden ist. Zur Übertragung der Antriebskräfte von dem Treiber 3 auf den Innenrotor sind Permanentmagnete 4 vorgesehen, die in Umfangsrichtung nebeneinander mit wechselnder Polung so angeordnet sind, daß sich jeweils ein Nordpol des Treibers mit einem Südpol des Innenrotors gegenüberliegt usw.

Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades bedarf es einer großen Nähe der Permanentmagneten 4 zueinander. Weiterhin ist es zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten vorteilhaft, den Spalttopf 2 möglichst dünn auszubilden. Es sind also an ausgeführten Antrieben die jeweiligen Freiräume zwischen den Magneten 4 und dem Spalttopf 2 sehr gering, außerdem ist der Spalttopf 2 dünnwandig ausgebildet. Daraus folgt eine gewisse Verletzlichkeit des Spalttopfes 2. Bei umlaufendem Treiber und bei einem nicht-zentrischen Lauf besteht nämlich die Gefahr, daß die Magnete 4 auf dem Spalttopf 2 aufsetzen und ihn anschlitzen bzw. aufschlitzen. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Vermeidung der Beschädigung des Spalttopfes zielen darauf ab, einen nicht-zentrischen Lauf des Treibers 3 unschädlich zu machen.

Am vorderen Ende des Antriebsgehäuses 1 ist ein Bremsring 8 konzentrisch zu dem Treiber 3 und drehbar in dem Antriebsgehäuse 1 gehalten, und zwar durch eine Reib­ scheibe 9, die mit definierter Anpreßkraft den Bremsring 8 zwischen sich und einer Anlagefläche an dem Antriebs­ gehäuse 1 einspannt. In der Fig. 2 ist der Bremsring 8 in einer stirnseitigen Ansicht wiedergegeben, so daß weitere Einzelheiten zu erkennen sind. Gleichmäßig um den Umfang verteilt sind drei Mitnehmerkeile 10, die in entsprechenden Nischen in dem Bremsring 8 unter­ gebracht sind. Sie bestehen aus einem Kunststoffmaterial mit guten Gleiteigenschaften, so daß an einer Stützfläche 13 eine gute Gleitbeweglichkeit vorhanden ist, während an einer Mitnehmerfläche 14 infolge einer Beschichtung ein hoher Reibwert hervorgerufen wird.

Jeder Mitnehmerkeil 10 wird mit Hilfe einer weichen Zugfeder 11 in der Nische gehalten, wobei mit Hilfe einer Stellschraube 12 in gewissen Grenzen die Rück­ holkraft eingestellt werden kann. Sobald nun der Treiber 3, dessen Magnete in der Fig. 2 nicht dargestellt sind, wegen eines Lagerschadens oder wegen einer son­ stigen Beschädigung nicht mehr zentrisch läuft, berührt er früher oder später mindestens einen der Mitnehmerkeile 10, so daß dieser aus der Ruhelage vorgezogen wird. Dabei kommt es zu einer Verklemmung zwischen dem Treiber 3 und dem Bremsring 8, so daß letzterer relativ plötzlich mitgenommen wird, also die Drehzahl des Treibers annimmt.

Das Anlaufen des Treibers 8 an einem der Mitnehmerkeile 10 und das sich anschließende Vorziehen dieses Mitnehmer­ keiles 10 hat in der Regel eine Verlagerung des Treibers 3 zur Folge, so daß auch nacheinander die anderen beiden Mitnehmerkeile 10 aus ihrer Ruhelage herausgezogen werden. Im Ergebnis ist eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Treiber 3 und dem Bremsring 8 vorhanden, die zunächst folgende Wirkung hat: Infolge der Einpassung des Bremsringes 8 mit sehr wenig Spiel in das Antriebs­ gehäuse 1 ist der Treiber nun außer durch seine Lagerung auch an dieser Stelle mehr oder weniger exakt und leicht spielbehaftet geführt, so daß eine Berührung der Magnete 4 mit dem innerhalb des Treibers 3 angeordneten Spalttopf 2 ausgeschlossen ist. Damit wird eine erste Absicherung erreicht. Desweiteren läuft nun der Bremsring 8 innerhalb des Antriebsgehäuses 1 gebremst um, wobei die Bremsscheibe 9 die Bremswirkung aufbringt. Dadurch erhöht sich die Belastung des den Treiber 3 antreibenden Antriebsmotors, was sich wiederum auf die Stromaufnahme auswirkt. Bei richtiger Einstellung der Bremskraft der Bremsscheibe 9 spricht der dem Antriebsmotor zugeordnete Motorschutz­ schalter nach kurzer Zeit an und schaltet den Motor ab.

