DE4102707C2 - Kreiselpumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe für die bio
technologische oder medizinische Anwendung mit einem magne
tisch berührungslos gelagerten und magnetisch angetriebenem
Laufrad, das in einem Gehäuse angeordnet ist.
Die Fig. 11 und 12 zeigen Schnittdarstellungen einer kon
ventionellen Kreiselpumpe, die in der Biotechnologie, in
Halbleiterherstellungstechniken, in medizinischen Instrumen
ten usw. verwendet wird. Die in Fig. 11 dargestellte Pumpe 10
weist ein Laufrad 11 auf, das das Fluid in eine Drehbewegung
versetzt. Das Laufrad 11 ist mechanisch an einer rotierenden
Welle 12 gehalten, wobei die Welle 12 in einem Rollenlager 13
gehalten und von einem Motor 14 angetrieben wird. Wird die
rotierende Welle 12 durch den Motor 14 in Drehbewegung ver
setzt, so beginnt das an der rotierenden Welle 12 mechanisch
gehaltene Laufrad 11 zu rotieren. Durch die Rotation des
Laufrades 11 wird das Fluid von einem Saugrohr 16 angesaugt
und strömt anschließend durch eine Spiralkammer 17 aus.
In der Biotechnologie, bei Halbleiterherstellungstechnologien
und medizinischen Instrumenten verwendete Pumpen müssen ex
trem sauber sein. Um das Fluid von dem Rollenlager 13 und dem
Motor 14 fernzuhalten, die Verunreinigungen erzeugen, welche
wiederum das Fluid verunreinigen, ist bei der in Fig. 11 dar
gestellten Pumpe 10 eine Dichtung 15 zwischen dem Laufrad 11
und dem Lager 13 erforderlich. Die Dichtung 15 befindet sich
hierbei in Kontakt mit der rotierenden Welle 12, so daß sich
Nachteile dadurch ergeben, daß das Fluid durch in diesem Kon
taktbereich erzeugte Verschmutzungen verunreinigt wird und
daß sich die Qualität des Fluids durch die Reibungswärme än
dern kann. Im übrigen ist es der Dichtung unmöglich, die von
dem Lager 13 und dem Motor 14 erzeugten Verunreinigungen
vollständig vom Eintritt in das Fluid zurückzuhalten.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist in Fig. 12 eine Pumpe 20
dargestellt, die ein magnetisches Lager statt eines Rollenla
gers, einen Elektromagneten statt eines Motors usw. aufweist
und abgedichtet ist, wobei ein Bereich aus Eisen oder einem
metallüberzogenen eisernen Teil besteht, so daß keine Dich
tung erforderlich ist.
Wie in Fig. 12 dargestellt ist, ist eine rotierende Welle 22
für ein Laufrad 21 an einem radialen magnetischen Lager 23
und einem axialen magnetischen Lager 24 gelagert, wobei die
Welle 22 durch einen Motor 25 in Drehbewegung versetzt wird.
Wenn das Fluid in den Lager- und Antriebsbereich 26 eintritt,
wird es nicht verunreinigt, da das eiserne Teil oder der Kern
des Motors 25 und die magnetischen Lager 23, 24 abgedichtet
oder metallüberzogen sind.
Allerdings kann das Fluid bei der in Fig. 12 dargestellten
Pumpe an einer Stelle in dem Bereich 26 stocken oder stagnie
ren, so daß eine solche Pumpe nicht in der Biotechnologie
oder in medizinischen Instrumenten verwendet werden sollte.
Wird eine derartige Pumpe beispielsweise in einem künstlichen
Herzen verwendet, so kann es aufgrund eines zeitweiligen
Stillstandes des Blutes in der Pumpe zu einer Thrombose kom
men, so daß Lebensgefahr besteht.
Bekannt ist ferner eine Kreiselpumpe mit einem magnetisch be
rührungslos gelagerten und magnetisch angetriebenem Laufrad,
das in einem Gehäuse angeordnet ist, mit einer außerhalb des
Gehäuses vorgesehenen Magnetanordnung zum Übertragen eines
Rotationsantriebs auf das Laufrad, und mit einer weiteren
Magnetanordnung zum Halten des Laufrads in einer vorgegebenen
Lage (DE-AS 11 65 144).
