DE69911634T2

DE69911634T2 - Drehbewegungsdurchführung

Info

Publication number: DE69911634T2
Application number: DE69911634T
Authority: DE
Inventors: G. David MAHONEY; Walter Helgeland
Original assignee: Rigaku/usa Inc Danvers; Rigaku USA Inc
Current assignee: Rigaku/usa Inc Danvers; Rigaku USA Inc
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: DE69911634D1; WO2000026564A1; US6199867B1; ATE250735T1; EP1127234A1; EP1127234B1; AU1327500A; JP2003523490A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Drehbewegungsfurchführungen, die mit einer magnetischen Flüssigkeit ("Ferrofluid") abgedichtet sind. Solche Vorrichtungen verwenden im allgemeinen eine Anordnung mit einem magnetischen Polschuh, um in einer axial längs einer Drehwelle angeordneten Anzahl von ringförmigen Spalten für einen geeigneten Magnetfluss zu sorgen.
Die dem US-Patent 5,975,536 entnommenen 1A und 1B zeigen ein typisches Beispiel für eine Drehbewegungsdurchführung 100 nach dem Stand der Technik. Fünf Ringe von Polschuhen 20 sind zur Bildung einer Polschuhanordnung 16 mit vier Ringmagneten 18 zu einem Stapel zusammengefasst. Die gesamte Anordnung ist in einem Gehäuse 10 untergebracht, welches auch eine Welle 14 und eine Wellenlageranordnung 12 aufnimmt.
Die Welle 14 weist einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Polringe 20 auf, so dass sich zwischen jedem Polring und der Welle ein kleiner Ringspalt 22 befindet. Dieser Spalt ist in radialer Richtung typischerweise 5 × 10^–3 cm (0,002 Zoll) groß. Jeder Spalt ist mit einem Ferrofluid gefüllt, welches durch Magnetkraft an Ort und Stelle gehalten wird.
Ein (nicht gezeigtes) Dichtungsmaterial füllt die Leerräume 21 (3) zwischen den Magneten 18 und den Polringen 20 aus, was die Bildung eines Lecks vom Außendurchmesser der Polringe radial einwärts zu dem Dichtungsbereich für das Ferrofluid verhindert. Es ist erforderlich, eine (weiter unten beschriebene) statische Abdichtung an jedem der acht Grenzflächen zwischen den Polringen 20 und den Ringmagneten 18 vorzunehmen. Geschieht dies nicht, würde jede der durch die acht Fluidringe gebildeten Dichtungen von einem Gas umströmt, das durch die Grenzfläche Polring/Magnet leckt. Dies würde zu dem vollen Drukkunterschied (typischerweise 1 Atmosphäre) führen, der über den letzten Fluidring am linken Ende des Polschuhs auftritt. Da es nicht möglich ist, eine so große Druckdifferenz über einen einzigen Fluidring aufrechtzuerhalten, würde es keine Abdichtung geben. Bei sorgfältiger Formulierung und Anwendung dient das Dichtungsmaterial auch dazu, die Magnete 18 durch mechanische Rückhaltung in ihrer richtigen Lage zu halten. Eine einzelne O-Ringdichtung 30 sorgt zwischen der Polschuhanordnung 16 und dem Gehäuse 10 auf der Vakuumseite des Polschuhs für eine statische Abdichtung.
Die fünf Polschuhringe 20 müssen zueinander und zur Achse der rotierenden Welle genau ausgerichtet sein (typischerweise innerhalb 1,3 × 10^–3 cm (0,0005'')), um acht ringförmige Spalte zu bilden, die mit Ferrofluid gefüllt werden können. Diese Ausrichtung erfolgt während des Zusammenbaus des Polschuhs, indem die Polringe 20 auf einer (nicht gezeigten) Befestigungswelle mit einem mit dem Innendurchmesser (ID) des Polrings sehr genau übereinstimmenden Durchmesser (typischerweise innerhalb von 5 × 10^–4 cm (0,0002'')) angebracht werden. Der Stapel aus Polringen und Magneten wird sodann auf einer Einspannvorrichtung gehalten und es wird ein statisches Dichtungsmaterial (typischerweise ein Epoxy-Harz und Härter) aufgetragen und aushärten gelassen. Die Aushärtungszeit beträgt gewöhnlich mehrere Stunden.
