DE69931748T2

DE69931748T2 - Eingekapselter Dauermagnet fur Magnetpumpen

Info

Publication number: DE69931748T2
Application number: DE69931748T
Authority: DE
Inventors: Ferdinandus A. Pieters; Kenneth E. Vancouver Knodell
Original assignee: Micropump Inc
Current assignee: Micropump Inc
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: DE69931748D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf magnetisch angetriebene Pumpen, und insbesondere auf einen verkapselten Magneten für eine magnetisch angetriebene Pumpe sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Eine typische Anwendung für die vorliegende Erfindung liegt in einer Pumpe, die mit einem magnetischen Antrieb versehen ist. Eine magnetisch angetriebene Pumpe weist einen äußeren ringförmigen Magneten auf, der durch einen Motor gedreht bzw. in Drehung versetzt wird. Ein ringförmiger innerer Magnet ist innerhalb des äußeren Magneten angeordnet und ist auf einer Pumpenwelle getragen. Der innere Magnet ist von dem äußeren Magneten durch eine dünnen metallischen oder aus Kunststoff bestehenden Glocke isoliert.
Der innere Magnet von derartigen Pumpen ist mit einer Magnet- und Flußringanordnung versehen, die in dem Prozeßfluid arbeitet, das durch ein System mittels der Pumpe bewegt wird. Wenn das Prozeßfluid wie etwa Wasser mit der Anordnung in Kontakt kommt, kann der Magnet- und Flußring korrodieren oder rosten. Außerdem hat der Inhaber der vorliegenden Erfindung Forschungen unter Verwendung von Seltenerdmaterialien für den Magneten zur Verwendung bei magnetisch angetriebenen Pumpen angestellt. Diese Seltenerdmaterialien sind in hohem Maße durch Korrosion gefährdet, wenn sie in Fluiden wie etwa in Wasser eingetaucht sind.
Mehrere Vorgehensweisen sind versucht worden, um das Problem zu lösen. Eine gegenwärtig verwendete Vorgehensweise umfaßt die Anordnung des Magnet- und Flußrings innerhalb eines Gehäuses aus rostfreiem Stahl und das Formen einer äußeren Abdeckung über der freiliegenden Anordnung. Eine solche Konstruktion, wie sie in dem US-Patent 4,414,523 des Anmelders beschrieben ist, ist nicht für alle Anwendungen zweckmäßig. Außerdem sind unterschiedliche Beschichtungen und Plattierungen auf die äußere Oberfläche des Magneten angewendet worden. Solche Verfahren und Materialien sind nicht dafür bekannt, daß sie einem Kontakt mit allen Prozeßfluiden widerstehen und daß sie eine leckagefreie Kapselung des Magneten aufrechterhalten.
Ein Hersteller hat eine überformte Flügelpumpe entwickelt, bei der ein Formvorgang in zwei Schritten für den Magneten und den Impeller verwendet wird. Die Naht zwischen dem Material des ersten Formschritts und dem Material des zweiten Formschritts gewährleistet nicht eine leckagefreie Verbindung.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Probleme besteht in dem vorliegenden Bereich der Technik ein Bedarf nach einem leckagefreien verkapselten Magneten, wobei in einem weiten Sinne akzeptable Materialien verwendet werden und dennoch eine relativ kostengünstige Konstruktion vorhanden sein soll. Der Bedarf in diesem Bereich der Technik erfordert eine in hohem Maße zuverlässige leckagefreie Magnetkonstruktion bei relativ niedrigen Kosten, durch die Rost und Korrosion des Magneten, der in Prozeßfluiden von Pumpsystemen arbeitet, verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen überformten Magneten in einer leckagefreien Konstruktion, wobei der Magnet verkapselt ist und ein Formvorgang mit zwei Schritten eingesetzt wird. Die Nähte oder Trennlinien zwischen dem Material der ersten und zweiten Formschritte werden auf eine solche Weise geformt, daß eine äußerst zuverlässige Naht bereitgestellt wird.