Bei dieser bekannten Kreiselpumpe ist das Laufrad auf einem
axial magnetisierten Permanentmagnetring angeordnet, der frei
schwebend um einen auf der Welle eines Antriebsmotors sitzen
den, ebenfalls axial magnetisierten Permanentmagneten ange
ordnet ist. Oberhalb und unterhalb des frei schwebenden
Magnetrings sind weitere Axialstabilisierungsmagnete vorgese
hen. Dadurch, daß der zentrale Bereich des Laufrades von dem
Magnet des Antriebsmotors eingenommen wird, kann die Flüssig
keit nicht wie bei Kreiselpumpen üblich zentral zugeführt,
radial beschleunigt und tangential abgeführt werden. Die
Flüssigkeitszuführung entspricht vielmehr einer Art modifi
zierter Tangentialpumpe und erfordert im Einlaufbereich eine
Umlenkung von 180°. Das Laufrad ist dabei unsymmetrischen Ra
dialkräften ausgesetzt, und da es sich bei den die Lagerung
und die Kraftübertragung bewirkenden Magneten ausschließlich
um Permanentmagnete handelt, ist eine stabile Lagerung und
ein gleichmäßiger Lauf bestenfalls bei niedrigen Drehzahlen
gewährleistet. Da ferner die Stabilisierungsmagnete in dem
von der Flüssigkeit durchströmten Bereich angeordnet sind,
kann es dort zu Stockungen mit den bereits beschriebenen ne
gativen Folgen kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von der bekannten
Kreiselpumpe die Aufgabe zugrunde, eine unter allen vorkom
menden Belastungen gleichbleibende Lagerung des Laufrades zu
gewährleisten und Stauungen des geförderten Fluids zu vermei
den.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe trägt somit das Lauf
rad auf einer Seite eine Vielzahl von Permanentmagneten, auf
die die Rotationsantriebskraft übertragen wird. Auf der axial
gegenüberliegenden Seite des Laufrades ist ein Weicheisenteil
vorgesehen, auf das von außerhalb des Gehäuses angeordneten
Elektromagneten eine geregelte Anziehungskraft ausgeübt wird.
Das Laufrad wird demnach je nach den herrschenden Belastungen
durch eine geregelte Magnetkraft in der richtigen Lage fi
xiert. Da das Laufrad keine Antriebswelle hat und sein zen
traler Bereich offen ist, kann das Fluid ungehindert und
strömungsgünstig geführt zufließen.
Bei den Mitteln zur kontaktlosen Lagerung des Laufrades han
delt es sich vorzugsweise um ein dreiachsig gesteuertes
Magnetlager. Das dreiachsig geregelte Magnetlager weist eine
Vielzahl von Permanentmagneten oder Elektromagneten auf, die
an einem Rotationsantriebsteil vorgesehen sind, eine Vielzahl
von Permanentmagneten, die an einer Fläche des Rotationsteils
angeordnet sind und über das Gehäuse von den Permanentmagne
ten oder Elektromagneten des Rotationsantriebsteils angezogen
werden können, ein Weicheisenteil, das auf der anderen Fläche
des Rotationsteils angeordnet ist und eine Vielzahl von ge
steuerten Elektromagneten zur Erzeugung einer Kraft, welche
das Weicheisenteil anzieht, so daß ein Ausgleich durch die
Anziehkraft zwischen den oben erwähnten Magneten besteht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Ansprüchen.
Die auf dem Laufrad angeordneten Permanentmagnete sind vor
zugsweise derart magnetisiert, daß die Richtungen der magne
tischen Felder von benachbarten Magneten einander entgegenge
setzt gerichtet sind, d. h. benachbarte Permanentmagnete sind
entgegengesetzt gepolt.
Die den Permanentmagneten des Laufrades gegenüberliegenden,
zur Übertragung der Rotationsantriebskraft dienenden Magnete
können auf einem rotierenden Antriebsmittel angeordnet sein.