Die 2 ist eine maßgleiche Ansicht eines typischen einzelnen Polrings 20 nach dem Stand der Technik mit einer auf einer Oberfläche angebrachten ringförmigen Anordnung von kurzen zylindrischen Magneten 18A. Obwohl ein einzelner Ringmagnet verwendet werden könnte, wird dafür oft eine Anordnung von kleinen Magneten eingesetzt, weil sich bei einer Verwendung von nur einem oder zwei Typen von genormten kleinen Magneten viele unterschiedliche Dichtungsgrößen herstellen lassen, wodurch sich die Produktionsplanung und die Materialdisposition vereinfachen lassen. Typische Abmessungen für einen Magneten sind ein Durchmesser von 4,5 und 9 mm und eine Höhe von 2 mm. In jeder Schicht werden genügend Magnete angebracht, um im wesentlichen den ganzen verfügbaren Raum auszufüllen. Aus 2 ist ersichtlich, dass eine Menge leeren Raumes mit Dichtungsmaterial gefüllt werden muss.
Eine nähere Betrachtung von 2 zeigt auch, dass es am Außendurchmesser des Polrings einen kleinen erhabenen Rand 15 gibt. Jeder Magnet wurde so angeordnet, dass er am Innendurchmesser dieses Randes anliegt. Der Rand ist deshalb erforderlich, weil die Magneten jeweils aufeinander Abstoßungskräfte ausüben, welche dazu neigen, alle Magnete radial von der Achse des Polrings wegzustoßen. Diese Kraft fällt besonders ins Gewicht, wenn der letzte Magnet auf dem Ring angebracht wird. Gäbe es keinen Rückhalterand, könnten sich ein oder mehrere Magnete radial nach außen bewegen und über den Außendurchmesser des Polrings hinausstehen.
3 zeigt einen Stapel von vier Polringen 18A mit den jeweiligen Magnetlagen in einer vollständigen Polschuh-Anordnung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde der oberste Polring weggelassen.
Die EP-A-0,450,824 offenbart eine Vorrichtung zur Kopplung einer Rotationsbewegung zwischen einer ersten und zweiten über eine Barriere voneinander getrennten Umgebung mit einem zwischen zwei zylindrischen Bauteilen angeordneten Magnet. Die Bauteile weisen radial von ihren Außendurchmessern nach innen sich erstreckende Rillen zur Aufnahme statischer Dichtungen auf. Auf dem Innendurchmesser der Bauteile sind Magnetpolspitzen angeformt, welche an den Spalt zwischen den beiden Bauteilen angrenzen und dazu dienen, dass zwischen den Spitzen eine magnetische Flüssigkeit aufgenommen werden kann. Längs dem Innendurchmesser der Bauteile verläuft eine drehbare Welle zwischen der ersten und zweiten Umgebung. Die Bauteile werden radial von einem Gehäuse umschlossen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche wiedergegeben mit optionalen Merkmalen in den abhängigen Ansprüchen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird eine Drehbewegungsdurchführungs-Vorrichtung zum Koppeln einer Rotationsbewegung von einer Umgebung mit hohem Druck (Atmosphärendruck) zu einer Umgebung mit niedrigem Druck (Vakuum) zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung ist durch eine einheitliche Polschuhkonstruktion gekennzeichnet. Der einheitliche Polschuh wird von einem einzigen zylindrischen Bauteil mit einem Innen- und Außendurchmesser gebildet und ist aus einem ferromagnetischen Metall, wie z. B. rostfreiem Stahl, gefertigt. Vom Innendurchmesser des Bauteils sich radial nach außen erstreckende Vertiefungen sind mit einem oder mehreren Magneten ausgefüllt, wobei die Magnete in einer jeweiligen Vertiefung die gleiche Polarität aufweisen, während die Magnete in jeweils aufeinanderfolgenden Vertiefungen gegensätzliche Polarität besitzen. Seitlich an die Vertiefungen angrenzend sind im Innendurchmesser Magnetpolspitzen eingeformt. Im Raum zwischen den Polspitzen ist ein Ferrofluid (magnetische Flüssigkeit) enthalten.
