DE4110488A1 - Magnetkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung für Strömungsmaschinen, die in einem sacklochartigen Gehäuse drehbar gelagert und mit einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Pumpenrad betrieblich verbindbar ist.

Magnetkupplungen der eingangs genannten Art werden regelmäßig bei Strömungsarbeitsmaschinen für Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe angewandt. Handelt es sich hierbei um Kreiselpumpen, dann erfolgt der Antrieb über eine Permanentmagnetkupplung, deren Magnetpolgruppen außerhalb des mediumdicht ausgebildeten Pumpenradraumes ausgebildet sind. Während der Förderung des Mediums können in das sacklochartige Gehäuse, in dem das angetriebene Teil der Magnetkupplung gelagert ist, Metallpartikel oder andere Teilchen gelangen, die zum Verschleiß des angetriebenen Teils der Magnetkupplung führen können.

Ausgehend von obigem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Magnetkupplung ohne unangemessenen konstruktiven Aufwand so weiterzubilden, daß ein Eindringen von Teilchen, insbesondere Metallpartikeln, in das Gehäuse des angetriebenen Teiles der Magnetkupplung vermieden wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Mittel vorgesehen ist, das das Eindringen von Partikeln in das Gehäuse verhindert.

Bei der Erfindung geht es im wesentlichen darum, im Bereich der offenen Seite des im wesentlichen hutförmigen Gehäuses Mittel anzuordnen, die dazu geeignet sind, auf die Partikel Kräfte auszuüben, so daß sie nicht in den Innenraum des Gehäuses gelangen können. Diese Kräfte können mechanischer, magnetischer, elektrischer oder anderer Art sein.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, Mittel zwischen den Magneten der Magnetkupplung und dem Pumpenrad anzuordnen. In der wohl besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Mittel Teil der aus dem Gehäuse herausragenden Magnete ist. Die Magnete des angetriebenen Teils der Magnetkupplung sind daher so bemessen, daß deren eine Stirnseite aus dem Gehäuse herausragt, so daß die Metallpartikel, befinden sie sich zwischen dem Gehäuse und dem Pumpenrad, von der Stirnseite der Magnete aufgefangen werden.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß das Mittel den Gehäuseinnenraum vom Pumpenrad trennt. Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens ist besonders zweckmäßig, wenn das Mittel die Form einer bzw. quer zur Welle der Magnetkupplung verlaufenden Magnetplatte bzw. Magnetkörpers besitzt, die bzw. der mit den Flügeln bzw. Schaufeln des Pumpenrades verbindbar ist. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Platte bzw. der Körper mit dem Pumpenrad kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die dem Gehäuse zugekehrte Stirnseite des Pumpenrades mit Magneten zu versehen, was bereits während der Herstellung des Pumpenrades erfolgen kann.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Mittel zwar die offene Stirnseite des Gehäuses abdeckt, jedoch einen schnellen Druckausgleich zwischen dem Innern des Gehäuses und einer das Pumpenrad beherbergenden Pumpenkammer zuläßt. Dadurch ist einerseits dafür gesorgt, daß die Magnetkupplung gegen grobe, sie schädigende Schmutzfilmteilchen abgeschirmt ist, daß jedoch ein im Gehäuse entstandener Überdruck, der ein das Gehäuse zu dicht verschließendes Mittel zerstören oder vom Gehäuse lösen könnte und damit den Ausfall des Gerätes zur Folge hätte, schnell abgebaut wird oder erst gar nicht entsteht.

Geht man davon aus, daß das Mittel das Gehäuse nie vollkommen dicht verschließt, so sammelt sich mit der Zeit im Gehäuse zu fördernde Flüssigkeit an und Druckdifferenzen können z. B. durch die Temperatur und damit zusammenhängende Dampfblasenbildung ausgelöst sein. Auch ein schneller Druckverlust in der Pumpenradkammer kann zu einem plötzlichen Überdruck im Gehäuse der Magnetkupplung führen.