Eine verkapselte Magnetanordnung bzw. -baugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Magneten mit einer Innenseite und einer Außenseite, ersten und zweiten Enden und einer Längsachse auf. Der ringförmige Magnet ist von einem ersten und einem zweiten geformten Bereich eingekapelt. Der erste geformte Bereich ist über einem Abschnitt des ringförmigen Magneten gebildet und weist einen länglichen sich verjüngenden Bereich auf, der sich axial entlang einer der Seiten des Magneten von einer Stelle erstreckt, die benachbart zu dem ersten Ende angeordnet ist. Der erste geformte Bereich weist weiterhin einen sich axial erstreckenden ringförmigen konturierten Vorsprung auf, der benachbart zu dem zweiten Ende des Magneten angeordnet ist. Die Magnetanordnung weist ferner einen zweiten geformten Bereich auf, der über einem Abschnitt sowohl des Magneten als auch des ersten geformten Bereichs gebildet ist. Eine erste Trennlinie ist zwischen dem ersten und zweiten geformten Bereich entlang des länglichen sich verjüngenden Bereichs festgelegt. Eine zweite Trennlinie ist zwischen dem ersten und zweiten geformten Bereich an dem ringförmigen konturierten Vorsprung festgelegt. Die ersten und zweiten Trennlinien sind dafür ausgelegt, den Magneten innerhalb des ersten und zweiten geformten Bereichs abgedichtet einzukapseln.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Herstellen einer verkapselten Drehmagnetbaugruppe bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines ringförmigen Magneten, der eine Innenseite und eine Außenseite, ein erstes und ein zweites Ende und eine Längsachse aufweist,
Formen eines ersten Bereichs aus einem thermoplastischen Material über einem Abschnitt des ringförmigen Magneten, wobei der erste Bereich einen länglichen sich verjüngenden Bereich, der sich axial entlang der Innenseite des Magneten von einer Stelle erstreckt, die benachbart zu dem ersten Ende angeordnet ist, sowie einen sich axial erstreckenden ringförmigen konturierten Vorsprung, der benachbart zu dem zweiten Ende des Magneten angeordnet ist, aufweist, und
Formen eines zweiten Bereichs aus einem thermoplastischen Material über einem Abschnitt sowohl des Magneten als auch des ersten geformten Bereichs, wodurch zwischen dem ersten und zweiten Bereich jeweils entlang des länglichen sich verjüngenden Bereichs und des ringförmigen konturierten Vorsprungs eine erste und zweite Trennlinie festgelegt werden, so daß der Magnet innerhalb des ersten und zweiten Bereichs abgedichtet eingekapselt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die überformte Konstruktion eine leckagefreie schützende Abdeckung für den Magneten bildet. Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dann, wenn der zweite geformte Bereich über dem ersten geformt wird, der längliche sich verjüngende Bereich und der konturierte Vorsprung extrem zuverlässige Abdichtungen zwischen den beiden geformten Bereichen bilden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der lange sich verjüngende Bereich und der konturierte Vorsprung die Kunststoffschweißeigenschaften zwischen den beiden geformten Bereichen verbessern, wenn das zweite Material über das erste Material geformt wird. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die in zwei Schritten hergestellte, überformte Konstruktion eine extrem zuverlässige, leckagefreie Einkapselung des Magneten bei relativ niedrigen Herstellungskosten bereitstellt.
Bevorzugte allerdings optionale Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen der Beschreibung festgelegt, auf die nun Bezug genommen werden sollte.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Veränderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung und die neuartigen Konzepte der gesamten Offenbarung verlassen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 erläutert einen Querschnitt entlang einer Längsachse einer Magnetanordnung, auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
2 erläutert einen Querschnitt entlang der Linie II-II des Magnet- und Flußrings nach 1, nachdem der erste Formschritt gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt worden ist.
3 erläutert einen Querschnitt entlang der Linie III-III des Magnet- und Flußrings nach 1, nachdem der zweite Formschritt gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt worden ist.
4 erläutert einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Magnetanordnung nach 3.
5 erläutert einen Querschnitt entlang einer Längsachse eines anderen Magneten, auf den die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
6 erläutert einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI des Magneten nach 5, nachdem der erste und der zweite Formschritt nach der Erfindung ausgeführt worden sind, gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Magnetanordnung gerichtet, die in einem Kunststoffmaterial eingekapselt ist, sowie auf ein Verfahren, um eine solche Anordnung herzustellen. Es ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung auf eine beliebige Magnetanordnung oder auf eine Kombination eines Magnet- und Flußrings angewendet werden kann, sowie auf einen beliebigen Typ eines Magnet- oder Flußrings und auf deren Material und Größe, lediglich beschränkt durch das Formverfahren nach der Erfindung. In dieser Hinsicht wird nun auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen.
1 erläutert eine Magnetanordnung 10 zur Verwendung bei integral reihengeschalteten bürstenlosen Pumpen mit magnetischem Gleichstromantrieb oder anderen derartigen magnetisch angetriebenen Pumpen. Die Magnetanordnung 10 weist einen Magnetring 12 in einer länglichen kreisförmigen Zylinderkonstruktion auf, der in typischer Weise aus einem magnetischen keramischen Material hergestellt ist. Ein Flußring 14, der ebenfalls von einer länglichen kreisförmigen zylindrischen Konstruktion ist, ist innerhalb des Inneren des Magnetrings 12 angeklebt. Der Flußring 14, der in typischer Weise aus Stahl hergestellt ist, weist eine äußere zylindrische Oberfläche 16 und eine innere zylindrische Oberfläche 18 auf. Die innere Oberfläche 18 legt einen hohlen Innenraum der Magnetanordnung 10 fest. Die äußere Oberfläche 16 stößt gegen eine innere zylindrische Oberfläche 22 des Magnetrings 12 und ist in geeigneter Weise an diese geklebt. Der Magnetring 12 weist eine äußere zylindrische Oberfläche 20 auf, die eine äußere Oberfläche der Magnetanordnung 10 festlegt. Die äußere Oberfläche 16 des Flußrings ist an die innere Oberfläche 22 des Magnetrings geklebt, wobei ein geeigneter Klebstoff für relativ hohe Temperaturen verwendet wird, um die beiden Komponenten sicher aneinander zu halten. Wie in 1 dargestellt ist, bildet der Übergang zwischen dem Magnetring 12 und dem Flußring 14 Nuten 24 und 26 an einander gegenüberliegenden Enden der Magnetanordnung 10. Die einander gegenüberliegenden Enden der Magnetanordnung 10 können alternativ eben sein, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird, obwohl die Nuten 24 und 26 bei der Herstellung einer geeigneten verkapselten Magnetanordnung unterstützend beitragen.