Statt einer Beschichtung der Mitnehmerfläche 14 kann auch ein Werkstoff für jeden Mitnehmerkeil 10 ge­ wählt werden, der von Hause aus einen hohen Reibwert gegenüber dem Stahl des Treibers 3 aufweist, jedoch dann an der Stützfläche 13 gleitbeschichtet ist bzw. insgesamt aus zwei Teilen besteht, so daß die beabsich­ tigten Reibwertverhältnisse zustande kommen. Um von Reibwerten weitgehend unabhängig zu sein, kann eine Ausführungsform gewählt werden, die in den Fig. 3 und 4 wiedergegeben ist. Hierbei ist jeder Mitnehmer­ keil 10 gegen einen Haltestift 15 unter Spannung gesetzt, die von der Druckfeder 11 aufgebracht wird. Diese ist wiederum hinsichtlich ihrer Vorspannung durch die Stell­ schraube 12 einjustierbar.

Der Haltestift 15 trägt an seinem herausragenden Ende einer Kerbe 16 (Fig. 4), in die die vordere Kante des Mitnehmerkeils 10 eingreift. Dieser Bereich ragt über das Niveau des Bremsringes 8 auf seiner Innenseite hinaus. Sobald nun der Treiber 3 nicht mehr zentrisch läuft aufgrund einer Beschädigung, kommt es früher oder später zu einer Berührung mit dem hervorstehenden Teil des Haltestiftes 15, so daß dieser Teil des Halte­ stiftes 15 abgeschliffen bzw. abgewetzt wird. Dieser Zustand schreitet fort bis die Kerbe 16 geöffnet ist. Aufgrund der Federkraft der Feder 11 wird nun der Mit­ nehmerkeil 10 aus seiner Nische herausgedrückt, so daß der Treiber 3 und Bremsring 8 miteinander verkeilt werden. Es treten dann die bereits beschriebenen Wirkungen und Funktionen ein, so daß es einer Beschreibung dieser Vorgänge nicht mehr bedarf.

Aufgrund der positiv wirkenden Kraft der Feder 11 bei einem abgeschlagenen oder abgewetzten Haltestift 15 kommt es auf Reibunterschiede zwischen der Mitnehmer­ fläche und der Stützfläche an jedem Mitnehmerkeil 10 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 nicht an, so daß es in der Regel auch keiner Beschichtung oder Mehrteiligkeit bedarf. Es ist lediglich darauf zu achten, daß jeder Mitnehmerkeil 10 insgesamt einen ausreichenden Reibwert hat, um die Verkeilung zwischen Treiber 3 und Bremsring 8 sicher zu bewirken. In der Regel wird für die Mitnehmerkeile 10 ein alterungsbe­ ständiger Kunststoff verwendet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Vermeidung der Beschädigung des Spalttopfes eines Permanentmagnetantriebes für eine Pumpe, ein Rührwerk oder eine Armatur infolge eines nicht-zentrischen Laufes des mit Permanentmagneten besetzten, den Spalttopf glockenartig übergreifen­ den Treibers, der innerhalb eines Antriebsgehäuses gelagert und von diesem umgeben ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Treiber (3) und dem Antriebsgehäuse (1) eine Bremseinrichtung mit mindestens einem Auslöser vorgesehen ist, und daß bei einem nicht-zentrischen Lauf vorgegebener Toleranz des Treibers (3) der Auslöser durch Reibschluß oder Formschluß betätigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremseinrichtung eine Scheiben-, Band- oder Backenbremse ist, und daß der Auslöser ein die Bremse gegen den Druck einer Feder spreizender Hebel, insbesondere ein Kniehebel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federwirkung gedämpft ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremseinrichtung ein in dem Antriebsgehäuse (1) konzentrisch zu dem Treiber (3) gehaltener, gebremst drehbarer Bremsring (8) ist, der auf seiner dem Treiber (3) zugewandten Seite als Auslöser Mitnehmerkeile (10) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Mitnehmerkeil (10) mit Hilfe einer Zugfeder (11) in der Ruhelage gehalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Mitnehmerkeil (10) in­ folge Beschichtung oder Mehrteiligkeit an seiner Stützfläche (13) einen geringeren Reibwert aufweist als an der dem Treiber (3) zugewandten Mitnehmer­ fläche (14).

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Mitnehmerkeil (10) an seinem vordersten Ende von einem vorstehenden, ab­ wetzbaren oder abbrechbaren Haltestift (15) posi­ tioniert und durch eine Druckfeder (11) vorgespannt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweilige Feder (11) mit Hilfe einer Stellschraube (12) einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbremsung des Bremsringes (8) eine Reibscheibe (9) vorgesehen ist, die an dem Bremsring (8) anliegt und gegen eine Reibfläche an dem Antriebsgehäuse (1) drückt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reibscheibe (9) durch Schrauben gehalten ist und ihre Andruckkraft ein­ stellbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Treiber (3) zugeordnete Antriebsmotor mit einem Schutzschalter versehen ist, und daß die Bremskraft der Bremseinrichtung so stark ist, daß nach der Betätigung der Bremseinrichtung der Motorschutz­ schalter abschaltet.