Eine drehbare Welle erstreckt sich längs des Innendurchmessers des Polschuhs in nächstem Abstand dazu und ein stationäres Gehäuse umgibt den Polschuh. Der von den Magneten erzeugte Magnetfluss wird in den Räumen zwischen den Spitzen mit dem Fluid gekoppelt und erzeugt eine nicht-rotierende dynamische Gasdichtung zwischen der drehbaren Welle und dem Gehäuse, welches den Polschuh koaxial umgibt.
Eine Vertiefung zur Aufnahme einer O-Ringdichtung ist auf dem Außendurchmesser des Polschuhs an dem Ende des Polschuhs eingeformt, welches der Umgebung mit niedrigem Druck am nächsten ist. Wahlweise können Kanäle zur Wasserkühlung und Kanäle für O-Ringdichtungen in den Außendurchmesser des Polschuhs eingeformt sein, falls eine Wasserkühlung der Vorrichtung erwünscht ist.
Dem Stand der Technik der 1A, 1B, 2 und 3 anhaftende Probleme sind die Kosten, die Zuverlässigkeit, die Verarbeitungszeit, die Genauigkeit der Aus richtung sowie ungleiche Abstände der Magnete voneinander. Genauer werden diese Probleme im Folgenden diskutiert.

– Jeder Polring muss mit der erforderlichen Genauigkeit hergestellt werden und muss einer Überprüfung unterzogen werden, um sicher zu gehen, dass er den Erfordernissen entspricht. Die erforderliche Einspannvorrichtung für die Anordnung muss sogar mit einer höheren Genauigkeit hergestellt werden als die Ringe. Das Zusammenbauen erfordert Geschicklichkeit. Dies sind alles kostenintensive Faktoren des Standes der Technik. Weil ein nach dem Stand der Technik hergestellter Polschuh viele Einzelteile enthält, ist die Zuverlässigkeit der Anordnung gemindert. Ist irgend ein Teil (Polring, Magnet, Dichtungsmaterial) defekt, wird die Zuverlässigkeit der gesamten Anordnung beeinträchtigt.
– Eine Reduzierung der Anzahl der Teile erhöht die Zuverlässigkeit des Ganzen. Während des Aushärtens des Dichtungsmaterials ist es erforderlich, die gesamte Anordnung in der Einspannvorrichtung zu belassen. Typischerweise wird bei Raumtemperatur über Nacht ausgehärtet. Dies bedeutet, dass die Herstellungszeit lang ist und dass für Polschuhe mit großer Stückzahl viele Einspannvorrichtungen benötigt werden. Zusätzlich zu dem offensichtlichen Kostenaufwand führen diese Überlegungen zu weniger flexiblen Produktionsbedingungen.
– Weil der Innendurchmesser der Polringe gewissen Toleranzen unterliegt, werden innerhalb eines Kombination keine zwei Ringe exakt den gleichen Durchmesser aufweisen. Deshalb lassen sie sich auch auf einer Einspannvorrichtung nicht genau ausrichten. In den meisten Fällen ist die Ausrichtung für praktische Zwecke gut genug, in extremen Fällen jedoch (z. B. bei extrem hohen Geschwindigkeiten oder minimaler Anzahl von Dichtungsabschnitten) wäre eine größerer Annäherung an eine perfekte Ausrichtung erwünscht. Die Verwendung vieler Bauteile im Stand der Technik schränkt diesen in der Annäherung auf eine möglichst perfekte Ausrichtung ein. Wenn die Magnete auf den Polringen angebracht werden, sollten sie glei chen Abstand aufweisen. Ist dies nicht der Fall, ist das Gesamtmagnetfeld unregelmäßig und es lässt sich eine gewisse Verschlechterung der Dichtungseigenschaften (z. B. eine Verminderung des Drucks) beobachten.