Wie für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet deutlich ist, ist die Erfindung nicht auf den Typ von Materialien beschränkt, der für die Herstellung des Magnetrings 12 und des Flußrings 14 verwendet wird. Ein beliebiges geeignetes keramisches oder metallisches Material kann für den Magneten verwendet werden, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. In ähnlicher Weise kann jeder geeignete Stahl oder ein sonstiges Metall für den Flußring 14 verwendet werden. Außerdem kann die Form, Kontur und Konstruktion der Magnetanordnung 10 erheblich variieren, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Als Beispiel erläutert 5 eine alternative Ausführungsform eines Magneten, der nachfolgend noch mehr im einzelnen beschrieben ist, und für den sich die vorliegende Erfindung eignet. Eine typische Magnetanordnung für eine magnetische Pumpe rotiert auf einer Welle um ihre Längsachse. Diese Achse ist als Achse A aus Zweckmäßigkeitsgründen für die vorliegende Erfindung bezeichnet.
2 erläutert die Magnetanordnung 10, wobei ein erster geformter Bereich 30 über einen Abschnitt der Magnetanordnung geformt ist. Der erste geformte Bereich 30 weist einen dünnwandigen Bereich 32 auf, der im wesentlichen die gesamte äußere Oberfläche 20 abdeckt. Eine endseitige Wand 34 deckt ein Ende der Magnetanordnung 10 ab und ist senkrecht zu der Achse A angeordnet. Eine Erweiterung 36 der endseitigen Wand 34 steht nach innen in die Nut 24 vor. Die Erweiterung 36 stellt ein formschlüssiges Halte- und Positionierungsmerkmal für den ersten geformten Bereich 30 über der Magnetanordnung 10 bereit.
Ein ringförmiger Schwalbenschwanz 38 ist an dem gegenüberliegenden Ende der Magnetanordnung 10 ausgebildet und erstreckt sich in Längsrichtung ausgehend von dem gegenüberliegenden Ende der Magnetanordnung und ist in radialer Richtung von der Achse A beabstandet. Der Schwalbenschwanz 38 weist eine konisch zulaufende Oberfläche 40 auf, die in radialer Richtung nach außen konisch zuläuft, in der vorliegenden Ausführungsform um etwa 45°, relativ zu der Achse der Magnetanordnung 10. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann ein doppelter oder zweifacher Schwalbenschwanz verwendet werden, wie in 6 dargestellt ist. Der Schwalbenschwanz 38 weist auch eine endseitige Wandoberfläche 42 auf, die senkrecht zu der Achse A der Magnetanordnung ist und sich von dem Schwalbenschwanz 38 an einem Ende nach außen zu dem äußeren Rand an dem dünnwandigen Bereich 32 erstreckt.
Eine Erweiterung 46 steht in die Nut 26 zwischen dem Magnetring 12 und dem Flußring 14 vor. Diese Erweiterung 46 trägt wiederum dazu bei, den ersten geformten Bereich über der Magnetanordnung formschlüssig zu halten und zu positionieren.
In der vorliegenden Ausführungsform nach 2 weist der Schwalbenschwanz eine innere Oberfläche 50 auf, die ebenfalls geringfügig in radialer Richtung nach außen konisch zuläuft, um dazu beizutragen, die Bereiche des Formhohlraums zu trennen, wenn diese Komponente hergestellt wird. Wie für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet deutlich ist, kann die innere Oberfläche 50 im wesentlichen parallel zu der Achse der Magnetanordnung 10 liegen, sie kann nach außen konisch verlaufen, wie in 2 dargestellt ist, oder sie kann nach innen konisch zulaufen und eine andere konisch zulaufende Oberfläche bilden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach 5 beschrieben und erläutert ist.
