DE4411367A1 - Spalttopfgedichtete magnetische Antriebseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine spalttopfgedichtete magnetische Antriebseinrichtung mit einer Kraftübertragung von einer Antriebs- auf eine Abtriebsanordnung mittels einer Anordnung aus zusammenwirkenden mit der Antriebs- bzw. Abtriebsanordnung verbundenen Magneten, die zwischen sich einen Spalt einschließen, und einem die Abtriebs- von der Antriebsanordnung hermetisch abdichtenden, den Spalt zwischen den Magneten durchsetzenden Spalttopf.

Derartige Antriebseinrichtungen oder Magnetkupplungen werden zunehmend bei Geräten, wie Pumpen, Rührwerken und dgl. eingesetzt, die in Verbindung mit toxischen oder umweltschädlichen Medien betrieben werden, da mittels des Spalttopfes eine hermetische leckfreie Abdichtung der Gerätschaften erzielbar ist. Bei bekannten Antriebseinrichtungen der genannten Art durchströmt im allgemeinen das abzudichtende Medium den Spalt zwischen Spalttopf und abtriebsseitigen Magneten. Es besteht daher die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes des Spalttopfes, wenn es sich um ein Medium handelt, das abrasive Partikel, z. B. Metallspäne, Sandkörner oder dgl. mitführt. Diese Partikel werden beim Durchströmen des Spaltes aufgrund der Zentrifugalkräfte gegen die Innenwand des Spalttopfes geschleudert und bewirken einen mehr oder minder raschen Abrieb des Spalttopfes von dessen Innenseite aus. Um der Gefahr eines vorzeitigen Ausfalles der dichtenden Wirkung des Spalttopfes entgegenzutreten bzw. rechtzeitig Schritte einleiten zu können, daß eventuelle katastrophale Auswirkungen auf die Umwelt bei einem Undichtwerden des Spalttopfes verhindert werden, wurde schon die Verwendung eines doppelwandigen Spalttopfes mit Überwachung des Zwischenraumes, oder der Einsatz von verschleißfesten keramischen Materialien für den Spalttopf vorgeschlagen. Eine weitere bekannte Lösung sieht die zusätzliche Anordnung einer Gleitringdichtung vor, um den Gehäusebereich, in dem sich das abrasive abzudichtende Medium befindet, gegenüber dem Bereich, in dem die Magneten und der Spalttopf angeordnet sind, abzudichten. Bei diesem Lösungsvorschlag kann in letzterem Gehäusebereich ein Fremdmedium eingeführt werden, das keine oder wesentlich geringere abrasive Wirkungen auf den Spalttopf als das abzudichtende Medium hat. Gemeinsamer wesentlicher Nachteil der bekannten Vorschläge zur Lösung des Verschleißproblemes ist, daß dafür ein relativ hoher technischer Aufwand betrieben werden muß, so daß derartige Antriebseinrichtungen kompliziert und hinsichtlich Wartung und Fertigung teuer sind. Bekannt ist ferner eine spalttopfgedichtete magnetische Antriebseinrichtung (DE-A-38 05 322), bei der endseitig des vom Medium durchströmten Spaltes magnetische Abfangeinrichtungen angeordnet sind, an denen sich im Strömungsmedium mitgeführte gröbere magnetisierbare Partikel ansammeln können und dadurch an einem Eindringen in den Spalt gehindert werden. Diese Maßnahme ist von Natur her nur für abrasive magnetisierbare Partikel wirksam, während die schädlichen Auswirkungen anderer Partikel weiterhin uneingeschränkt zum Tragen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne wesentlichen technischen Mehraufwand wirksam das Eindringen abrasiver Partikel in den Spalt spalttopfgedichteter Antriebseinrichtungen der eingangs erwähnten Art zu verhindern bzw. wesentlich zu erschweren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens in dem zwischen dem Spalttopf und den abtriebsseitigen Magneten definierten Spaltbereich des vom Spalttopf umschlossenen Raumes eine Flüssigkeit mit magnetischer Eigenschaft enthalten ist. Aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaft wird die Flüssigkeit im Spaltbereich durch die magnetischen Kräfte, die von den zusammenwirkenden Magneten ausgehen, gehalten, so daß im allgemeinen keine speziellen baulichen Maßnahmen getroffen werden müssen, um die magnetische Flüssigkeit an einem Ausfließen aus dem Spaltbereich zu hindern. Andererseits verhindert die magnetische Flüssigkeit wirksam eine Eindringen des abzudichtenden Mediums in den Spalt und damit einen vorzeitigen Verschleiß des Spalttopfes. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann daher ohne die eingangs erwähnten Zusatzeinrichtungen auskommen, die im Hinblick auf die schädlichen Auswirkungen abrasiver Partikel im abzudichtenden Medium bei den bekannten Lösungsvorschlägen vorgesehen werden müssen. Die erfindungsgemäßen Maßnahme können daher, wenn erwünscht, auch nachträglich bei geeigneten im Einsatz oder Handel befindlichen magnetischen Antriebseinrichtungen vorgesehen werden. Die magnetisierbaren Inhaltsstoffe handelsüblicher magnetischer Flüssigkeiten sind von einer solch geringen Abmessung, daß eine verschleißbedingte Abnutzung des Spalttopfes seitens dieser Stoffe nicht in Frage kommt bzw. vernachlässigt werden kann. Bezüglich geeigneter magnetischer Flüssigkeiten kann auf die Unteransprüche verwiesen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine magnetische Antriebseinrichtung für eine Kreiselpumpe in fragmentarischer längsgeschnittener Ansicht.

Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit einer magnetischen Antriebseinrichtung bzw. Magnetkupplung für eine Kreiselpumpe beschrieben wird, versteht es sich, daß die Erfindung auf diese Anwendung nicht beschränkt ist, sondern auch bei anderen Gerätschaften, wie Rührwerken und dgl., vorteilhaft eingesetzt werden kann. Außerdem ist die Erfindung nicht auf die beschriebene spezielle bauliche Ausgestaltung einer Magnetkupplung beschränkt.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Zeichnung das stationäre Gehäuse einer Kreiselpumpe angedeutet. Im Gehäuse 1 ist mittels einer das allgemeine Bezugszeichen 2 aufweisenden Gleitlageranordnung eine Welle 3 gelagert, an deren einem axialen Ende ein Pumpenlaufrad 4 befestigt ist. Zur Drehung der Welle 3 und damit des Pumpenlaufrades 4 dient eine Magnetanordnung 6. Insbesondere ist am anderen Ende der Welle 3 in radial beabstandeter koaxialer Beziehung dazu ein innerer oder abtriebsseitiger zylindrischer Träger 5 befestigt, an dessen äußeren Umfang ein oder mehrere umfänglich verteilt angeordnete innere oder abtriebsseitige Permanentmagnete 7 gehalten sind. Den abtriebsseitigen Permanentmagneten 7 entsprechen antriebsseitige Permanentmagnete 8 am inneren Umfang einer äußeren oder antriebsseitigen zylindrischen Büchse 9, die die abtriebsseitige Büchse 5 koaxial mit Abstand umgibt. Die antriebsseitige Büchse 9 kann an einem Flansch 10 befestigt sein, auf den die Antriebskraft eines nicht gezeigten Motors einwirken kann. Infolge der wechselseitigen Polung der gegenüberliegenden Permanentmagnete 7, 8 wirkt zwischen diesen eine magnetische Kraft, die bei einer Drehung der antriebsseitigen Büchse 9 zu einer ebensolchen Drehung der abtriebsseitigen Büchse 5 und damit der Welle 3 führt.

Zwischen dem Paar an- und abtriebsseitiger Permanentmagnete 7, 8 ist ein Ringspalt 11 gebildet. Eine Dichtungsanordnung in Gestalt eines stationären Spalttopfes 12 ist vorgesehen, um den abtriebsseitigen Teil der Magnetkupplung von dem antriebsseitigen Teil hermetisch abzudichten. Der Spalttopf 12 umfaßt einen Bodenbereich 13 und einen zylindrischen Bereich 14, der sich durch den Spalt 11 hindurcherstreckt und an seinem freien Ende am Gehäuse 1 dichtend befestigt ist.