Die Kreiselpumpe weist somit einen Antriebsmotor mit Stator
und Rotor auf, und die Drehbewegung des Rotors wird durch
Magnetkraft auf das Laufrad übertragen. Die Zahl der Magnete
auf dem rotierenden Antriebsmittel entspricht dabei vorzugs
weise der Zahl der Magnete auf dem Laufrad.
In einer anderen Ausführungsform sind die den Permanentmagne
ten des Laufrades axial gegenüberliegenden, zur Übertragung der
Rotationsantriebskraft dienenden Magnete als Statorwicklungen
ausgebildet, die ein magnetisches Drehfeld erzeugen. Das
Laufrad bildet damit den Rotor des Antriebsmotors. Die Zahl
der Statorwicklungen beträgt dabei vorzugsweise das 1,5fache
der Zahl der Permanentmagnete auf dem Laufrad.
Zum Steuern der magnetischen Anziehungskraft auf das Weichei
senteil sind Sensoren vorgesehen, die den Abstand des Laufra
des vom Gehäuse erfassen und in Meßsignale umwandeln, wobei
eine Steuereinheit aufgrund der Meßsignale den Strom regelt,
der den dem Weicheneisenteil gegenüberliegenden Elektromagne
ten zugeführt wird. Die Zahl der Sensoren und der Elek
tromagnete beträgt dabei vorzugsweise vier.
Ein besonders günstiger Strömungsverlauf und eine gleich
mäßige Belastung des Laufrades ergibt sich, wenn das Gehäuse
mehrere symmetrisch angeordnete Spiralgänge für das von dem
Laufrad beaufschlagte Fluid aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeich
nung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungs
form einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Darstellung zur Beschreibung der Positions
steuerung des in Fig. 1 dargestellten Laufrads;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 1;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines abgewandelten Bei
spiels der ersten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer Spirale der Krei
selpumpe aus Fig. 5;
Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer anderen Spirale,
die in einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ver
wendet wird;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung einer Kreiselpumpe nach
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 9 einen Grundriß des Aufbaus des Stators aus Fig. 8
Fig. 10 eine Schnittdarstellung des Aufbaus der Spirale
gemäß dem abgewandelten Beispiel nach der zweiten
Ausführungsform.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel, welches im folgenden er
läutert wird, ist ein Laufrad durch ein dreiachsig gesteu
ertes magnetisches Lager gehalten und wird durch die Rotation
eines magnetisch gekoppelten Rotors in Drehbewegung versetzt.
Gemäß Fig. 1 ist ein Laufrad 32 in einem Gehäuse 31 einer
Pumpe 30 angeordnet. Das Gehäuse 31 besteht aus einem unma
gnetischen Material. Das Laufrad 32 weist ein unmagnetisches
Teil 34 auf, das mit Flügeln zur Beaufschlagung eines Fluids
mit Energie und einer Vielzahl von Permanentmagneten 33 ver
sehen ist, sowie ein weiches, eisernes Teil 35, das mit einem
Rotor eines geregelten magnetischen Lagers korrespondiert,
wobei die Teile 34 und 35 über einen Niet oder dgl. miteinan
der verbunden sind. Der Laufrad 32 weist keine Welle zur ei
genen Drehung auf. Das Weicheisenteil 35 weist eine behan
delte Oberfläche auf, die nicht rostet. Die Permanentmagneten
33 sind in gleichen Abständen um den Mittelpunkt des Laufra
des 32 angeordnet. Die einander benachbarten Magnete sind
derart magnetisiert, daß die einander gegenüberliegenden Fel
der entgegengesetzt gerichtet sind, d. h. benachbarte Magnete
sind jeweils abwechselnd gepolt.