Als Mittel zur Abschirmung und zum Ausgleich von Druckunterschieden ist z. B. ein feinmaschiges Netz oder Gitter denkbar.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Mittel in Form einer die offene Stirnseite des Gehäuses abdeckbaren Scheibe ausgebildet ist, die von der Welle der Magnetkupplung durchquert ist.

Vorteilhafterweise ist die Scheibe mit kleinen Löchern versehen, durch die hindurch zwischen der Pumpenradkammer und dem Innern des Gehäuses ein Druckausgleich stattfinden kann. Diese Löcher haben in einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung auf der einen Seite der Scheibe einen kleineren Querschnitt als auf der anderen Seite, so daß die die Löcher formenden, dünnen Stifte des Spritzgießwerkzeugs für die Scheibe nicht auf ihrer gesamten Länge den gleichen, kleinen Querschnitt haben müssen und nicht so leicht abbrechen.

Damit mit hoher Sicherheit gewährleistet ist, daß auch zwischen der Scheibe und der Welle des Pumpenrades keine Partikel in das Gehäuse eindringen können, sieht eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, daß in einer Nabe der Scheibe mindestens ein Magnet angeordnet ist. Der Magnet kann in Form einer Scheibe ausgebildet sein, die in einer inneren Ringnut der Nabe eingespannt ist.

Die Abschirmung wird noch dadurch verbessert, daß das Mittel mit der Stirnseite des Gehäuses mittels Nut-Feder-Verbindungen lösbar verbindbar ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im Folgenden erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Kreiselpumpe als Umwälzpumpe für Motorkühlwasser von Kraftfahrzeugmotoren in einem Schnitt durch die Längsachse,

Fig. 2 den angetriebenen Teil der Magnetkupplung in einer weiteren Ausführungsform, vergrößert dargestellt,

Fig. 3 den angetriebenen Teil der Magnetkupplung in einer weiteren Ausführungsform, vergrößert dargestellt,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des angetriebenen Teils der Magnetkupplung, vergrößert dargestellt,

Fig. 5 den Nabenbereich der Magnetkupplung nach Fig. 4, vergrößert dargestellt,

Fig. 6 den Nabenbereich der Magnetkupplung nach Fig. 3, vergrößert dargestellt,

Fig. 7 den angetriebenen Teil der Magnetkupplung in einer fünften Ausführungsform,

Fig. 8 den angetriebenen Teil der Magnetkupplung in einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 9 eine letzte Ausführungsform, die gegenüber der nach Fig. 8 leicht modifiziert ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Kreiselpumpe für Motorkühlwasser für Kraftfahrzeuge besteht aus einem Pumpengehäuse 48, das aus vier separaten und gespritzten Teilen 34, 44, 50 und 52 besteht. Das Pumpengehäuseteil 34 ist mit dem Kupplungsgehäuseteil 44 über einen Dichtungsring 40 verbunden. Im Kupplungsgehäuseteil 44 ist eine Bohrung 9 mit Gewinde ausgebildet, in welche die Schraube 11 einschraubbar ist, so daß eine lösbare Verbindung zwischen dem Pumpengehäuseteil 34 und dem Kupplungsgehäuseteil 44 herstellbar ist. An das Kupplungs-Gehäuseteil 44 schließt sich das Antriebsmotor-Gehäuseteil 50 an, in dem der nicht näher dargestellte Antriebsmotor 47 gelagert ist. Das in Fig. 1 rechts dargestellte Ende des Pumpengehäuses 48 ist mittels eines Deckels 52 mit Stromversorgungs­ anschlüssen 51 abdeckbar. Das Pumpengehäuseteil 34 hat zwei hohlzylindrische Abschnitte, von denen der Abschnitt 38 in der Form eines Eingangstutzens ausgebildet ist. Der andere hohlzylindrische Teil ist so bemessen, daß in ihm das Pumpenrad 12 mit den Schaufeln 32 unterbringbar ist. Das Pumpenrad 12 besteht aus einer auf die Welle 30 aufgesteckten Nabe 31, die die Schaufeln 32 trägt. Das linke Ende dieser Welle 30 ist vom Lager 36 aufgenommen, während das in Fig. 1 rechts dargestellte Ende der Welle 30 Halteabschnitte für den Ringmagnet 24 besitzt. Der Ringmagnet 24 ist so bemessen, daß er aus dem Gehäuse 10 in Richtung der Schaufeln 32 herausragt. Die zwischen den Schaufeln 32 und der den Schaufeln 32 zugekehrten Stirnseite des Gehäuses 10 befindlichen Partikeln können daher von den als Mittel 14 ausgebildeten Magneten aufgefangen werden. Das im Querschnitt hutförmige Gehäuse 10 ist zwischen den Gehäuseteilen 34 und 44 und dem Dichtungsring 40 eingespannt. In eine hohlzylindrische Aufnahme eines Magnet-Drehkupplungs-Antriebsteils 45 ist ein Ringmagnet eingesetzt, der das Gehäuse 10 außen umgibt und über eine Welle 49 und das Antriebsteil 45 mit dem Antriebsmotor 47 betrieblich verbindbar ist. Der angetriebene Teil 23 der Magnetkupplung ist daher vom antreibenden Teil 45 hermetisch abgeschlossen. Zwischen dem Magneten 24 und dem zyinderförmigen Gehäuse 10 ist ein Ringspalt 25 ausgebildet, in den Partikeln gelangen könnten, wenn die Magnetkupplung nicht mit Mitteln versehen wäre, die das Eindringen der Partikel in diesen Ringspalt verhindern.

