EP0979945B1 - Vorrichtung mit einer Magnetkupplung und Verwendung derselben für eine Zahnradpumpe - Google Patents

Vorrichtung mit einer Magnetkupplung und Verwendung derselben für eine Zahnradpumpe Download PDF

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EP0979945B1
EP0979945B1 EP99122988A EP99122988A EP0979945B1 EP 0979945 B1 EP0979945 B1 EP 0979945B1 EP 99122988 A EP99122988 A EP 99122988A EP 99122988 A EP99122988 A EP 99122988A EP 0979945 B1 EP0979945 B1 EP 0979945B1
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shaft
rotor
drive
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drive side
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Martin Schaich
Felix Schnueriger
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Maag Pump Systems AG
Maag Pump Systems Textron AG
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    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/0061—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/60—Shafts

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a use the device.
  • Magnetic couplings are used for torque transmission between non-contacting waves, i. one to be sealed Rotary feedthrough, as for example from the Housing led out with a gear pump Drive shaft is necessary, is in a gear pump not needed with magnetic coupling.
  • magnetic couplings driven pumps have only static acting Seals on, which is why they are hermetically sealed apply and therefore especially for extreme environmentally hazardous or toxic fluids are suitable.
  • Known magnetic clutches consist of a bell-like Outer rotor, the single or double-walled containment shell and the Inner rotor.
  • the outer rotor usually sits on one Motor shaft or a transmission output shaft and the Inner rotor is located on the out of the pump housing led out drive shaft of the gear pump.
  • the Torque is transmitted by magnets, which are on the inner surface of the outer rotor as well as on the Outside surface of the inner rotor are located. magnetic couplings This known type are because of the mentioned Application benefits more often and preferably also used for ever larger services to be transmitted.
  • a disadvantage of this known embodiment are the high demands on the position of each other connecting components: So are both the Drive unit and the gear pump extremely precise to position each other. Since gear pumps also with Connection lines for the pumped medium to be transported to connect, here are more Restrictions or specifications regarding the desired Position, often with the first not mentioned to match. Remedy here creates the possibility that the drive unit can be flexibly mounted, which however, only practicable in the low-power range is.
  • the present invention is therefore the task based, a device with a magnetic coupling indicate which does not have the aforementioned disadvantages having.
  • the invention has the following advantages: driven by the drive unit shaft with the drive-side rotor is hingedly connected and by the Bearing units radially with respect to the drive side Rotor are arranged, the axes must be driven Shaft and that of the drive-side rotor not coincide. These can be a missing one Align without the function of the Entire facility is impaired.
  • the Invention has the advantage that in the assembly of the Magnetic coupling whose outer rotor, guided by the Fixing elements, can be pushed over the containment shell, without a tilting is possible.
  • Fig. 1 is a gear pump 1, a Magentkupplung. 2 and a universal joint 14, wherein for driving the Gear pump 1, a drive unit (in Fig. 1 not shown) is connected to the universal joint 14.
  • the gear pump 1 consists essentially of a Pump housing 21, of two intermeshing gears 3 and shaft bearings 6, in which the gears 3 bearing Shafts 4 are stored.
  • One of the waves 4 is from the Pump housing 21 led out to drive the pump.
  • On this extended shaft in the following drive shaft 7 called, sitting to the magnetic coupling 2 belonging inner Rotor 17, which has magnets 18 on its surface.
  • An outer rotor 12, on its inner surface as well equipped with magnets 19 is radially to the inner rotor 17 arranged, being between the inner and the outer Rotor 17 and 12, a so-called split pot 16 is provided is that allows a complete seal.
  • Drive side i.
  • a shaft portion 11 follows via a connectable to the pump housing 21 Fixing element 8 is held in position, d. H. the Mobility of the shaft portion 11 - and thus also the outer rotor 12 - is in the radial direction on the Bearing clearance of a preferably as a rolling bearing 10th trained bearing limited according to the invention.
  • the shaft portion 11 is further on a Universal joint 14 with a drive shaft 13, i. preferably initially with an inner part of a Drive shaft, which inner part over a second Universal joint (not shown in Fig. 1) with the Actual drive shaft of a drive unit (in FIG. 1 not shown).
  • the magnetic coupling 2 forms with respect to the radial Mobility a unit with the gear pump 1 or with whose housing 21, which achieved in an advantageous manner is that the drive shaft 7 of the gear pump 1 with the Drive shaft 13 of the drive unit is not exact must coincide.
  • At least one of the drive shaft sections i. of the Drive shaft portion in front of the first universal joint 14th and / or between the two universal joints and / or after the second universal joint, is telescopically constructed and thus can be extended or shortened as needed.