Ein mechanisch auf einer Welle 36 gelagerter Rotor 37 ist auf
der Außenseite des Gehäuses 31 vorgesehen, und zwar gegenüber
der Seite, auf welcher die Permanentmagnete 33 des Laufrades
32 angeordnet sind. Der Rotor 37 wird durch einen Motor
(nicht dargestellt) angetrieben und dreht sich in Richtung
des in Fig. 1 dargestellten Pfeils A. Die gleiche Anzahl von
Permanentmagneten 38 wie die Permanentmagnete des Laufrades
sind derart am Rotor 37 befestigt, daß sie den Per
manentmagneten 33 des Laufrades 33 gegenüberliegen und eine
Anziehungskraft auf sie wirken kann. Die Permanentmagnete 38
sind magnetisch mit den Permanentmagneten 33 verbunden. Statt
der Permanentmagnete 38 können auch Elektromagnete verwendet
werden.
Gegenüber der das Weicheisenteil 35 des Laufrades 32 aufwei
senden Seite ist ein Elektromagnet 39 am Gehäuse 31 an
geordnet, der die Anziehungskraft der Permanentmagnete 33, 38
ausgleicht, um das Laufrad 32 im Zentrum des Gehäuses 31 zu
halten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Elek
tromagnete 39 vorgesehen, die die Bezugszeichen m1 bis m4 ge
mäß Fig. 4 haben. Es ist erforderlich, wenigstens drei Elek
tromagnete zur Verfügung zu stellen, um die Kraft in Richtung
der Koordinatenachse z (Axialrichtung) und um das Moment um
die ortogonal zur Z-Achse angeordneten X-Achse und Y-Achse
auf 0 ab- bzw. auszugleichen, wie dies in Fig. 3 dargestellt
ist. Vorzugsweise weist jeder der Elektromagneten 39 ein Paar
von zwei Polgehäusen oder Jochen 40 auf, sowie eine Spule 41,
die um die Polgehäuse gewickelt ist, wie dies in Fig. 2 dar
gestellt ist. Der Elektromagnet 39 ist vorzugsweise abgedich
tet, wodurch ein Ansteigen der Temperatur bedingt durch die
von dem Elektromagnet 39 erzeugte Wärme, zu vermindern.
Positionssensoren s1 bis s4 sind jeweils zwischen einander
angrenzenden Elektromagneten vorgesehen. Die Positionssenso
ren s1 bis s4 stellen den Abstand oder Spalt zwischen dem
Elektromagneten 39 und dem weichen Eisenteil 35 fest. Das re
gistrierte Signal wird einem Regler 411 gemeldet, welcher
einen Verstärker 412 steuert, der wiederum die Spule 41 mit
Strom versorgt. Die Regelung der Position in der Z-Achsen
richtung kann beispielsweise durch Einstellung des Wertes
oder Betrags des den Elektromagneten m1, m2, m3 und m4 zuge
führten Stroms durchgeführt werden. Die Regelung der Position
um die X-Achse kann beispielsweise durch Einstellung des den
Elektromagneten m1 und m3 zugeführten Stroms durchgeführt
werden. Die Regelung der Position um die Y-Achse kann bei
spielsweise durch Einstellung des den Elektromagneten m2 und
m4 zugeführten Stroms durchgeführt werden. Auf diese Weise
werden z, ux und uy gesteuert, wie dies in Fig. 3 dargestellt
ist, und halten das Laufrad 32 derart frei beweglich im Zen
trum des Gehäuses 31, daß das Laufrad 32 einen vorbestimmten
Abstand vom Gehäuse 31 hat.
Selbst wenn das Laufrad 32 durch irgendwelche Einflüsse in
radialer Richtung beansprucht oder belastet wird, wird das
Laufrad 32 in der Mitte des Gehäuses 31 gehalten, da die
Kraft in radialer Richtung durch eine Schubkraft des magneti
schen Flusses zwischen dem Permanentmagneten 33 und dem Per
manentmagneten 38 und eine Schubkraft des magnetischen Flus
ses zwischen dem Elektromagneten 39 und dem weichen eisernen
Teil 35 zentriert wird (gestrichelt in Fig. 1 dargestellt).