In einen Ringraum 16, der einerseits zwischen einer am Gehäuse 1 befestigten Haltebuchse 15 für die Gleitlageranordnung 2 und dem freien, aus dem Spalt 11 herausragenden Endabschnitt des Spalttopfes 12 und andererseits zwischen axial beabstandeten Bereichen des Gehäuses 1 und einer Stirnseite der abtriebsseitgen Büchse 5 gebildet ist, kann das zu pumpende Medium über einen das Gehäuse 1 durchsetzenden Kanal 17 eingeführt werden, der in den Pumpenraum ausmündet. In den Ringraum 16 können ferner durch Leckage an der Gleitlageranordnung 2 austretende Mengen des zu pumpenden Mediums gelangen.

Der vorbeschriebene Aufbau der magnetischen Antriebseinrichtung ist grundsätzlich bekannt, so daß auf weitere Details für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht näher eingegangen werden braucht.

Erfindungsgemäß ist der Bereich des Spaltes 11, der zwischen dem Spalttopf 12 und den abtriebsseitigen Permanentmagneten 7 definiert ist und mit dem Ringraum 16 in Verbindung steht, mit einer geeigneten magnetischen Flüssigkeit gefüllt, wie dies in der Zeichnung durch eine Punktierung angedeutet ist. Die magnetische Flüssigkeit kann ferner auch einen Freiraum 17 füllen, der zwischen dem Bodenbereich 13 des Spalttopfes 12 und dem benachbarten Stirnende der abtriebsseitigen Magnetanordnung 7 und der Welle 3 begrenzt ist. Die magnetische Flüssigkeit wird vorzugsweise bei der Montage der magnetischen Antriebseinrichtung eingegeben und verbleibt dann in dem besagten Bereich des Spaltes 11 aufgrund der von den Permanentmagneten 7, 8 auf die Flüssigkeit ausgeübten magnetischen Kräfte, die ein Herausfließen der Flüssigkeit aus dem Spaltbereich wirksam verhindern. Geringe dennoch in den Ringraum 16 austretende Leckagen werden ohne Eingriff von außen durch die Menge an magnetischer Flüssigkeit ersetzt, die im Freiraum 18 bevorratet ist.

Eine bevorzugte magnetische Flüssigkeit ist aufgrund ihres inerten Verhaltens gegenüber den meisten zu pumpenden Medien ein Perfluorpolyäther (PFPE) mit darin dispergierten feinen magnetischen Partikeln. Die magnetischen Partikel können außerdem, wenn erwünscht, mit einer nicht abrasiven Oberflächenbeschichtung versehen sein. Bezüglich weiterer Details kann beispielsweise auf "Industrial and Commercial Technology" Publication No. EUR 14534 der Commission of the European Communities 1993/Luxemburg, ISBN 92-826-4454-5, verwiesen werden. Die Erfindung ist jedoch auf diese spezielle magnetische Flüssigkeit nicht beschränkt. Vielmehr können auch andere derartige Flüssigkeiten verwendet werden vorausgesetzt, sie vermischen sich weder mit dem zu pumpenden Medium noch gehen damit Reaktionen ein.

Der Ringraum 16 kann mit dem zu pumpenden Medium gefüllt sein, das jedoch aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen an einem Eindringen in den Spalt 11 gehindert ist, so daß sich die im zu pumpenden Medium befindlichen abrasiven Partikel nicht verschleißend auf den Spalttopf 12 auswirken können. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die magnetische Flüssigkeit eine deutliche Erhöhung des zwischen den Permanentmagneten 7, 8 übertragbaren Drehmomentes bewirken kann.

Claims (3)

1. Spalttopfgedichtete magnetische Antriebseinrichtung mit einer Kraftübertragung von einer Antriebs- auf eine Abtriebsanordnung mittels einer Anordnung aus zusammenwirkenden mit der Antriebs- bzw. Abtriebsanordnung verbundenen Magneten, die zwischen sich einen Spalt einschließen, und einem die Abtriebs- von der Antriebsanordnung hermetisch abdichtenden, den Spalt zwischen den Magneten durchsetzenden Spalttopf, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens dem zwischen dem Spalttopf (12) und den abtriebsseitigen Magneten (7) definierten Spaltbereich des vom Spalttopf umschlossenen Raumes eine Flüssigkeit mit magnetischer Eigenschaft enthalten ist.

2. Spalttopfgedichtete Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Flüssigkeit aus der Gruppe der sich mit einem abzudichtenden Strömungsmedium nicht vermischenden oder reagierenden Flüssigkeiten gewählt ist.

3. Spalttopfgedichtete Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flüssigkeit Perfluorpolyäther (PFPE) umfaßt.