EP2156534A2 - Permanent erregter rotor für arbeitsmaschinen - Google Patents

Permanent erregter rotor für arbeitsmaschinen

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Publication number
EP2156534A2
EP2156534A2 EP08758798A EP08758798A EP2156534A2 EP 2156534 A2 EP2156534 A2 EP 2156534A2 EP 08758798 A EP08758798 A EP 08758798A EP 08758798 A EP08758798 A EP 08758798A EP 2156534 A2 EP2156534 A2 EP 2156534A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
machine according
work machine
permanent magnets
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08758798A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Gröschel
Gerhard Huth
Sven Urschel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KSB AG
Original Assignee
KSB AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KSB AG filed Critical KSB AG
Publication of EP2156534A2 publication Critical patent/EP2156534A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material

Definitions

  • the invention relates to a working machine which is directly or indirectly connected to a motor, wherein a power transmission from the engine to the working machine with at least one driven by magnetic or electromagnetic fields rotor, in particular a rotor for driving turbomachines, wherein the rotor with over the Circumference distributed permanent magnets equipped and designed for operation in a chemically aggressive environment.
  • Such machines are often used in the chemical industry in the form of a flow machine, often a conveyor in the form of a pump; also with mixers and stirrers. There are equipped with permanent magnets rotors in magnetic clutches, hysteresis clutches or canned motors used.
  • rotors For a hermetic sealing of a working machine which is exposed to aggressive, dangerous or valuable liquids, such rotors are arranged within a containment shell or split tube filled with a conveying medium. This component, referred to below as a gap element, is used for the hermetic sealing between two spaces, firstly for the environment and secondly for a space filled with hazardous fluid and containing the rotor.
  • the stress criteria result from the corrosive, erosive, abrasive, cavitating and tribological factors and / or stresses.
  • a second element On such a rotor equipped with permanent magnets, a second element, usually an outer element, transmits drive energy. If the rotor is part of an electronically commutated motor, the second element would be a stator with a rotating field winding. Their rotating magnetic fields acting on the rotor equipped with permanent magnets such a drive sits a much higher system efficiency. As a result, the life cycle costs of a machine driven by such a rotor fall more favorably for a plant operator. And if the rotor is designed as part of a magnet or hysteresis clutch, a rotating outer rotor with its permanent magnets transmits its rotational movement to the rotor connected to the working machine. The magnetic forces cause the entrainment effect. In a hermetically sealed coupling, a sealing gap element is arranged between the rotor and the outer rotor.
  • Such rotors with circumferentially arranged permanent magnets consist of a rotor active part for the magnetic return of the permanent magnets and are connected for torque transmission to a shaft.
  • the rotor active part is encased in a corrosion-resistant metal shell to protect the surfaces of the permanent magnets from attack by the liquid and to absorb centrifugal forces occurring during operation.
  • Such a jacket additionally reduces the hydraulic resistance of the rotor rotating within a gap element in the liquid.
  • the torque of such a rotor is transmitted with the shaft to an element of a work machine, usually an impeller of a pump.
  • the shaft is made of a material resistant to the respective liquid. Due to its function, the rotor consists of a magnetically highly permeable, corrosion-resistant material. Therefore, in addition to the sheath, the end faces of the rotor active part and the transitions to the corrosion-resistant shaft must be sealed by additional means and protected against corrosion. This is done by additional mudguards or potting.
  • EP 1 719 916 A1 for pump units in the form of heating circulation pumps whose electric drive motors are designed as permanent magnet motors.
  • These known rotors are rotatably mounted with a rotor shaft in plain bearings in the stator housing or on the stator, wherein the actual rotor with the permanent magnets is fixed on the rotor shaft.
  • the individual permanent magnets are arranged in recesses of a laminated core, in whose central opening the rotor shaft is inserted.
  • the rotor is shaftless and completely formed of a magnetizable, ferritic material at least in a partial region of its axial extent and the magnetic poles of the rotor are produced by magnetization of the ferritic material .