Die vorliegende Erfindung behandelt und löst vier der oben wiedergegebenen schwierigen Punkte im Stand der Technik: (1) eine genaue axiale Ausrichtung der Dichtungsstufen, (2) eine statische Abdichtung von Umgehungslecks zwischen den Stufen, (3) die Rückhaltung und radiale Verteilung der Magnete und (4) eine zusätzliche Größe sowie Kosten, die anfallen, wenn eine Wasserkühlung der Dichtung erforderlich ist.
Wie zuvor beschrieben, weist eine Polschuhanordnung des Standes der Technik gewöhnlich zwei bis fünf Polringe und einen oder mehrere Magnete auf. All diese Bauteile müssen in einer Art und Weise zusammengebaut werden, welche eine kritische mechanische Ausrichtung unter den Bauteilen ermöglicht und beibehält. Ein Verfahren, diese Ausrichtung zu ermöglichen besteht darin, den Polschuh unter Verwendung spezieller Einspannvorrichtungen als Untereinheit zusammenzubauen. Ein anderes Verfahren besteht in der Verwendung des Durchführungsgehäuses zur Ermöglichung der Ausrichtung zu der Zeit, wenn die fertige Durchführung zusammengebaut wird. In beiden Verfahren müssen Dichtungsmittel eingesetzt werden, um zwischen den Stufen eine Umgehungsleckage längs der Außenseite des Polschuhs zu verhindern. Werden, wie dies im allgemeinen der Fall ist, viele kleine Magnete verwendet, müssen auch gewisse Mittel eingesetzt werden, um die Magnete richtig zu positionieren und sie während und nach dem Zusammenbau in ihrer Position zu halten.
Die Erfindung sieht vor, dass sich alle Polringe als geometrische Elemente in einem einzigen maschinell bearbeiteten Teil befinden. Die kritische Ausrichtung im Polschuh wird leicht mit konventionellen maschinellen Bearbeitungsvorgängen erhalten und erfolgt automatisch im Polschuh. Für diese Ausrichtung wird beim Zusammenbau keine Einspannvorrichtung benötigt. Die Genauigkeitsanforderungen an das Gehäuse sind ebenfalls weniger kritisch. Die vorliegende Erfindung sieht auch eine äußere Wand ohne Unterbrechungen oder Öffnungen vor, welche die Dichtungsstufen voneinander trennen. Umgehungslecks zwischen den Stufen kann es nicht geben, so dass es nicht nötig ist, Abdichtungsmittel für solche Lecks vorzusehen. Die Erfindung sieht schließlich ein einfaches, eingebautes Mittel zur richtigen Positionierung und Rückhaltung der Magnete während und nach dem Zusammenbau vor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die erfindungsgemäßen vorangehenden sowie weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden genaueren Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen ersichtlich, wie dies aus den beigefügten Zeichnungen hervorgeht, in denen sich in den unterschiedlichen Schaubildern gleiche Bezugszeichen durchwegs auf gleiche Bauteile beziehen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstäblich, vielmehr liegt die Betonung auf der prinzipiellen Wiedergabe der Erfindung.
1A ist ein teilweiser schematischer Längsschnitt durch eine Drehdurchführung nach dem Stand der Technik.
1B ist ein vergrößerter Ausschnitt aus 1A.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Polschuhrings nach dem Stand der Technik mit fünf ringförmigen Magneten.
3 ist wie in 2 eine perspektivische Ansicht von vier separaten Polschuhringen nach dem Stand der Technik.