Wenn sich der Rotor 37 mit dem magnetisch, d. h. frei in dem
Gehäuse 31 beweglich gelagerten Flügel 32 dreht, werden der
Permanentmagnet 33 und der Permanentmagnet 38 magnetisch mit
einander verbunden, so daß das Laufrad 32 sich in Pfeil
richtung A dreht, wie dies in den Fig. 1 und 4 dargestellt
ist. Gemäß Fig. 4 ist eine Spirale 43 im Gehäuse 31 vorgese
hen, welche das Laufrad 32 umgibt. Die Spirale 43 hat einen
solchen Aufbau, daß sich die Querschnittsfläche des Fluid
durchgangs allmählich von der Einströmseite zur Ausströmseite
des Fluids vergrößert, so daß das Fluid ruhig und stoßfrei
strömt. Das Fluid wird von einem Saugkanal 42 angesaugt und
anschließend durch die Spirale 43 in einen Ausströmkanal 44
geführt.
Die Strömung 45 wird, wie in Fig. 1 dargestellt, in dem zen
tralen Bereich des Saugkanals in Richtung der Mittenachse zu
geführt und durch eine gleichförmige Strömungsführung 46 der
art umgelenkt, daß die Strömung in radialer Richtung weiter
geführt wird.
Das Laufrad 32 ist vom Rotor 37 und vom Elektromagneten 39
durch das Gehäuse 31 isoliert, so daß das Fluid nicht durch
diese kontaminiert werden kann, wodurch das von der Pumpe 30
geförderte Fluid sauber bleibt.
Hierdurch ist es möglich, das Volumen des Gehäuses zu ver
ringern, da nur das nichtmechanisch gelagerte Laufrad im Ge
häuse 31 vorgesehen ist. Die Pumpe kann hierdurch kleiner
hergestellt werden.
Zusätzlich kommt es zu keinem Stillstand des Fluids in der
Pumpe 30 und es erfolgt weder eine Verfestigung oder Erstar
rung des Fluids, noch die Ablagerung von Verunreinigungen.
Selbst wenn die Pumpe in einem künstlichen Herzen oder dgl.
verwendet wird, kommt es zu keinen Thrombosen.
Fig. 5 zeigt stellvertretend für ein modifiziertes Beispiel
eine Kreiselpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Fig.
6 zeigt die Struktur bzw. den Aufbau der Spirale der Kreisel
pumpe aus Fig. 5.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, weist das Gehäuse
311 zwei Spiralen 431, 432 auf, die symmetrisch am Rand bzw.
der Peripherie des Laufrades 32 angeordnet sind. Jede der
zwei Spiralen hat eine derartige Konfiguration, daß die Quer
schnittsfläche der Fluidpassage allmählich von der Einström
seite zur Ausströmseite des Fluids ansteigt. Ein mit der Spi
rale 431 verbundener Auslaßkanal 441 und ein mit der Spirale
432 verbundener Auslaßkanal 442 sind symmetrisch in bezug auf
die Mittelachse des Laufrades 32 zueinander angeordnet. Wenn
das Laufrad 32 rotiert, wird das Fluid aus dem Saugkanal 42
angesaugt und gelangt dann vorbei an den Spiralen 431, 432 in
die Auslaßkanäle 441, 442. Es können auch drei oder mehr Spi
ralen vorgesehen sein. In diesem Fall sind die einzelnen Spi
ralen in einem Winkel von "360°/Anzahl der Spiralen" zueinan
der angeordnet.
Wenn eine Vielzahl von Spiralen symmetrisch in bezug auf den
Mittelpunkt des Laufrades angeordnet sind, wie oben beschrie
ben, gleichen sich die in radialer Richtung auf das Laufrad
wirkende Kräfte aus, so daß sich die Position der Rotations
achse des Laufrades nicht verschiebt. Das Laufrad kann daher
in besonders stabiler und beständiger Weise rotieren.
Fig. 7 zeigt ein anderes modifiziertes Beispiel einer Spi
rale.