Ein länglicher, konisch zulaufender Bereich 60 ist benachbart zu und entlang einem Abschnitt der inneren Oberfläche 18 des Flußrings 14 ausgebildet. Der längliche Bereich 60 erstreckt sich ausgehend von dem Ende der Magnetanordnung benachbart zu der endseitigen Wand 34. Der längliche, konisch zulaufende Bereich 60 läuft ausgehend von einer maximalen Dicke benachbart zu der endseitigen Wand 34 bis auf eine minimale Dicke oder einen Punkt an seinem anderen Ende konisch zu, das an einer gewissen Stelle entlang der Länge der Magnetanordnung 10 endet. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Länge des länglichen, konisch zulaufenden Bereichs 60 etwa über zwei Drittel der Länge der Magnetanordnung. Je länger der längliche, konisch zulaufende Bereich 60 ist, um so zuverlässiger sind die leckagefreien Eigenschaften für die geformte Anordnung. Der längliche, konisch zulaufende Bereich 60 weist eine innere, freiliegende Oberfläche 62 auf, die sich geringfügig weg von der Achse A" der Magnetanordnung verjüngt, die von der endseitigen Wand 34 zu dem Ende des Bereichs 60 verläuft.
3 erläutert die Magnetanordnung 10 nach dem Vorgang des Formens eines zweiten geformten Bereichs 70 über den ersten geformten Bereich 30, wodurch die Konstruktion einer verkapselten Magnetanordnung 72 abgeschlossen wird. Der zweite geformte Bereich 70 erstreckt sich bei der vorliegenden Ausführungsform über die gesamte Länge der Magnetanordnung 10, im wesentlichen von der Oberfläche der endseitigen Wand 34 bis über die Spitze des Schwalbenschwanzes 38 hinaus, wobei sie den Schwalbenschwanz einkapselt. Eine erste Trennlinie 74 wird zwischen dem ersten und zweiten geformten Bereich 30 und 70 entlang der inneren, konisch zulaufenden Oberfläche 62 des konisch zulaufenden Bereichs 60 festgelegt. Die Länge der Trennlinie 74 und die geringfügige Verjüngung erzeugen eine extrem zuverlässige leckagefreie Abdichtung zwischen den beiden Bereichen.
Eine zweite Trennlinie 76 ist zwischen dem Schwalbenschwanz 38 und der endseitigen Wandoberfläche 42 und dem umgebenden Material des zweiten geformten Bereichs 70 festgelegt. Diese zweite Trennlinie 76 erzeugt aufgrund ihrer Kontur und Länge ebenfalls eine extrem zuverlässige Abdichtung zwischen dem ersten und zweiten geformten Bereich.
Das Ende des zweiten geformten Bereichs 70 benachbart zu dem Schwalbenschwanz 38 legt in bevorzugter Weise einen verbleibenden Abschnitt 78 des dünnwandigen Bereichs 32 über der Magnetanordnung 10 des verkapselten Magneten 72 fest. Der zweite geformte Bereich legt ferner eine im wesentlichen senkrechte endseitige Wand 82 jenseits des Endes des Schwalbenschwanzes 38 des verkapselten Magneten 72 fest.
Wie am besten in 3 und 4 dargestellt ist, umfaßt der verkapselte Magnet außerdem eine axiale Bohrung 90, die sich über die gesamte Länge des zweiten geformten Abschnitts erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform weist die axiale Bohrung einen Absatz oder eine Stufe 92 auf, die einen ersten Bohrungsbereich 94 und einen zweiten Bohrungsbereich 96 mit größerem Durchmesser festlegt, die durch die Stufe getrennt sind. Eine Einkerbung oder Keilnut 98 erstreckt sich in den zweiten geformten Bereich 70 über die Wand des ersten Bohrungsbereichs 94 hinein. Die axiale Bohrung 90 soll dazu dienen, eine nicht dargestellte, abgestufte Getriebewelle durch diese hindurch aufzunehmen, um die eingekapselte Magnetanordnung 72 innerhalb eines Geräts oder einer Pumpe drehbar zu halten. Die Keilnut 98 ist dazu bestimmt, in dieser einen Vorsprung oder ein Verriegelungselement, die ebenfalls nicht dargestellt sind, aufzunehmen, um die verkapselte Magnetanordnung 72 an der Drehwelle zu befestigen.
Die Keilnut 98 in der dargestellten Ausführungsform kann weggelassen werden. Ein verkapselter Magnet, der entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, kann auch durch andere Mittel oder Vorgehensweisen an einer Getriebewelle befestigt werden und mit dieser ausgerichtet werden. Als Beispiel kann die Getriebewelle der Pumpe eine mit einer Keilverzahnung versehene Welle oder einen sechseckig geformten Abschnitt der Welle aufweisen, der einer in ähnlicher Weise geformten Keilnut oder sechseckig geformten axialen Bohrung des verkapselten Magneten entspricht. Andere Formen, Konfigurationen oder Vorgehensweisen können verwendet werden, um den eingekapselten Magneten an einer Vorrichtung zu befestigen und an dieser auszurichten, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Weiterhin sind in 3 und 4 eine Anzahl von longitudinalen durchgehenden Bohrungen 102 dargestellt, die in radialer Richtung nach außen relativ zu der axialen durchgehenden Bohrung 90 mit Abstand angeordnet sind. Die durchgehenden Bohrungen 102 sind dazu bestimmt, um zu ermöglichen, daß Prozeßfluid durch den eingekapselten Magneten 72 während des Betriebs einer Vorrichtung, in die die Anordnung eingebaut ist, hindurchgehen kann, wobei dennoch kein Kontakt des Prozeßfluids mit der Magnetanordnung von innen möglich ist. Alternativ können die durchgehenden Bohrungen 102 angepaßt sein, um rotierende Ausgleichsgewichte aufzunehmen, um ein etwaiges Ungleichgewicht in dem Magneten 72 auszugleichen. In der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die longitudinalen Bohrungen 102 im wesentlichen parallel zu der axialen durchgehenden Bohrung 90.