4 ist ein ausschnittsweiser schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Drehbewegungsdurchführung.
5 ist ein vergrößerter ausschnittsweiser schematischer Längsschnitt durch einen einzelnen Polschuh für die erfindungsgemäße Drehbewegungsdurchführung der 4.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Während die Erfindung besonders unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen vorgestellt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, dass verschiedene Abänderungen in Form und Detail ohne Abweichung von Umfang und erfinderischer Idee der vorliegenden, durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung möglich sind. Da die Vorrichtung radialsymmetrisch ist, wird aus der Gründen er Einfachheit in einigen der Zeichnungen nur die obere Hälfte wiedergegeben.
In den 4 und 5 der Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, bei der die gesamte Gruppe von Polringen und Umgehungsdichtungen maschinell als Einzelstück hergestellt worden ist. Beispielsweise wird ein einzelnes Stück 40 aus ferromagnetischem rostfreiem Stahl, z. B. eine 17–4 PH-Legierung oder eine rostfreie Stahllegierung der 400-Serie, maschinell zu einem Ring mit auf dem Außendurchmesser eingeformter Vertiefung 42 für eine O-Ringdichtung und auf dem Innendurchmesser eingeformten Magnetpolspitzen 60 verarbeitet. Die Polspitzen 60 auf dem Innendurchmesser eines einzelnen Polrings 40 werden maschinell als eine Reihe von kleinen V-Nuten 63 in den Innendurchmesser eines einzelnen maschinell bearbeiteten Teils 40 eingeformt. Das einzelne maschinell bearbeitete Teil 40 wird zunächst mit einer glatten Bohrung von sorgfältig kontrolliertem Durchmesser hergestellt. Sodann werden große Schlitze (für die Magnete) maschinell in den Innendurchmesser eingeformt. Dann werden die Reihen von V-förmigen Vertiefungen 63 maschinell bis zu einer Tiefe eingeformt, welche zwischen jedem Paar miteinander benachbarter V-förmiger Vertiefungen einen kleinen Abschnitt des ursprünglichen Innendurchmessers unverändert lässt. 5 zeigt zwei Magnetschlitze 44 sowie eine Anzahl von V-förmigen Vertiefungen 63 in einer Anord nung, welche kleine Abschnitte 60 ergibt, welche von der ursprünglichen Bohrung des Innendurchmessers übrig geblieben sind. Diese Abschnitte 60 bilden die Polspitzen. Gerade in dem Spalt zwischen diesen Polspitzen und der Welle bildet sich das stärkste Magnetfeld aus und hier wird die magnetische Flüssigkeit (in 5 durch "Punkte" 65 wiedergegeben) durch die magnetischen Kräfte zurückgehalten. In den Innendurchmesser des Polschuhrings 40 werden auch auf jeder Seite der zentralen Polspitzen ein Paar von Schlitzen 44 maschinell eingeformt. Die Schlitze sind groß genug, um Magnete 46 aufzunehmen. Die Breite der Schlitze ist geringfügig größer als die Dicke der Magnete (z. B. eine Schlitzbreite von 2,05 mm bei einer Magnetdicke von 2 mm). Dies gestattet ein leichtes Einsetzen der Magnete 46 sowie eine radiale und longitudinale Bewegung der Magnete in den Schlitzen. Beim Einsetzen von mehr Magneten dient die gegenseitige Abstoßung dazu, dass der jeweilige Abstand der Magnete zu ihren Nachbarn gleich bleibt, wodurch automatisch ein gleichmäßiger Abstand durch den gesamten Magnetstapel erhalten wird. In einen Schlitz werden solange Magnete eingesetzt, bis der Schlitz keine Magnete mehr aufnehmen kann.