  • a solution of a rotor made of compressed or sintered material can only be used in the case of the heating circulating pumps designed for a simple conveying medium and having small powers. Such a solution can not be used because of the ferritic material in the chemical field for reasons of lack of corrosion resistance.
  • the stainless steels necessarily used there are usually non-magnetizable austenites.
  • the object of the invention is to develop a structure for a liquid-flushed rotor that can be used in the chemical sector, whereby a high resistance to corrosive and / or aggressive fluid is given and a high degree of efficiency is ensured for a drive equipped with such a rotor ,
  • a rotor active part and associated shaft made of a corrosion-resistant stainless steel from the group of ferro-austenitic duplex steels with 40-60% ferrite and that protected in the outer periphery of such a rotor active part integrated permanent magnets from chemical attack are.
  • the formation of rotor active part and shaft made of a corrosion-resistant stainless steel from the group of ferritic-austenitic duplex steels eliminates the previously necessary protective measures in the area between the rotor active part and the transition to the shaft.
  • the shaft or shaft parts can be arranged in a manner known per se as separate parts.
  • the rotor as a one-piece rotor with integrally formed Shaped wave.
  • the rotor active part is composed of a plurality of rotor modules, wherein an axial length of a rotor module is defined by the dimensions of permanent magnets to be arranged therein.
  • the rotor modules are positively secured and / or by means of a shaft or by means of shaft parts to each other.
  • Each rotor module consists of a solid stainless steel block from the group of duplex steels. A use of modules in the form of packetized laminations, as known from EP 1 657 800 A1, is eliminated.
  • the rotor surface may in this case be formed by a thin-walled sleeve of a corrosion-resistant stainless steel from the group of ferritic-austenitic duplex steels. Such a sleeve is sealingly attached to a rotor active body or to a rotor active body composed of rotor modules. This can be done by laser welding or other known means.
  • the permanent magnets can be arranged directly within the surface of the rotor active body.
  • the permanent magnets are arranged just below the outer surface or the cylindrical outer peripheral surface within the rotor active body, in order to obtain protection against corrosion attacks on the endangered permanent magnets by the solid rotor surface.
  • Such insertion of the permanent magnets in the rotor, the rotor active body or in a plurality of solid rotor modules provides pockets which extend from a rotor end side in the axial direction close to the outer peripheral surface and receive the permanent magnets. Depending on the type and construction of such pockets, only the receiving openings of the pockets must be sealed after mounting on one or both rotor end faces.
  • DE 10 2005 041 352 A1 discloses a rotor in which permanent magnets are arranged in the tabs of a rotor core. As a result of the laminated structure, the liquid can pass through the gaps between the individual sheets to the permanent magnets and damage them.
  • the permanent magnets are sealed on each rotor module.
  • a rotor module made of duplex steel with an optimized axial length would be almost fully automatic on a CNC machine tool as a series product.
  • Embodiments of the invention provide that the arranged in pockets of the rotor active part permanent magnets are cup-shaped, rod-shaped, cuboidal or similar.
  • the inner coupling part is also a permanent magnet excited rotor, which is in principle identical in construction as the permanent-magnet pump motor.
  • a part coupling is possible in principle. Due to the modular design of the rotor, the advantage of t torque distribution for a product series of different drive powers.
  • Embodiments of the invention provide that the permanent magnets are shell-shaped, rod-shaped, cuboidal or similar.
  • the ferritic-austenitic duplex stainless steel with 40-60% ferrite is a material known, for example, from the material numbers: 1.4362, 1.4410, 1.4460, 1.4462, 1.4464, 1.4469, 1.4470,
  • Fig. 3 shows a working machine with indirect motor drive
  • Fig. 4 to 6 show different air locks
  • Fig. 1 shows a cross section through a working machine 1 in the form of a directly driven centrifugal pump.
  • This machine is designed to promote chemically aggressive fluids and designed here with a motor 2 in the form of a canned motor, wherein the permanent magnet 3 provided with rotor 4 is exposed directly to the chemical fluids.