5 und 6 erläutern eine alternative Ausführungsform eines Magneten, auf den die Erfindung angewendet werden kann. Lediglich die Komponenten, die einen unterschiedlichen Aufbau gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform haben, werden mit neuen Bezugszeichen versehen. 5 erläutert einen Magnetring 120, dessen Aufbau ähnlich zu dem des Magnetrings 12 ist, wobei allerdings ein Flußring fehlt. 6 erläutert den Magnetring 120, der durch die ersten und zweiten geformten Abschnitte 30 und 70 eingekapselt ist, die im wesentlichen die gleichen sind wie die, die vorstehend in Zusammenhang mit der Konstruktion der Schwalbenschwanzbauart beschrieben worden sind. Ein Schwalbenschwanz 122 nach der vorliegenden Ausführungsform weist eine radial nach außen verjüngend verlaufende Oberfläche 40 auf, ähnlich wie bei der Konstruktion der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Eine nach innen verjüngend verlaufende Oberfläche 124 ist gegenüber der Oberfläche 40 vorhanden. Der zweifach sich verjüngend verlaufende Schwalbenschwanz 122, der in 6 dargestellt ist, sorgt für einen zusätzlichen Halte- und Oberflächenkontakt zwischen dem ersten und zweiten geformten Bereich an dem Schwalbenschwanz und verbessert die leckagefreien Eigenschaften der zweiten Trennlinie 76.
Die Kontur und Konfiguration des Verriegelungsvorsprungs, die in den vorliegenden Ausführungsformen als der doppelte Schwalbenschwanz 122 oder der einfache Schwalbenschwanz 38 beschrieben ist, kann auch andere Formen annehmen, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Der Vorsprung kann die Form eines T, eines umgekehrten L oder eines erhabenen Wulstes oder auch jegliche andere Form aufweisen. Die Aufgabe des Vorsprungs besteht darin, daß er eine nichtlineare Kontaktoberfläche zwischen den ersten und zweiten geformten Bereichen 30 und 70 bildet, so daß eine leckagefreie Abdichtung und auch eine formschlüssige Verriegelung zwischen den beiden geformten Bereichen gebildet wird. Die Konstruktionen des einfachen Schwalbenschwanzes 38 und des doppelten Schwalbenschwanzes 122 sind in der vorliegenden Ausführungsform lediglich als erläuternde Beispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben worden.
Der Formvorgang für die verkapselten Magnetanordnungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird nun nachfolgend beschrieben. Das Verfahren wird allgemein beschrieben, um die Erfindung zu erläutern, obwohl die beschriebenen Schritte auf zahlreiche Weisen abgeändert werden können, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Um eine eingekapselte Magnetanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird eine Magnetanordnung vorgeheizt und in einen ersten Formhohlraum eingesetzt. Der erste geformte Bereich 30 wird um die Magnetanordnung 10, 120 herum geformt, wobei er unter Verwendung eines beliebigen von zahlreichen bekannten Formverfahren geformt werden kann. Es ist allerdings zweckmäßig, daß der Formhohlraum genau die Form des ersten geformten Bereichs relativ zu der Magnetanordnung festlegt, die innerhalb des Hohlraums gehalten ist. Ein Kernzapfen wird in die Magnetanordnung eingesetzt, der einen sich verjüngenden äußeren Durchmesser aufweist, der den sich verjüngenden inneren Durchmesser oder die Oberfläche 72 festlegt, die in 2 dargestellt ist. Der erste Formbereich und die Magnetanordnung werden dann aus der Form herausgenommen, und nach einer geeigneten Abkühlung werden die sich verjüngenden Oberflächen 40, 50 und 124 des Schwalbenschwanzes 38, 122 geschnitten oder maschinell bearbeitet, wenn sie nicht bereits durch die Form des Formhohlraums geformt worden sind. Weiterhin werden die Spuren der Einspritzöffnungen und eventuell vorhandene Grate, die auf dem ersten aus Kunststoff geformten Bereich verblieben sind, von der Anordnung entfernt.