  • These further embodiments still allow one more flexible handling of the positioning of the gear pump with respect to the drive unit.
  • the fixing element 8 is by means of releasable Fasteners 15, preferably made of screws exist, attached to the pump housing 21.
  • the fixing element. 8 tubular and closes the magnetic coupling 2 against the outside from, with ventilation holes 9 are provided.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention, wherein in this the rolling bearing 10 radially to the split pot 16th are arranged. This is the storage of the outer rotor 12 closer to the split pot 16 and thus to the Place where precise positioning is critical to function is.
  • Fig. 2 shows substantially the magnetic coupling 2. From the Gear pump 1 are only individual parts, namely the Pump housing 21 and sections of the shaft passage of the Drive shaft 7, shown.
  • the further embodiment further has the advantage that the assembly can be made in a simple manner. So the outer rotor 12 becomes simple at the end of assemblage slid onto the containment shell 16 without touching it is because the bearings 10 ensure that the magnets 19 of the outer rotor 12 and the split pot 16 permanently are spaced.
  • FIG. 3 in a schematic representation, three shaft sections 31, 32 and 33 of the drive shaft illustrated, wherein the first shaft portion 31 with the second shaft portion 32 via a first flexible Clutch 34 and the second shaft portion 32 with the third shaft portion 33 via a second flexible Coupling 35 are connected.
  • the shaft section 33 corresponds to the rigid, out of a drive unit 30 out guided drive shaft.
  • the outer rotor 12 FIGS. 1 and 2) of the magnetic coupling 2 (FIG. 1 and 2) connected to the first shaft portion 31.
  • the flexible couplings 34 and 35 are in one of the explained Realized form.
  • the second one Shaft portion 32 formed telescopically.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verwendung der Vorrichtung.
Magnetkupplungen dienen der Drehmomentübertragung zwischen sich nicht berührenden Wellen, d.h. eine abzudichtende Drehdurchführung, wie sie beispielsweise für die aus dem Gehäuse bei einer Zahnradpumpe herausgeführten Antriebswelle notwendig ist, wird bei einer Zahnradpumpe mit Magnetkupplung nicht benötigt. Mittels Magnetkupplungen angetriebene Pumpen weisen lediglich statisch wirkende Dichtungen auf, weshalb sie als hermetisch geschlossen gelten und demnach insbesondere für extrem umweltgefährdende bzw. toxische Fördermedien geeignet sind.
Bekannte Magnetkupplungen bestehen aus einem glockenartigen Aussenrotor, dem ein- oder doppelwandigen Spalttopf und dem Innenrotor. Der Aussenrotor sitzt gewöhnlich auf einer Motorwelle bzw. einer Getriebeausgangswelle und der Innenrotor befindet sich auf der aus dem Pumpengehäuse herausgeführten Antriebswelle der Zahnradpumpe. Die Drehmomentübertragung erfolgt durch Magnete, welche sich auf der Innenoberfläche des Aussenrotors sowie auf der Aussenoberfläche des Innenrotors befinden. Magnetkupplungen dieser bekannten Bauart werden wegen den erwähnten Anwendungsvorteilen immer häufiger und vorzugsweise auch für immer grössere zu übertragende Leistungen eingesetzt.
Nachteilig bei dieser bekannten Ausführungsform sind die hohen Anforderungen an die Position der miteinander zu verbindenden Komponenten: So sind sowohl die Antriebseinheit als auch die Zahnradpumpe äusserst präzise zueinander zu positionieren. Da Zahnradpumpen ferner mit Anschlussleitungen für das zu transportierende Fördermedium zu verbinden sind, ergeben sich hier weitere Einschränkungen bzw. Vorgaben bezüglich der gewünschten Position, die oft mit den erst genannten nicht übereinstimmen. Abhilfe schafft hier die Möglichkeit, dass die Antriebseinheit flexibel montiert werden kann, was allerdings lediglich im Niederleistungsbereich praktikabel ist.
Bei grossen Übertragungsleistungen ist die Montage der Magnetkupplung schwierig, da die Magnete sehr stark - und damit schwer - ausgebildet sind. Das Zusammenführen der Komponenten gestaltet sich derart, dass der jeweils zuletzt montierte Rotor am Spalttopf entlang geschoben werden muss. Dabei splittern sehr leicht die Ecken der aus zumeist sprödem magnetischem Werkstoff gefertigten Mitnahmemagnete.