Fig. 2 läßt erkennen, daß das Mittel 18 zwischen dem Magneten 24 und dem Pumpenrad 12 angeordnet ist. Es besitzt die Form einer quer zur Welle 30 der Magnetkupplung verlaufenden Magnetplatte, die mit den Flügeln 32 des Pumpenrades 12 verbindbar ist. Die dem Gehäuse 10 zugekehrte Stirnseite des Pumpenrades 12 besitzt Einschnitte bzw. nutförmige Ausdehnungen, in welche die Magnetplatte 18 formschlüssig einbringbar ist. Die sich im Medium befindlichen und magnetisierbaren Teilchen werden insbesondere von der dem Einlaßstutzen 38 abgekehrten Stirnseite der Magnetplatte 18 aufgefangen. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die Schaufeln 32 mit einer Magnetschicht zu versehen.

Die Fig. 3 und 6 lassen erkennen, daß das Mittel 20 in Form einer die offene Stirnseite des Gehäuses 10 abdeckende Scheibe mit einer Nabe 60, die von der Welle 30 der Magnetkupplung durchquert ist, ausgebildet ist. Die hohlzylindrische Nabe 60 besitzt eine innere Öffnung 65, in welche der Magnet 66 eingespannt ist. Innerhalb der Nabe 60 ist eine weitere Nabe 62 ausgebildet, die sich bis zum Magneten 66 erstreckt und eine dichte Verbindung zwischen der Welle 30 und der Nabe 60 herstellt. Die Nabe 62 kann in Form einer auf der Welle 30 satt anliegenden Dichtlippe ausgebildet sein. im Bereich der Stirnseite 71 des Gehäuses 10 sind zwei axial vorstehende Federn 70 und 72 ausgebildet, die in Nuten komplementärer Gestalt des Mittels 20 eingreifen. Auch das Mittel 20 besitzt zwei konzentrisch zueinander angeordnete Federn 74 und 76, die Nuten definieren. Das Mittel 20 kann gegen die Stirnseite 71 des Gehäuses 10 aufgerastet werden. Durch die labyrinthartige Nut-Feder-Dichtung ist eine mediumdichte Verbindung zwischen dem Mittel 20 und der Stirnseite 71 hergestellt. Die mit dem Magnet 66 bestückte Nabe 60 verhindert, daß metallische Teilchen in den Bereich der Nabe 62 gelangen können. Andererseits ist durch die Nabe 62 eine mediumdichte Verbindung zwischen der Welle 30 und der Nabe 62 herstellbar.