Die Magnetanordnung 10, 120 und der erste geformte Bereich 30 werden dann erneut vorgeheizt und in einen zweiten Formhohlraum eingesetzt. Der zweite geformte Bereich 70 wird um den ersten geformten Bereich und die Magnetanordnung herum in Übereinstimmung mit einem von zahlreichen bekannten Formverfahren geformt. Nachdem der zweite geformte Bereich 70 geformt worden ist, wird die Anordnung aus dem zweiten Formhohlraum herausgenommen, und man läßt sie unter zweckentsprechenden Bedingungen abkühlen, die eine Beschädigung an den Komponenten verhindern. Die Spuren von Einspritzöffnungen und eventuell vorhandenen Grate werden zu diesem Zeitpunkt entfernt. Der Magnet kann dann entsprechend den Eigenschaften magnetisiert werden, die für eine spezielle Vorrichtung oder Pumpe benötigt werden, in die die Magnetanordnung später eingebaut wird.
Beispiel für das Formverfahren
Ein spezielles Beispiel für das Formverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben, um das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung in größerer Deutlichkeit darzulegen. Eine Magnet- und Flußringanordnung wurde auf 275°F bzw. 135°C vorgeheizt und in eine Form eingesetzt, die ebenfalls auf 275°F bzw. 135°C vorgeheizt worden war. Eine Anzahl von Pellets aus PPS-Material wurde in einem Einspritzhohlraum plaziert, der mit der Trommel und der Düse einer Spritzgießmaschine in Verbindung stand, und wurde auf eine Schmelztemperatur des Materials vorgeheizt, d.h. in diesem Fall auf etwa 600°F bzw. 316°C. Die Form wurde bei dem vorliegenden Beispiel auf 630°F bzw. 332°C vorgeheizt, um zu gewährleisten, daß das Material, das in den Formhohlraum eingespritzt wurde, schmelzflüssig war.
Um den ersten geformten Bereich über der Magnet- und Flußringanordnung zu formen, wurde ein Einspritzdruck von 925 PSI bzw. 6,38 MPa verwendet, gemessen an der Einspritzdüse. Die Einspritzzeit für den ersten geformten Bereich betrug 1,5 Minuten. Bei Abschluß der ersten Einspritzsequenz wurden der erste geformte Bereich und die Magnetanordnung während zwei Stunden bei einer Rate von 100°F bzw. 47°C pro Stunde abgekühlt.
Die Anordnung und der erste geformte Bereich wurden dann erneut auf 275°F bzw. 135°C vorgeheizt, was ebenfalls für den zweiten Formhohlraum galt, in den diese eingesetzt wurden. Anschließend wurden dann weitere Pellets aus einem PPS-Material in der Einspritztrommel plaziert und in den zweiten Formhohlraum um den ersten geformten Bereich und die Magnetanordnung herum eingespritzt, mit einer mittleren Einspritzgeschwindigkeit bei einem Druck von 925 PSI bzw. 6,38 MPa, wobei der erste geformte Bereich teilweise aufgeschmolzen wurde. Das Material des zweiten geformten Bereichs wurde erneut auf etwa 600°F bzw. 316°C erhitzt. Die Einspritzzeit betrug wiederum 1,5 Sekunden für den zweiten geformten Bereich. Beim Abschluß des Einspritzvorgangs für den zweiten geformten Bereich wurde der zweite Formhohlraum wiederum in dem zweiten Formhohlraum während 8 Sekunden unter einem Druck bei etwa 400 PSI bzw. 2,76 MPa gehalten, und hatte dann die Möglichkeit, in der Form während weiterer 23 Sekunden auszuhärten, wobei nach dieser Zeit die eingekapselte Magnetanordnung aus dem Hohlraum herausgenommen wurde und die Möglichkeit erhielt, während zwei Stunden bei einer Rate von 100°F bzw. 47°C pro Stunde abzukühlen. Während des erneuten Aufschmelzens des ersten geformten Bereichs wurde der schwalbenschwanz- oder ringförmige Vorsprung und der auf dem inneren Durchmesser befindliche, sich verjüngende Bereich aufgeschmolzen und plastisch mit dem Material des zweiten geformten Bereichs verschweißt. Die Zeit, Temperatur, Materialauswahl und der Materialquerschnitt bestimmen die Qualität der plastischen Verschweißung an den Trennlinien.