Aus der US-5 165 868 ist eine derartige Magnetkupplung für berührungsfreies Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten auf einer zweiten Welle bekannt, wobei die erste Welle in einem Gehäuse gelagert ist, das mit einem die Magnetkupplung umgreifenden Fixierelement verbunden ist, welches über von der Magnetkupplung axial beabstandeten Lagereinheiten verfügt, die die zweite Welle in Position halten.
Des Weiteren ist aus der US-1 913 633 eine gelenkige Verbindung von Wellen bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Magnetkupplung anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine Verwendung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf: Indem die von der Antriebseinheit angetriebene Welle mit dem antriebsseitigen Rotor gelenkig verbunden ist und indem die Lagereinheiten radial in Bezug auf den antriebseitigen Rotor angeordnet sind, müssen die Achsen der angetriebene Welle und diejenige des antriebseitigen Rotors nicht zusammenfallen. Diese können vielmehr eine fehlende Fluchtung aufweisen, ohne dass die Funktion der Gesamtanlage beeinträchtigt ist. Darüber hinaus weist die Erfindung den Vorteil auf, dass bei der Montage der Magnetkupplung deren Aussenrotor, geführt durch die Fixierelemente, über den Spalttopf geschoben werden kann, ohne dass ein Verkannten möglich ist. Zudem ist die Aussenrotorlagerung näher am Spalttopf und liegt damit an dem Ort, wo eine präzise Positionierung, insbesondere in radialer Richtung, funktionsentscheidend ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Magnetkupplung,
Fig. 2
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Magnetkupplung und
Fig. 3
Wellenabschnitte der Antriebswelle und eine Antriebseinheit zum Antreiben der Welle in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 ist eine Zahnradpumpe 1, eine Magentkupplung 2 und ein Kreuzgelenk 14 dargestellt, wobei zum Antreiben der Zahnradpumpe 1 eine Antriebseinheit (in Fig. 1 nicht dargestellt) an das Kreuzgelenk 14 angeschlossen ist.
Die Zahnradpumpe 1 besteht im wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 21, aus zwei ineinandergreifenden Zahnrädern 3 und Wellenlager 6, in denen die Zahnräder 3 tragenden Wellen 4 gelagert sind. Eine der Wellen 4 ist aus dem Pumpengehäuse 21 für den Antrieb der Pumpe herausgeführt. Auf dieser verlängerten Welle, im folgenden Antriebswelle 7 genannt, sitzt ein zur Magnetkupplung 2 gehörender innerer Rotor 17, der auf seiner Oberfläche Magnete 18 aufweist. Ein äusserer Rotor 12, der auf seiner Innenfläche ebenfalls mit Magneten 19 bestückt ist, ist radial zum inneren Rotor 17 angeordnet, wobei zwischen dem inneren und dem äusseren Rotor 17 bzw. 12 ein sogenannter Spalttopf 16 vorgesehen ist, der eine vollständige Abdichtung ermöglicht. Antriebsseitig, d.h. an den äusseren Rotor 12 anschliessend und mit diesem verbunden, folgt ein Wellenabschnitt 11, der über ein mit dem Pumpengehäuse 21 verbindbares Fixierelement 8 in Position gehalten wird, d. h. die Beweglichkeit des Wellenabschnittes 11 - und damit auch des äusseren Rotors 12 - ist in radialer Richtung auf das Lagerspiel eines vorzugsweise als Wälzlager 10 ausgebildeten Lagers erfindungsgemäss eingeschränkt.
Der Wellenabschnitt 11 ist des weiteren über ein Kreuzgelenk 14 mit einer Antriebswelle 13, d.h. vorzugsweise zunächst mit einem inneren Teil einer Antriebswelle, welcher innere Teil über ein zweites Kreuzgelenk (in Fig. 1 nicht dargestellt) mit der eigentlichen Antriebswelle einer Antriebseinheit (in Fig. 1 nicht dargestellt) verbunden.
Damit bildet die Magnetkupplung 2 in bezug auf die radiale Beweglichkeit eine Einheit mit der Zahnradpumpe 1 bzw. mit deren Gehäuse 21, womit in vorteilhafterweise erreicht wird, dass die Antriebsachse 7 der Zahnradpumpe 1 mit der Antriebsachse 13 der Antriebseinheit nicht exakt zusammenfallen muss.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, indem mindestens einer der Antriebswellenabschnitte, d.h. der Antriebswellenabschnitt vor dem ersten Kreuzgelenk 14 und/oder zwischen den beiden Kreuzgelenken und/oder nach dem zweiten Kreuzgelenk, teleskopartig aufgebaut ist und somit nach Bedarf verlängert bzw. verkürzt werden kann. Diese weiteren Ausführungsformen ermöglichen eine noch flexiblere Handhabung der Positionierung der Zahnradpumpe in bezug auf die Antriebseinheit.