Nach Fig. 7 sind eine Spirale 431 und eine Spirale 432, wel
che die gleiche Konfiguration wie die Spirale 431 hat, symme
trisch zum Mittelpunkt O angeordnet. Die Spirale 431 ist am
Punkt P mit einem Fluiddurchgang 47 verbunden, der sich zum
bzw. in Richtung auf den Auslaßkanal 443 erstreckt. Die Spi
rale 432 erstreckt sich bis zum Auslaßkanal 443. Das über die
Spirale 431 und den Fluiddurchgang 47 kommende Fluid mischt
sich mit dem über die Spirale 432 kommenden Fluid in dem Aus
laßkanal 443. Der Fluiddurchgang 47 hat eine Quer
schnittsfläche, die größer ist als das Maximum der Quer
schnittsfläche des Fluiddurchgangs der Spirale, so daß der
Widerstand in dem Fluiddurchgang 47 vermindert wird. Wenn die
in Fig. 7 dargestellte Konfiguration verwendet wird, wird der
Außenumriß der Pumpe vereinfacht.
In einer zweiten Ausführungsform wird, wie bei der ersten
Ausführungsform, das Laufrad durch eine dreiachsig geregelte
magnetische Lagerung gehalten. Die Rotationsmittel für das
Laufrad sind unterschiedlich von denen der ersten Aus
führungsform und weisen eine Vielzahl von Statorwicklungen
auf, um ein magnetisches Dreh- oder Rotationsfeld auf der
Seite eines Stators zu erzeugen.
Gemäß Fig. 8 entsprechen ein Gehäuse 51, ein Laufrad 52, Per
manentmagneten 53, ein unmagnetisches Teil 54, ein Weich
eisenteil 55 und Elektromagneten 58 im Bereich Q den entspre
chenden Teilen aus Fig. 1, so daß eine Beschreibung hiervon
nicht wiederholt wird. Eine Vielzahl von Statorwicklungen 57
sind um einen vorbestimmten Umfang eines Stators 56 im Be
reich R angeordnet, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Die Anzahl
der Permanentmagneten 53 auf der Seite des Laufrades 52 ent
spricht dem 1,5-fachen der Anzahl der Statorwicklungen 57.
Auf Seiten des Stators 56 ist ein Sensor (nicht dargestellt)
zum Feststellen der Stellung des rotierenden Laufrades 52
vorgesehen. Das magnetische Feld rotiert als Reaktion auf das
Ein- und Ausschalten entsprechend der festgestellten Stellung
eines mit jeder Statorwicklung 58 verbundenen, kontaktlosen
Steuerkommutators oder -stromwenders, z. B. eines Thyristors
(nicht dargestellt), wodurch das mit dem Permanentmagneten 53
versehene Laufrad 52 zur Rotation gebracht wird.
Das Laufrad 52 ist, wie im ersten Ausführungsbeispiel, in dem
Gehäuse 51 gelagert und mit einem vorbestimmten Zwischenraum
oder Abstand zu dem Gehäuse 51 durch die Wirkung des Elektro
magneten 58 beabstandet.
Durch eine magnetische Lagerung rotiert das Laufrad 52, wenn
das magnetische Feld auf Seiten des Stators 56 rotiert, wo
durch das Fluid über den Saugkanal 59 angesaugt und an
schließend zum Auslaßkanal geführt wird.
Im zweiten Ausführungsbeispiel können, wie im ersten Ausfüh
rungsbeispiel, eine Vielzahl von Spiralen symmetrisch in be
zug auf den Mittelpunkt des Laufrades angeordnet sein. Fig.
10 zeigt den Querschnitt einer Pumpe, die mit einer Vielzahl
von Spiralen versehen ist. Wenn das Laufrad 52 in Fig. 9 in
einem Gehäuse 511 rotiert, wird das Fluid über einen Saugka
nal 62 angesaugt und anschließend über die Spiralen 631, 632
zu den Auslaßkanälen 641, 642 geführt. In diesem Ausführungs
beispiel kann das Laufrad in besonders stabiler Weise rotie
ren.
Die Spirale mit der in Fig. 7 dargestellten Konfiguration
kann bei der in Fig. 8 dargestellten Pumpe verwendet werden.