Typischerweise sind die Magnete kurze Zylinder, obwohl sie auch Quadranten, Sextanten oder Oktanten sein könnten. Seltenerde-Magnete, wie z. B. SmCo oder NdBFe mit hohen magnetischen Energiedichten (1,6 × 10² bis 2,8 × 10² kJ/m³ (20 bis 35 MGO)) sind bevorzugt, um die von dem unten diskutierten inhärenten Nebenschluss-Effekt stammenden Verluste zu überwinden. Die Magnete sind axial polarisiert, d. h. über ihre Dicke (parallel zur Wellenachse). Innerhalb eines jeden Magnetschlitzes 44 ist die Polarität gleich. Von einem Schlitz zum nächsten ändert sich die Polarität, so dass alternierende Magnetstapel zueinander entgegensetzt polarisiert sind. Es lässt sich jede Zahl von Magnetstapeln einsetzen, eine gerade Zahl ist jedoch bevorzugt (um Streufelder auszuschalten). Ein Stapel genügt für alle Anwendungen im Vakuum, obwohl normalerweise zwei verwendet werden. Für Anwendungen mit größeren Druckunterschieden kann eine größere Anzahl von Stapeln eingesetzt werden. Es ist anzumerken, dass die Außenfläche des Polschuhs 40 von der Atmosphärenseite bis zur Vakuumseite nicht unterbrochen ist. Während sie Vertiefungen aufweist (drei Vertiefungen sind dargestellt), darf sie keine Unterbrechungen aufweisen, die eine durchge hende Verbindung von jeweils einem Innenbereich (z. B. Magnetschlitze) zum Außendurchmesser darstellten. Dies schließt Umgehungslecks aus und bewirkt auch, dass alle Dichtungs-Teilabschnitte aus Polspitzen sehr gut zueinander ausgerichtet sind, weil sie alle im selben abschließenden maschinellen Behandlungsschritt gefertigt werden.
Falls Wasserkühlung erwünscht ist, kann, wie dargestellt, auf dem Außendurchmesser des Polschuhs ein wahlweiser Kühlwasserkanal 48 zusammen mit einem Kanal für eine O-Ringdichtung 62 vorgesehen werden. Es können sehr einfache (nicht gezeigte) Wasserzufuhrverbindungen zum Gehäuse vorgesehen sein. Für die Wasserkühlung wird nur ein Kanal benötigt und er ist als einfache maschinell hergestellte Vertiefung vorgesehen, ohne dabei weder die Länge noch den Durchmesser des Polstücks 40 zu vergrößern. Im Stand der Technik (1) ist gewöhnlich die Länge des äußersten Polrings vergrößert, um Platz für Wasserkanäle zu schaffen. Bei anderen Konkurrenzprodukten werden zwei getrennte Vertiefungen benötigt, weil zwei getrennte Polschuhe verwendet werden.
Die durchgehende äußere Oberfläche des Polstücks 40 bildet um jeden Magneten eine magnetische Nebenschlussleitung. Dadurch wird ein Teil der magnetischen Energie zerstreut, welcher sonst für die in den Dichtungsspalten enthaltenen Magnetströme zur Verfügung stünde. Die Situation ist das Spiegelbild der in der US-A-5,975,536 (veröffentlicht am 2. November 1999) beschriebenen Anordnung. Bei dem darin beschriebenen Apparat befindet sich die Ferrofluid-Dichtung auf dem Außendurchmesser einer die Magnete in Vertiefungen enthaltenden rotierenden Welle, wobei dann das Innere der Welle als Nebenschlussleitung dient. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Dichtung auf dem Innendurchmesser eines stationären Polschuhs, wobei der Außenbereich des Polschuhs als Nebenschlussleitung dient. In beiden Fällen befindet sich genügend magnetische Energie in den in den Vertiefungen befindlichen Permanentmagneten, um in den Dichtungsschlitzen trotz des Nebenschlusseffekts eine hohe Flussdichte bereitzustellen.