Wie für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet offensichtlich ist, können zahlreiche bekannte Formverfahren verwendet werden, darunter das Einsatz-Spritzgießen, Rotationsgießen, Hochtemperatur-Flußgießen oder Hochdruck-Spritzgießen. Es wird allerdings bevorzugt, daß der zweite Formschritt bei einer ausreichend hohen Temperatur stattfindet, um zumindest eine teilweise plastisch verschweißte Naht an den ersten und zweiten Trennlinien 74, 76 zu erzeugen. Die plastische Verschweißung verbessert weiterhin die leckagefreien Eigenschaften eines verkapselten Magneten 72, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Die Materialien, die für die Herstellung der ersten und zweiten geformten Bereiche aus Kunststoff verwendet werden, können ebenfalls variieren, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann ein spritzgießfähiges Kunststoffmaterial wie etwa ein Polyphenylen-Sulfid (PPS) der Marke Phillips in der Form von Pellets verwendet werden. Bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde ein Basismaterial aus Polyphenylen-Sulfid mit 30% Polyacrylonitril-Carbonfaser und 15% Polytetrafluorethylen verwendet. Es wird bevorzugt, daß die ausgewählten Materialien ausreichend dauerhaft sind, so daß sie sich nicht zersetzen, korrodiert werden oder in sonstiger Weise ihre Eigenschaften verlieren, wenn sie dauerhaft einem speziellen Prozeßfluid für eine bestimmte Pumpenanwendung ausgesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird auch ins Auge gefaßt, ein Material für den ersten geformten Bereich 30 und ein unterschiedliches Material für den zweiten geformten Bereich 70 zu verwenden. Der zweite geformte Bereich 70, der den Kerndurchmesser der axialen Bohrung 90 festlegt, kann aus einem getrennten, stärkeren, teureren Material geformt sein als der erste geformte Bereich 30, um eine zusätzliche Festigkeit bereitzustellen, um ein Drehmoment aufzunehmen, das auf die Anordnung 72 während des Betriebs einer Vorrichtung oder Pumpe aufgebracht wird. Ein Nachteil, der darin liegt, daß zwei unterschiedliche Materialien verwendet werden, besteht darin, daß ein geringfügiger Luftspalt zwischen dem Außendurchmesser des keramischen Magneten vorhanden sein könnte, der durch die Dicke des geformten Kunststoffmaterials und die geringfügig unterschiedlichen Schrumpfungseigenschaften während der Abkühlung hervorgerufen wird. Dieser dünne Luftspalt kann zu einem geringfügigen Verlust des Leistungsvermögens an Flußdrehmoment der eingekapselten Magnetanordnung führen, wobei es dennoch sein kann, daß alle leckagefreien Eigenschaften beibehalten werden. Allerdings wird durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien eine Kosteneinsparung realisiert, dadurch daß ein unterschiedliches kostengünstigeres Kunststoffmaterial dazu verwendet wird, um den weniger kritischen ersten Formbereich über der Magnetanordnung zu formen.
Obwohl Betrachtungen in Bezug auf die vorliegende Erfindung auf ihre spezielle Anwendung in Bezug auf magnetisch angetriebene Pumpvorrichtungen gerichtet worden sind, ist es für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet selbstverständlich, daß die Prinzipien, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen, allgemein anwendbar sind, um verkapselte Magneten für den Einsatz in zahlreichen Anwendungsfällen zu erzeugen. Im wesentlichen sind diese Prinzipien auf jede Umgebung anwendbar, in der ein Magnet korrosiven Substanzen ausgesetzt werden soll und wenn gewünscht wird, daß der Magnet nicht korrodiert, rostet, oder in sonstiger Weise seine Eigenschaften verliert.
Es sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen, die vorliegend beschrieben worden sind, für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet offensichtlich sind. Solche Veränderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird, und ohne daß die damit erreichten Vorteile vermindert werden. Es ist daher beabsichtigt, daß derartige Veränderungen und Modifikationen durch die angefügten Ansprüche abgedeckt sind.

Claims

Verkapselte Drehmagnetbaugruppe (10), die Folgendes umfasst: einen ringförmigen Magneten (12; 120), der Folgendes aufweist: eine Innenseite (22) und eine Außenseite (20), ein erstes und zweites Ende und eine Längsachse, wobei der ringförmige Magnet von einem ersten (30) und einem zweiten (70) geformten Bereich eingekapselt ist; wobei der erste geformte Bereich über einem Abschnitt des ringförmigen Magneten gebildet ist und Folgendes aufweist: einen länglichen sich verjüngenden Bereich (60), der sich axial entlang einer der Seiten des Magneten von einer Stelle erstreckt, die benachbart zu dem ersten Ende angeordnet ist, sowie einen sich axial erstreckenden ringförmigen konturierten Vorsprung (38; 122), der benachbart zu dem zweiten Ende des Magneten angeordnet ist; und der zweite geformte Bereich über einem Abschnitt sowohl des Magneten als auch des ersten geformten Bereichs gebildet ist; wobei zwischen dem ersten und zweiten Bereich (30, 70) jeweils entlang des länglichen sich verjüngenden Bereichs (60) und des ringförmigen konturierten Vorsprungs (38; 122) eine erste und eine zweite Trennlinie (74, 76) definiert sind, wobei die Trennlinien dafür ausgelegt sind, den Magneten innerhalb des ersten und zweiten geformten Bereichs abgedichtet einzukapseln.
Drehmagnetbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige konturierte Vorsprung des Weiteren Folgendes umfasst: einen Schwalbenschwanz (38; 122), der eine Außenseite aufweist, die sich im Verhältnis zur Längsachse des Magneten radial auswärts verjüngt.
Drehmagnetbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenseite (40) um etwa 45° im Verhältnis zur Längsachse verjüngt.
Drehmagnetbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige konturierte Vorsprung des Weiteren Folgendes umfasst: einen doppelten Schwalbenschwanz (122), der eine Außenseite (40) und eine Innenseite (124) aufweist, die sich jeweils im Verhältnis zur Längsachse des Magneten radial auswärts und einwärts verjüngen.
Drehmagnetbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenseite (124) um etwa 45° im Verhältnis zur Längsachse verjüngt.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Bereich (30, 70) aus einem spritzgießbaren Kunststoffmaterial geformt sind.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Bereich (30, 70) aus einem thermoplastischen Material geformt sind.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Bereich (30, 70) aus einem Material auf Polyphenylensulfidbasis geformt sind.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der längliche sich verjüngende Bereich des ersten geformten Bereichs entlang eines Abschnitts der Innenseite des Magneten erstreckt.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite geformte Bereich sowohl den ringförmigen konturierten Vorsprung als auch den länglichen sich verjüngenden Bereich vollständig bedeckt.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die durch eine axiale Bohrung (90) gekennzeichnet ist, die konzentrisch zur Längsachse des Magneten durch den zweiten geformten Bereich (70) gebildet ist.
Drehmagnetbaugruppe nach Anspruch 11, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine Vielzahl länglicher Bohrungen (1.02), die im Allgemeinen parallel zur axialen Bohrung (90) durch den zweiten Bereich (70) gebildet sind und radial auswärts davon beabstandet sind.
Drehmagnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Bereich entlang sowohl der ersten als auch der zweiten Trennlinie (74, 76) eine Kunststoffschweißnaht gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer verkapselten Drehmagnetbaugruppe (10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines ringförmigen Magneten (12; 120) der Folgendes aufweist: eine Innenseite und eine Außenseite, ein erstes und zweites Ende und eine Längsachse, Formen eines ersten Bereichs (30) aus einem thermoplastischen Material über einem Abschnitt des ringförmigen Magneten, wobei der erste Bereich Folgendes aufweist: einen länglichen sich verjüngenden Bereich (60), der sich axial entlang der Innenseite des Magneten von einer Stelle erstreckt, die benachbart zu dem ersten Ende angeordnet ist, sowie einen sich axial erstreckenden ringförmigen konturierten Vorsprung (38; 122), der benachbart zu dem zweiten Ende des Magneten angeordnet ist; und Formen eines zweiten Bereichs (70) aus einem thermoplastischen Material über einem Abschnitt sowohl des Magneten als auch des ersten geformten Bereichs; wodurch zwischen dem ersten und zweiten Bereich jeweils entlang des länglichen sich verjüngenden Bereichs und des ringförmigen konturierten Vorsprungs eine erste und zweite Trennlinie (74, 76) definiert werden, so dass der Magnet innerhalb des ersten und zweiten geformten Bereichs abgedichtet eingekapselt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: Bilden mindestens einer sich verjüngenden Seite (40; 124) an dem ringförmigen konturierten Vorsprung (38; 122), wobei sich die sich verjüngende Seite im Verhältnis zur Längsachse des Magneten verjüngt.
Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren Folgendes umfasst: Bilden einer Innenseite (124) an dem ringförmigen konturierten Vorsprung (122), die sich im Verhältnis zur Längsachse des Magneten einwärts verjüngt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenseite (124) um etwa 45° im Verhältnis zur Längsachse verjüngt.
Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren folgenden Schritt umfasst: Bilden einer sich verjüngenden Außenseite (40) an dem ringförmigen konturierten Vorsprung (38), wobei sich die sich verjüngende Seite im Verhältnis zur Längsachse des Magneten auswärts verjüngt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die sich verjüngende Außenseite (40) um etwa 45° im Verhältnis zur Längsachse verjüngt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Formens des zweiten Bereichs (70) des Weiteren Folgendes umfasst: Formen des zweiten Bereichs (70) über dem ersten Bereich (30) in einer Weise, dass der erste und zweite Bereich sowohl entlang des länglichen sich verjüngenden Bereichs (60) aus auch entlang des ringförmigen konturierten Vorsprungs (38, 122) miteinander thermisch verschweißt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, das durch folgenden Schritt gekennzeichnet ist: Vorwärmen des ringförmigen Magneten (12; 120) vor dem Formen des ersten Bereichs (30) über dem Magneten.
Verfahren nach Anspruch 21, das des Weiteren folgenden Schritt umfasst: Abkühlen des ringförmigen Magneten (12; 120) und des ersten Bereichs (30) nach dem Formen des ersten Bereichs über dem ringförmigen Magneten.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, das des Weiteren folgenden Schritt umfasst: Vorwärmen des ringförmigen Magneten (12; 120) vor dem Formen des zweiten Bereichs (70).
Verfahren nach Anspruch 23, das des Weiteren folgenden Schritt umfasst: Abkühlen der Baugruppe des verkapselten Magneten (10) nach dem Formen des zweiten Bereichs (70).