Die Scheibe 20 ist fest mit dem Gehäuse 10 verbunden und lagert die Welle 30 nahe am Pumpenrad 12. Deshalb kann auf eine Lagerung der Welle 30 vor dem Pumpenrad im Eingangsstutzen 38 verzichtet werden, so daß der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert ist. Neben der kostengünstigen Ausbildung ist darin der Hauptvorteil der Ausführung nach den Fig. 3 und 6 zu sehen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen, daß das Mittel 22 mit der Stirnseite 71 genauso verbindbar ist, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, während in der Nabe 60 zwei Ringnuten 65 und 67 ausgebildet sind, wobei in der Ringnut 65 der scheibenförmige Magnet 66 eingespannt ist, während die Ringnut 67 einen Dichtring 64 aufnimmt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen besonders einfache Ausführungen, die jedoch, wie Versuche gezeigt haben, in vielen Anwendungsfällen den gestellten Anforderungen genügen. Hier ist die offene Stirnseite des Gehäuses 10 durch eine bloße Scheibe 20 gegenüber der Pumpenkammer 90 mit dem Pumpenrad 12 verschlossen. Diese Scheibe 20 weist innen einen Zentrierbund 80 auf und sitzt auf einer am Gehäuse 10 ausgebildeten Schulter 81 auf. Dadurch wird eine Art Labyrinthdichtung zwischen dem Gehäuse 10 und der Scheibe 20 geschaffen. Um die Scheibe 20 herum ist an mehreren Stellen 82 Material des Gehäuses 10 radial gegen und über die Scheibe 20 gedrückt, so daß diese fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

Die Welle 30 ist in einer Buchse 83 am Boden des Gehäuses 10 und in einer zentralen Buchse 84 an der Scheibe 20 drehbar gelagert, wobei die Buchse 84 in eine Aufnahme 85 in der Nabe 31 des Pumpenrads 12 hineinragt. Eine Lagerung der Welle 30 im Einlaßstutzen erübrigt sich.

Anders als bei der Ausführung nach Fig. 7 ist die Scheibe 20 bei der Ausführung nach Fig. 8 mit insgesamt vier kleinen Bohrungen 91 versehen, die jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind, gleichen Abstand von der Achse der Welle 30 besitzen und von denen in Fig. 8 zwei erkennbar sind. Der Durchmesser der Bohrungen beträgt etwa 0,3 mm und ist kleiner als der Abstand zwischen dem Ringmagneten 24 und dem Gehäuse 10. Das Innere des Gehäuses 10 ist somit trotz der Bohrungen 91 gegen alle Schmutzteilchen, die die Funktion der Magnetkupplung beeinträchtigen könnten, abgeschirmt. Zugleich ist jedoch aufgrund der Bohrungen 91 ein schneller Druckausgleich zwischen der Pumpenkammer 89 und dem Inneren des Gehäuses 10 möglich.

Damit die Stifte am Werkzeug, die die Bohrungen 91 formen, nicht auf einer Länge, die der ganzen Stärke der Scheibe 20 entspricht, gleich dünn sein müssen, sind die Bohrungen 91 bei der Ausführung nach Fig. 9 auf der der Pumpenkammer 90 zugewandten Seite der Scheibe 20 im Querschnitt kleiner als auf der anderen Seite. Man kann dabei zwei Abschnitte 92 und 93 unterscheiden, die in einer Stufe ineinander übergehen. Der Abschnitt 92 hat den kleinen, der Abschnitt 93 den großen Querschnitt.

Es ist auch denkbar, anstelle einer stabilen Scheibe ein engmaschiges Netz oder Gitter zur Abschirmung des Gehäuses 10 zu verwenden. Jedoch ist eine stabile Scheibe einfacher zu handhaben und zu befestigen und wird weniger leicht beschädigt.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Ringspalt 25 magnetisch und/oder mechanisch abgeschirmt ist. Insgesamt erweist sich der Gegenstand nach der Erfindung durch die Einfachheit der vorgeschlagenen Lösungsmittel als eine sowohl in bezug auf seine vorteilhafte Wirkung als auch auf den geringen konstruktiven Aufwand überraschend gelungene technische Leistung.

