DE8708440U1

DE8708440U1 - Magnetic liquid seal

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Publication number: DE8708440U1
Application number: DE8708440U
Authority: DE
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1987-09-03
Also published as: GB2192676B; DE3720024A1; GB2192676A; GB8714376D0; CH676740A5

Description

DE-353 GDE-353 G

Oii-HDP/LE/meOii-HDP/LE/me

03,08,198703,08,1987

Magnetische Fii)ssig[<eifcsdichfcUng |Magnetic liquid sealing |

I. Die Anmeldung betrifft eine magnetische Flüssigkeitsdichtung mit einem magnetischen Kreis, in Welchem ein Permanentmagnet zur Erregung dient, insbesondere für Systeme mit stehender Welle,und mindestens einem aktiven, mit magnetisch leitfähiger Flüssigkeit gefüllten Polspalt, den das Erregerfeld senkrecht durchsetzt, der durch eine stehende und eine um eine Achse rotierende Fläche begrenzt ist. I. The application relates to a magnetic liquid seal with a magnetic circuit in which a permanent magnet serves for excitation, in particular for systems with a standing wave, and at least one active pole gap filled with magnetically conductive liquid, through which the excitation field passes vertically, which is delimited by a stationary surface and a surface rotating about an axis.

Der Polspalt ist der sogenannte Arbeitsluftspalt. Eine begrenzende Fläche rotiert, die andere üteht. Im Falle einer rotierenden Welle ist die rotierende Fiäche sehr groß, d. h. axial lang (Rotationsachse = Wellenachse), und die stehende Fläche ist axial kurz Und relativ klein; im Falle eiiVer stehenden Welle ist die stehende Fläche groß (weil die stehende Welle axial baut) und die rotierende Fläche klein (weil sie |The pole gap is the so-called working air gap. One limiting surface rotates, the other is stationary. In the case of a rotating shaft, the rotating surface is very large, i.e. axially long (rotation axis = shaft axis), and the stationary surface is axially short and relatively small; in the case of a standing shaft, the stationary surface is large (because the standing wave is axially built) and the rotating surface is small (because it |

axial kurz baut). Die jeweils axial kurz bauende Fläche kann auch als Polschuh bezeichnet Werden.axially short). The axially short surface can also be referred to as the pole shoe.

Die axial länger bauende Fläche kann selbstverständlich auch eine zylindrische Führungsfläche, z. B. für einen Kugellagersitz, sein. Der Polschuh ist also z. B. eine relativ dünne gestanzte, weichmagnetische Scheibe. Der Polschuh kann auch eine permanentmagnetische, in radialer Richtung magnetisierte, z, B. gesinterte Scheibe sein. Die räumliche Gestalt des PoI-schuhs muß nicht scheibenförmig sein. Oer Polschuh kann also aus dem Hagnetpolring selber bestehen und ist dann ein Material | hoher Remanenz.The axially longer surface can of course also be a cylindrical guide surface, e.g. for a ball bearing seat. The pole shoe is therefore, for example, a relatively thin stamped, soft magnetic disk. The pole shoe can also be a permanently magnetic disk magnetized in the radial direction, e.g. sintered disk. The spatial shape of the pole shoe does not have to be disk-shaped. The pole shoe can therefore consist of the magnetic pole ring itself and is then a material | with high remanence.

Zwischen der rotierenden und stehenden Fläche wird durch das |Between the rotating and stationary surface is created by the |

I Feld, das durch diesen Arbeitsluftspalt oder Polspalt oder eben den Luftspalt zwischen rotierender und stehender Fläche gebildet wird, durchsetzt und die magnetisch leitende und elek- ] trisch schwach leitende Flüssigkeit eingebracht. Durch die ;I field, which is formed by this working air gap or pole gap or just the air gap between rotating and stationary surface, penetrates and the magnetically conductive and electrically weakly conductive liquid is introduced. Through the ;

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&oacgr;&egr;-353 G 011-HDP/LEyme 03.08-1987&oacgr;&egr;-353 G 011-HDP/LEyme 03.08-1987

Feldkräfte in diesem Arbeitsluftspalt oder Polspalt wird diese «flüssigkeit dort geh-aiten, auch Wenn beiderseits desselben er = heblicher Druckunterschied be§fcehtiField forces in this working air gap or pole gap will keep this fluid there, even if there is a significant pressure difference on both sides of it.