Claims (8)
1. Kreiselpumpe für die biotechnologische oder medizini
sche Anwendung mit einem magnetisch berührungslos gela
gertem und magnetisch angetriebenen Laufrad (32, 52),
das in einem Gehäuse (31, 51, 311, 511) angeordnet ist,
mit einer außerhalb des Gehäuses vorgesehenen Magnetan
ordnung zum Übertragen eines Rotationsantriebes auf das
Laufrad,
und mit einer weiteren Magnetanordnung zum Halten des
Laufrades in einer vorgegebenen Lage,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Laufrad (32) auf einer Seite eine Vielzahl von Per manentmagneten (33, 53) aufweist, die nebeneinander an geordnet sind,
den Permanentmagneten (33, 53) axial gegenüberliegend außerhalb des Gehäuses eine Anzahl von Permanent- oder Elektromagneten (38) angeordnet sind, die eine Anzie hungskraft auf die Permanentmagneten des Laufrades aus üben und zur Übertragung der Rotationsantriebskraft dienen,
auf der den Permanentmagneten (33, 53) axial gegenüber liegenden Seite des Laufrads ein Weicheisenteil (3) vorgesehen ist,
dem Weicheisenteil (35) axial gegenüberliegend außer halb des Gehäuses mindestens drei Elektromagnete (39) angeordnet sind, die eine geregelte Anziehungskraft auf das Weicheisenteil ausüben, und daß zur Regelung der Anziehungskraft Sensoren (S1, S2, S3, S4) vorgesehen sind, die den Abstand des Laufrades (32, 52) vom Ge häuse erfassen und in Meßsignale umwandeln, und daß eine Steuereinheit (411, 412) aufgrund der Meßsignale den Strom regelt, der den dem Weicheneisenteil (35) ge genüberliegenden Elektromagneten (39) zugeführt wird.
das Laufrad (32) auf einer Seite eine Vielzahl von Per manentmagneten (33, 53) aufweist, die nebeneinander an geordnet sind,
den Permanentmagneten (33, 53) axial gegenüberliegend außerhalb des Gehäuses eine Anzahl von Permanent- oder Elektromagneten (38) angeordnet sind, die eine Anzie hungskraft auf die Permanentmagneten des Laufrades aus üben und zur Übertragung der Rotationsantriebskraft dienen,
auf der den Permanentmagneten (33, 53) axial gegenüber liegenden Seite des Laufrads ein Weicheisenteil (3) vorgesehen ist,
dem Weicheisenteil (35) axial gegenüberliegend außer halb des Gehäuses mindestens drei Elektromagnete (39) angeordnet sind, die eine geregelte Anziehungskraft auf das Weicheisenteil ausüben, und daß zur Regelung der Anziehungskraft Sensoren (S1, S2, S3, S4) vorgesehen sind, die den Abstand des Laufrades (32, 52) vom Ge häuse erfassen und in Meßsignale umwandeln, und daß eine Steuereinheit (411, 412) aufgrund der Meßsignale den Strom regelt, der den dem Weicheneisenteil (35) ge genüberliegenden Elektromagneten (39) zugeführt wird.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Permanentmagneten (33, 53) auf dem Laufrad der
art magnetisiert sind, daß benachbarte Magnete entge
gengesetzt gepolt sind.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die den Permanentmagneten (33) des
Laufrades (32) gegenüberliegenden, zur Übertragung der
Rotationsantriebskraft dienenden Magnete (38) auf einem
rotierenden Antriebsmittel (37) angeordnet sind.
4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem rotierenden Antriebsmittel (37) ebenso
viele Magnete (38) angeordnet sind wie Permanentmagnete
(33) auf dem Laufrad (32).
5. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die den Permanentmagneten (53) des
Laufrades (52) axial gegenüberliegenden, zur Über
tragung der Rotationsantriebskraft dienenden Magnete
als Statorwicklungen (57) ausgebildet sind, die ein
magnetisches Drehfeld erzeugen.
6. Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahl der Statorwicklungen (57) das 1,5-fache
der Zahl der Permanentmagnete (53) auf dem Laufrad
(52) ist.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß vier Sensoren (S1, S2, S3, S4) und
vier Elektromagnete (m1, m2, m3, m4) vorgesehen sind.
8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (311, 511) mehrere sym
metrisch angeordnete Spiralgänge (431, 432, 631, 632)
für das von dem Laufrad (32) beaufschlagte Fluid auf
weist.
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