Claims (22)

1. Magnetkupplung für Strömungsmaschinen, die in einem sacklochartigen Gehäuse (10) drehbar gelagert und mit einem außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Pumpenrad (12) betrieblich verbindbar ist, dadurch gekennzeichent, daß mindestens ein Mittel (14, 18, 20, 22, 64, 66) vorgesehen ist, das das Eindringen von Partikeln in das Gehäuse (10) verhindert.

2. Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (14, 18, 20, 22) auf die Partikel mechanische und/oder magnetische Kraft ausübt.

3. Magnetkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (14, 18, 20, 22) zwischen den Magneten (24) der Magnetkupplung und dem Pumpenrad (12) angeordnet ist.

4. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (14) Teil der aus dem Gehäuse (10) herausragenden Magneten (24) ist.

5. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (20, 22) den Gehäuseinnenraum vom Pumpenrad (12) trennt.

6. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (18) die Form einer bzw. eines quer zur Welle (30) der Magnetkupplung verlaufenden Magnetplatte bzw. Magnetkörpers besitzt, die bzw. der mit den Flügeln (32) bzw. Schaufeln des Pumpenrades (12) verbindbar ist.

7. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (18) bzw. der Körper mit dem Pumpenrad (12) kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist.

8. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (20) die offene Stirnseite des Gehäuses (10) gegen Verschmutzung abdeckt, jedoch einen schnellen Druckausgleich zwischen dem Innern des Gehäuses (10) und einer das Pumpenrad (12) beherbergenden Pumpenkammer (90) zuläßt.

9. Magnetkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein feinmaschiges Netz bzw. Gitter ist.

10. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (20, 22) in Form einer die offene Stirnseite des Gehäuses (10) abdeckenden und insbesondere am Gehäuse (10) festsitzenden Scheibe (20), die von der Welle (30) der Magnetkupplung durchquert ist, ausgebildet ist.

11. Magnetkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (20) eine Nabe (62, 84) aufweist, die von der Welle (30) durchquert ist.

12. Magnetkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (62, 84) an der Welle (30) mediumdicht anliegt.

13. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die fest am Gehäuse (10) sitzende Scheibe (20) eine das Pumpenrad (12) und den angetriebenen Magneten (24) tragende Welle (30) lagert.

14. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nabe (60) der Scheibe (22) mindestens ein Magnet (66) angeordnet ist.

15. Magnetkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (66) in Form einer Scheibe ausgebildet ist, die in einer inneren Ringnut der Nabe (60) eingespannt ist.

16. Magnetkupplung nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die Scheibe (20) kleine Löcher (91), vorzugsweise in Form von Bohrungen, eingebracht sind.

17. Magnetkupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (91) gleichmäßig über die Scheibe (20) verteilt sind.

18. Magnetkupplung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Durchmesser eines Loches (91) kleiner ist als der Abstand zwischen einem im Gehör (10) befindlichen Magneten (24) und dem Gehäuse (10), insbesondere etwa 0,3 mm beträgt.

19. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (91) auf der einen Seite der Scheibe (20) einen kleineren Querschnitt haben als auf der anderen Seite der Scheibe (20).

20. Magnetkupplung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (91) auf der dem Pumpenrad (12) zugekehrten Seite der Scheibe (20) einen kleineren Querschnitt haben als auf der anderen Seite der Scheibe (20).

21. Magnetkupplung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (91) stufig ausgebildet sind und zwei Abschnitte (92, 93) unterschiedlichen Querschnitts aufweisen.

22. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß axial vorstehende und koaxial zueinander angeordnete Federn (70, 72) der Stirnseite (71) des Gehäuses in komplementären Nuten des Mittels (20, 22) formschlüssig eingreifen.