In den Spitzen 60 ist ein Ferrofluid vorgesehen und der Polschuh 40 ist am Gehäuse 50 befestigt und das Gehäuse ist an einem (nicht gezeigten) Flansch befestigt, wie dies in der US-Patentschrift 5,826,885 beschrieben ist. Der Flansch kann seinerseits an einer geeigneten Befestigung angebracht sein, die zwischen den beiden Umgebungen gelegen ist, zwischen welchen die Welle 80 verläuft.
ÄQUNALENTE
Während die Erfindung besonders unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen vorgestellt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, dass verschiedene Abänderungen in Form und Detail ohne Abweichung von Umfang der vorliegenden Erfindung, welche durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, möglich sind. Allein auf Grundlage seiner Fachkenntnisse lassen sich für den Fachmann viele Äquivalente zu den oben beschriebenen speziellen Ausführungsformen ausführen.

Claims

Vorrichtung zum Kuppeln von Drehbewegung zwischen einer ersten und zweiten Umgebung, die durch eine Barriere voneinander getrennt sind, mit a) einem Gehäuse (50); b) einer drehbaren Welle (80), welche sich von der ersten Umgebung durch das Gehäuse hindurch zur zweiten Umgebung erstrecken kann; und c) einem nicht drehbaren Magnetsystem zwischen den Enden der Welle zur Bildung einer dynamischen Gasdichtung zwischen der drehbaren Welle und dem Gehäuse, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen massiven Polschuh (40) mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser aufweist, welcher eine oder mehrere Magnete (44) aufweist, die in einer oder mehreren in den Innendurchmesser eingeformten Vertiefungen (44) sitzen, und neben den Vertiefungen angeordnete Polschuhspitzen zur Aufnahme von Magnetflüssigkeit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Magnetsystem zur Erzeugung von Magnetflusslinien mindestens zwei in den Vertiefungen koaxial zur Welle angebrachte Magnete (46) entgegengesetzter Polarität aufweist und in welchem zumindest ein an das Magnetsystem angrenzender Abschnitt des Gehäuses (50) aus ferromagnetischem Material gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, in welcher das Ferrofluid durch die Magnetkraft im magnetischen Fluss zurückgehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit a) einer im Gehäuse drehbar befestigten axial verlaufenden Welle (80), wobei sich ein Ende der Welle in einer Umgebung mit niedrigem Druck und das andere Ende der Welle in einer Umgebung mit hohem Druck anordnen lässt; b) einem röhrenförmigen, zylindrischen, massiven Polschuh (40) mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser und in den Innendurchmesser eingeformten Vertiefungen (44) zur Aufnahme von Magneten und neben den Vertiefungen in den Innendurchmesser eingeformten Polschuhspitzen (60) zur Aufnahme von magnetischer Flüssigkeit; c) mindestens einem Magneten (46) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, welcher Fluss durch Teile des Gehäuses verläuft, wobei der Magnet und der Polschuh die Welle radial umgeben und mit der magnetischen Flüssigkeit eine Magnetflüssigkeitsdichtung bilden, um jeden zwischen der Welle und dem Polschuh möglicherweise auftretenden Spalt abzudichten.