Bekannte Dichtungen der eingangs genannten Art bestehen oft auä ein oder zwei ebenen Scheiben und einem zwischen diesen liegenden axial magnetisieren Permanentmagnet. Die beiden Scheiben bestehen aus magnetisietbspßm Material und bilden je einen Polschuh für je einen Luftspalt. Mindestens der Spalt zwischen eifiem Polschuh und einer Welle wird mit einer magnetisch leitenden Flüssigkeit gefüllt und dichtet somit einen über der Dichtung liegenden Raum Von einem unter der Dichtung leigenden Raum ab (Fig· I).Known seals of the type mentioned above often consist of one or two flat disks and an axially magnetized permanent magnet between them. The two disks are made of magnetized material and each form a pole shoe for an air gap. At least the gap between a pole shoe and a shaft is filled with a magnetically conductive liquid and thus seals a space above the seal from a space below the seal (Fig. I).

Üblicherweise ist eine solche magnetische Dichtung in einem Motor so eingebaut, daß die drehende Welle den magnetischen Rückschluß über die beiden Polschuhe bildet"und diese somit nicht rotieren»Such a magnetic seal is usually installed in a motor in such a way that the rotating shaft forms the magnetic return via the two pole shoes, "and these therefore do not rotate"

Es gibt aber auch Systeme, wo es vorteilhaft ist, die Welle stillstehen zu lassen. In diesem Falle muß die Dichtung, d. h_k müssen die Polschuhe, rotieren (Fig. Z).However, there are also systems where it is advantageous to leave the shaft stationary. In this case the seal, _i.e. the pole shoes, must rotate (Fig. Z).

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten oben genannten Dichtungen zu vereinfachen.The object of the invention is to simplify the known seals mentioned above.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. The solution is given in the characterising part of claim 1.

Diö erfindungsgemäße Dichtung ist im Gegensatz zu den bekannten dieser Art einteilig ausgebildet ,"',ist dadurch in der Bauhöhe kompakter und billiger zu fertigen. Durch die axial verkürzte Fläche des Polschuhs im Bereich des magnetisch wirksamen Luftspalts wird die Flüssigkeitsreibung verringert und zudem magnetisch leitende Flüssigkeit (Dichtflüssigkeit) eingespart. In contrast to the known seals of this type, the seal according to the invention is made in one piece, making it more compact in terms of height and cheaper to manufacture. The axially shortened surface of the pole shoe in the area of the magnetically effective air gap reduces fluid friction and also saves magnetically conductive fluid (sealing fluid).

'..' · ' <·' '"' ' DE-353 G
- 5 - Oli-LE/me'..' · '<·''"'' DE-353 G
- 5 - Oli-LE/me

03-08,198703-08,1987

Die einteilige Ausführung erspart zusätzliche Nächarbeit gegenüber den bekannten Dichtungenj deren Bauteile noch zueinander
fixiert werden müsseniThe one-piece design saves additional finishing work compared to the known seals whose components are still
must be fixedi

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, sowie aus den abhängigen ^-fisprüchentFurther details and advantageous developments of the invention emerge from the embodiments described below and shown in the drawing, as well as from the dependent ^-ficlaims

Es zeigen:Show it:

Pig. 1: einen Schnitt durch eine bekannte
Dichtung mit "rotierender"'Welle,Pig. 1: a section through a known
Seal with "rotating" shaft,

Fig. 2: einen Schnitt durch eine bekannte
Dichtung mit stehender Welle,Fig. 2: a section through a known
Seal with standing shaft,

Fig. 3t einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel '
einer Dichtung gemäß der Erfindung, 'Fig. 3t a section through a first embodiment '
a seal according to the invention, '

Fig. 4: einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,Fig. 4: a section through a second embodiment
according to the invention,

Fig. 5: einen Schnitt durch den Polring gemäß Fig. 3,
Fig. 6: einen Schnitt durch den Polring gemäß Fig. 4.Fig. 5: a section through the pole ring according to Fig. 3,
Fig. 6: a section through the pole ring according to Fig. 4.