Anstelle von Kreuzgelenken ist es auch denkbar, dass andere Gelenkarten verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass sich insbesondere Bogenzahnkupplungen, Gummikupplungen oder andere flexible Kupplungen hervorragend zur Realisierung der erfindungsgemässen Vorrichtung eignen.
Das Fixierelement 8 wird mittels lösbaren Befestigungsmitteln 15, die vorzugsweise aus Schrauben bestehen, am Pumpengehäuse 21 befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fixierelement 8 rohrförmig und schliesst die Magnetkupplung 2 gegen aussen ab, wobei Belüftungsbohrungen 9 vorgesehen sind.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei bei dieser die Wälzlager 10 radial zum Spalttopf 16 angeordnet sind. Damit befindet sich die Lagerung des äusseren Rotors 12 näher am Spalttopf 16 und damit an dem Ort, wo eine präzise Positionierung funktionsentscheidend ist.
Fig. 2 zeigt im wesentlichen die Magnetkupplung 2. Von der Zahnradpumpe 1 sind lediglich einzelne Teile, nämlich das Pumpengehäuse 21 und Ausschnitte der Wellendurchführung der Antriebswelle 7, dargestellt.
Neben dem erwähnten Vorteil bezüglich einer idealen Kraftaufnahme bei radial angeordneten Wälzlagern 10 weist die weitere Ausführungsform ferner den Vorteil auf, dass die Montage in einfacher Weise vorgenommen werden kann. So wird der äussere Rotor 12 am Schluss der Montage einfach auf den Spalttopf 16 aufgeschoben, ohne dass dieser berührt wird, denn die Wälzlager 10 sorgen dafür, dass die Magnete 19 des äusseren Rotors 12 und der Spalttopf 16 dauernd beabstandet sind.
Schliesslich sind in Fig. 3, in schematischer Darstellung, drei Wellenabschnitte 31, 32 und 33 der Antriebswelle dargestellt, wobei der erste Wellenabschnitt 31 mit dem zweiten Wellenabschnitt 32 über eine erste flexible Kupplung 34 und der zweite Wellenabschnitt 32 mit dem dritten Wellenabschnitt 33 über eine zweite flexible Kupplung 35 verbunden sind. Der Wellenabschnitt 33 entspricht der starren, aus einer Antriebseinheit 30 heraus geführten Antriebswelle. Auf der anderen Seite ist der äussere Rotor 12 (Fig. 1 und 2) der Magnetkupplung 2 (Fig. 1 und 2) mit dem ersten Wellenabschnitt 31 verbunden. Die flexible Kupplungen 34 und 35 sind in einer der erläuterten Form realisiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Wellenabschnitt 32 teleskopartig ausgebildet.

Claims (9)

  1. Vorrichtung mit einer Magnetkupplung (2) zum berührungsfreien Übertragen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle, mit einer ersten, mit einer Antriebseinheit gekoppelten Welle (13) und einer zweiten, in einem Gehäuse (21) gelagerten Welle (7), wobei eine der Wellen (7) mit einem erste Magnete (18) aufweisenden inneren Rotor (17) und die andere Welle (13) mit einem zweite Magnete (19) aufweisenden äusseren Rotor (12) versehen ist und wobei die Achse des antriebsseitigen Rotors (12) über Fixierelemente (8), welche mit dem Gehäuse (21) verbindbar sind, über Lagereinheiten (10) radial fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Antriebseinheit angetriebene Welle (13) mit dem antriebsseitigen Rotor (12) gelenkig verbunden ist und dassdie Lagereinheiten (10) radial in Bezug auf den antriebsseitigen Rotor (12) angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem antriebsseitigen Rotor (12) und der von der Antriebseinheit angetriebenen Welle (13) aus mindestens einer, vorzugsweise zwei flexiblen Kupplungen (14) besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der flexiblen Kupplungen (14) wahlweise eine Gummikupplung, eine Bogenzahnkupplung oder ein Kreuzgelenk, oder eine Kombination von zwei oder mehreren der genannten Kupplungsarten, ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fixierelementen (8) und dem antriebsseitigen Rotor (12) Wälzlager als Lagereinheiten (10) vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (8) rohrförmige ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Belüftungsbohrungen (9) im Fixierelement (8) vorgesehen sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenabschnitt (31, 32, 33) der Antriebswelle (13) teleskopartig ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren und dem äusseren Rotor (17; 12) ein Spalttopf (16) vorgesehen ist, mit Hilfe dessen eine vollständige Abdichtung erreichbar ist.
  9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Antreiben einer Zahnradpumpe (1).
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