Vorrichtung nach Anspruch 4, in welcher das Gehäuse (50) aus magnetischem Material gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher in den Außendurchmesser des massiven Polschuhs (40) zwischen einem Paar sich radial nach innen erstreckender und ebenfalls in den Außendurchmesser des massiven Polschuhs (40) eingeformter Schlitze (63) ein Kühlkanal (48) eingeformt ist, wobei in jeder dieser Schlitze (63) eine statische Dichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die statischen Dichtungen O-Ringe sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die der Welle (80) gegenüberliegende Peripherie des massiven Polschuhs (40) nicht unterbrochen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit a) einem massiven zylindrischen Element (40) mit einem Innenduchmesser und einem Außendurchmesser; wobei i) sich die eine odere mehrere Vertiefungen (44) vom Innendurchmesser des Elements (40) radial nach außen erstrecken und die Vertiefungen genügend Breite und Tiefe aufweisen, um den einen oder die mehreren Magnete aufzunehmen; ii) sich mindestens ein Schlitz (42) vom Außendurchmesser des Elements radial nach innen erstreckt, um eine statische Dichtung (62) aufzunehmen; und iii) sich auf dem Innendurchmesser des Elements eingeformte Magnetpolspitzen (60) befinden, die seitlich an die ein oder mehrere Vertiefungen angrenzen und zwischen den Spitzen magnetische Flüssigkeit enthalten können; wobei b) die drehbare Welle (80) längs dem Innendurchmesser des Elements (40) zwischen der ersten und zweiten Umgebung verlaufen kann; und c) das Gehäuse (50) das Element radial einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, in welchem sich eine Anzahl Magnete befindet und die Magnete (46) in axialer Richtung polarisiert sind und die Polarität in einer jeweils entsprechenden Vertiefung (44) die gleiche ist, während sich die Polarität in jeder benachbarten Vertiefung ändert, so dass die Magnetpolaritäten in jeder zweiten Vertiefung entgegengesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, in welchem die der Welle (80) gegenüberliegende Peripherie der Innenfläche des Elements (40) nicht unterbrochen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, in welchem das Element (40) aus ferromagnetischem Material gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, in welchem die Polspitzen (60) aus dreieckig geformten Schlitzen gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, in welchem die Magnete (46) über eine magnetische Energiedichte von größer oder gleich 1,6 × 10² kJ/m³ (20 MGO) verfügen.
Verfahren zum Zusammenbau einer dynamischen Dichtung für eine Drehwelle (80), welche sich zwischen einer Atmosphäre niedrigen Drucks und einer Atmosphäre höheren Drucks erstrecken kann, mit den Schritten: a) Vorsehen eines massiven Polschuhs (40) mit einer oder mehreren Vertiefungen (44), die in seinen Innendurchmesser eingeformt sind, sowie mit Magnetpolspitzen (60), die an die Vertiefungen angrenzen und ebenfalls auf dem Innendurchmesser angeordnet sind; b) Einsetzen von Magneten (46) in die Vertiefungen; c) Einsetzen der Welle durch den Innendurchmesser hindurch; d) Befestigen der Welle, des Polschuhs und der Magnete auf einem festen Gehäuse (50) und Befüllen der Polspitzen mit Magnetflüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Außendurchmesser des massiven Pohlschuhs (40) mit einem Kühlkanal (48) für Wasser ausgestattet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 mit dem Schritt, dass ein im Außendurchmesser des massiven Polschuhs (40) seitlich benachbart zum Kühlkanal (48) in unmittelbarer Nähe zur Atmosphäre mit höherem Druck eingeformter Schlitz mit einer statischen Dichtung ausgestattet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Polschuh röhrenförmig und zylindrisch ist.
Verfahren zur Bildung einer dynamischen Dichtung nach Anspruch 15 für eine in einem Gehäuse (50) eingeschlossene rotierende Welle (80), wobei die Welle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende sich axial zwischen einer Atmosphäre mit niedrigem Druck und einer Atmosphäre mit höherem Druck erstrecken kann, in den Schritten: a) Bildung einer magnetischen Dichtung über radiale Spalte im massiven Polschuh, welche zwischen Welle und Gehäuse gelegen sind, unter Einsatz magnetischer Energie; b) Vorsehen von mindestens einem an der radialen, in den Innendurchmesser des Polschuhs eingeformten Vertiefung (44) befestigten Magneten (46); wobei c) die magnetische Flüssigkeit ein Ferrofluid darstellt, welches von der magnetischen Energie im Spalt gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 19, in welchem mindestens zwei axial voneinander beabstandete und axial polarisierte Magnete (46) vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 19, in welchem die Magnete (46) von entgegengesetzter Polarität sind und mit dem Schritt, dass die Magnete (46) von einer axialen oder longitudinalen Bewegung abgehalten werden.