Gleiche oder gleichwirkende Teile werden in nachfolgenden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nur einmal
beschrieben. Die Ausdrücke oben, unten beziehen sich auf die
Darstellung in der jeweiligen Figur.Identical or equivalent parts are designated with the same reference symbols in the following figures and are only mentioned once
The terms above and below refer to the
Representation in the respective figure.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1 (beispielsweise eines Elektromotors), die in einem Lager 2 läuft. Das Lager 2 (Wälzlager oder Gleitlager) ist in einem Lagertragteil 3 befestigt. Oberhalb des
Lagers 2 ist eine Dichtung 4 im Lagertragteil so eingebaut,
daß der über dieser liegende von dem unter dieser liegenden
Raum abgedichtet wird. Die Dichtung 4 besteht aus einem Permanentmagnetring 5, beidseitigen PcZschuhen 6 und einer Flüssig-Fig. 1 shows a shaft 1 (for example of an electric motor) running in a bearing 2. The bearing 2 (rolling bearing or plain bearing) is mounted in a bearing support part 3. Above the
Bearing 2, a seal 4 is installed in the bearing support part so that
that the one above it is separated from the one below it
The seal 4 consists of a permanent magnet ring 5, PC shoes 6 on both sides and a liquid

HH &igr; » < · O litt&igr; » < · O suffered

IJ · · ►· ·IJ · · ►· ·

Dt-353 GDt-353G

- 6 - Öll-Le/&idiagr;&eegr;&bgr;- 6 - Oil-Le/&idiagr;&eegr;&bgr;

9898

I keit mit magnetischer Leifähigkeit* die im Polspalt &Iacgr; zwischenI ity with magnetic conductivity* in the pole gap &Iacgr; between

S; den Pölschuhen 6 und der Welle 1 eingebracht ist.S; the Pölschuhe 6 and the shaft 1.

&idiagr; In der Fig. 2 ist ein Ausfuhrungsbeispiel dargestellt} bei dem&idiagr; In Fig. 2 an embodiment is shown} in which

I die W*3lle 1 feststeht und das Lä^ertragteil 3 mitsamt dorI the W*3lle 1 is fixed and the L^ertragteil 3 together with the

I Dichtung 4 rotiert. Die übrigen Teile sind bereits in Fig. 1I Seal 4 rotates. The remaining parts are already shown in Fig. 1

J beschrieben.J described.

&iacgr; Der im Oberbegriff verwendete Ausdruck "stehende Welle" bedeutet,&iacgr; The term " standing wave " used in the generic term means

1 daß dasselbe Teil als Welle (rotierend) als auch als Achse1 that the same part can be used as a shaft (rotating) and as an axis

I (feststehend) verwendet werden kann und "... die Uni eine Achse I (fixed) can be used and "... the Uni has an axis

|. rotierende Fläche ..." bedeutet hier die geometrische Achse.|. rotating surface ..." here means the geometric axis.

I Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausfühfungsbeispiel mit der Welle 1, auf der eine Dichtung 20 angebracht ist. Die Dichtung 20 besteht aus nur einem Teil, das als Polring 25 ausgebildet I ist. Die radiale Abmessung des Dichtspaltes beträgt etwa 0,1 mm. Die Dichtflüssigkeit ist elektrisch und magnetisch leitend. Der Poiring 25 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Magnetmaterial hoher Remanenz, wodurch im eingebauten, gefüllten Zustand eine bedingt druckfeste Dichtung und elektrisch I schwach leitende Verbindung zwischen Welle und Rotor entsteht. J Die Übergangswidefstände in der Größenordnung von 10 kß bis ) 1 Mj? (je nach Bauform, Füllgrad, Materialeigenschaft der lei-I tenden Dichtflüssigkeit) reichen aus,um statische Aufladungen» i wie sie z. B. in Plattenantrieben durch Luftreibung entstehen, &idiagr; sicher abzuleiten. Der Polring 25 kann auch aus einem soge-I nannten Kunststoffmagnetmaterial besteher;. Insbesondere sind ? dazu kunststoffgebundene SmCo-Magnete oder andere mit hoher I Remanenz gut geeignet. Zur Erzielung der elektrischen Ableii tung muß der Polring 25 einseitig metallisch bedampft werden I mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 bis 1 um Kupfer oder 1 Nickel.I Fig. 3 shows an embodiment according to the invention with the shaft 1, on which a seal 20 is attached. The seal 20 consists of only one part, which is designed as a pole ring 25. The radial dimension of the sealing gap is approximately 0.1 mm. The sealing fluid is electrically and magnetically conductive. The pole ring 25 preferably consists of a metallic magnetic material with high remanence, which creates a conditionally pressure-resistant seal and a weakly electrically conductive connection between the shaft and the rotor when installed and filled. J The contact resistances in the order of 10 kß to ) 1 Mj? (depending on the design, degree of filling, material properties of the conductive sealing fluid) are sufficient to safely discharge static charges, such as those that arise in disk drives due to air friction, for example. The pole ring 25 can also consist of a so-called plastic magnetic material. In particular, ? Plastic-bonded SmCo magnets or others with high remanence are well suited for this purpose. To achieve electrical conduction, the pole ring 25 must be metal-coated on one side with a layer thickness of about 0.5 to 1 μm copper or 1 μm nickel.

11 1 ··· ··11 1 ··· ··

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- 7 - 011-LE/me- 7 - 011-LE/me

15.06.198715.06.1987

Der Polschuh bzw. Polring kann auch als abgestufter Ripig 35 ausgebildet sein (Fig. 4). Die Magnetisierung kann (wie aui_h beim Ausführungsbeispiel in Fig. 3) in radialer oder axialer Richtung erfolgen.The pole shoe or pole ring can also be designed as a stepped rib 35 (Fig. 4). The magnetization can take place in the radial or axial direction (as in the embodiment in Fig. 3).

In. Fig. 5 und 6 sind die Polringe 25, 35 als Einzelteile nochmals dargestellt, und zwar in beiden Magnetisierungsrichtungen. Der Polring 25 ist in radialer und der Polring 35 in axialer Richtung magnetisiert, welches durch die Eintragung der Magnetpole N/S verdeutlicht wird.In Fig. 5 and 6, the pole rings 25, 35 are shown again as individual parts, in both magnetization directions. The pole ring 25 is magnetized in the radial direction and the pole ring 35 in the axial direction, which is illustrated by the entry of the magnetic poles N/S.

Die axiale Magnetisierung hat den zusätzlichen Vorteil, daß kein Rückschluß über Motor- bzw. Lagerteile erfolgt und daß zwei benachbarte Magnetpole, axial im Luftspalt angeordnet, auch bei magnetisch Schacherern Material hohe Feldstärken im Luftspalt (Polspalt 7) erzeugen können.The axial magnetization has the additional advantage that no conclusions are drawn via motor or bearing parts and that two adjacent magnetic poles, arranged axially in the air gap, can generate high field strengths in the air gap (pole gap 7) even with magnetically mixed material.

in den Figuren 3 und 4 sind nur Ausführungsbeispiele mit rotierender Welle dargestellt. Diese Ausführungen sind selbstverständlich auch entsprechend umkehrbar (d. h. mit stehender Welle).Figures 3 and 4 only show embodiments with a rotating shaft. These designs are of course also reversible (i.e. with a standing shaft).

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Claims

PAPST-HOTOREN GmbH & Uo 'fcte* :,.· ·&ldquor;.· ·.,· ! DE-353 G

St. Georgen " 011-HDP/LE/me

B. R ₁ . Germany . 03.08.1987

Expectations

1- Magnetic liquid seal with a magnetic circuit in which a permanent magnet serves for excitation, in particular for systems with a standing wave, and with at least one active pole gap filled with magnetically conductive liquid, through which the excitation field passes vertically, which is delimited by a stationary surface and a rotating surface about an axis, characterized in that one (stationary or rotating) surface, which is axially short compared to the other, widens as a cross-section in the direction of the magnetic circuit (flux).

2. Seal according to claim 1, characterized in that the axially short, widening cross-sectional area is that of a permanent magnet used to generate the flux or field or that of a soft magnetic pole shoe (25, 35).

3. Seal - according to claim 2, characterized in that the permanent magnet is a pole ring (25, 35) magnetized in the radial direction.

4. Seal according to claim 3 or claim 2, characterized in that the pole ring (25, 35) according to claim 3 or the pole shoe according to claim 2 has the axially short surface radially outward.

5. Seal according to one of the preceding claims (in particular claim 4), characterized in that the axially short surface does not rotate and its body rests on a stationary shaft (1), preferably axially immediately next to a ball bearing (2) forming the magnetic circuit, whereby preferably the rotating surface

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axially at least as long as the axial maximum width of the body.

6. Seal according to claim 3 or claim 2, characterized in that the pole ring (25, 35) according to claim 3 or the pole shoe according to claim 2 has the axially short surface radially inward.

7. Seal according to one of the preceding claims (in particular claim 4, claim 6), characterized in that the axially short surface does not rotate and its body is fitted into a bearing bore of a bearing support part (3).

8. Seal according to one of the preceding claims (in particular claim 4), characterized in that the axially short surface rotates and its body sits on a standing shaft (1), preferably axially directly next to a radial ball bearing (Z) which also forms the magnetic circuit, wherein the rotating surface is preferably axially at least approximately as long as the axial maximum width of the body.

^* Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnetic pole shoe is designed as a stepped ring (35).

10. Seal according to claim 9, characterized in that the stepped ring (35) is axially magnetized in the area of the magnetically effective pole gap (7).

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