  • the one-piece rotor 4 here consists of a rotor active part 5 and an associated directly molded shaft 6, these parts being made of a corrosion-resistant ferritic-austenitic duplex steel. It has proved to be advantageous to produce such a rotor 4 from a cast or forged preform and abariader processing to produce the dimensions of the rotor active part 5 and the molded shaft 6 and thus the rotor outer contour.
  • the rotor active part 5 has distributed over the circumference of several pockets 7, in each of which one or more permanent magnets 3 are arranged.
  • the permanent magnets 3 are protected within the pockets 7 against attacks by an aggressive fluid.
  • the pockets 7 are incorporated below the surface from the outer periphery in the rotor active part 5.
  • Fig. 2 shows another embodiment of the rotor 4 of Fig. 1, wherein within the one-piece rotor active part 5, two shaft parts 6.1 and 6.2 are attached to the storage thereof. All parts are made of corrosion-resistant ferritic-austenitic duplex steel.
  • FIG. 1 shows another embodiment of the pockets 7 for receiving the permanent magnets 3 . For reasons of better visibility, the permanent magnets 3 were not drawn in the upper pocket 7 in the section.
  • the tight connection of such a sleeve 8 with the rotor active part 5 is carried out by simple circulating welding, soldering -, adhesive, shrink or other sealing compounds.
  • the pockets 7 for receiving permanent magnets 3 are formed by an inner diameter of the sleeve 8 and by grooves which are incorporated into the surface of the Rotoeptmaschines 5.
  • the inner rotor 10 of the magnetic coupling 9 is a further variant of the rotor structure.
  • the here multi-part rotor active part 5 is composed of two or more rotor modules 5.1, 5.2, which are each made of a solid ferritic-austenitic duplex steel. This composite rotor active part 5 is torque-transmitting connected to a shaft portion 6.3 of the same material.
  • the shaft part 6 .3 is the rotor active part 5 rotatably supported within the magnetic coupling 9 or a correspondingly formed hysteresis coupling and at the same time connected to the work machine 1 in a force-transmitting manner.
  • the inner rotor 10 may also be constructed analogously to the rotor of FIG. 1 or 2.
  • the working machine can here - as shown - be a pump 1 or a stirrer, a mixer or other device.
  • the rotor modules 5.1, 5.2 are positively connected to each other and the joints sealed form-fitting and cohesive.
  • the rotor modules 5.1, 5.2 of the multi-part rotor active part 5 have below the rotor surface in the axial direction extending pockets 7, in which permanent magnets 3 are stored firmly and liquid-tight.
  • the storage of such permanent magnets 3 takes place by known means.
  • the sealing of the pockets 7 is carried out by separate means, thus precluding access of the chemical liquid to the permanent magnet 3.
  • the connection between the sealing center and the rotor active part 5 or the rotor modules 5.1, 5.2 must in this case be resistant to the respective chemical aggressive liquids. Welded joints have proven to be very beneficial.
  • FIGS. 4 to 6 three cross sections through rotors are shown as cutouts, in which the pockets 7 with permanent magnets 3 inserted therein and the use of flow locks 11 are shown.
  • the flow barriers 11 are shown as closed air barriers in the form of slots. The river barriers are here below the rotor surface.
  • FIG. 5 Another embodiment is shown in FIG. 5, in which the flow barriers 11 are installed as slotted open air barriers in the surface of the rotor active part 5.
  • Fig. 6 shows a form of round, drilled air locks 11.
  • This is another form of permanent magnet 7 application. These are cuboid and arranged side by side.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine (1), die direkt oder indirekt verbunden ist mit einem Motor (2), wobei eine Kraftübertragung vom Motor (2) auf die Arbeitsmaschine (1 ) mit mindestens einen durch magnetische oder elektromagnetische Felder angetriebenen Rotor (4) erfolgt, insbesondere ein Rotor zum Antrieb von Strömungsmaschinen, wobei der Rotor (4) mit Permanentmagneten (3) ausgestattet und für einen Betrieb in einer chemisch aggressiven Umgebung ausgebildet ist. Der Rotor (4) und eine damit verbundene Welle (6, 6.1, 6.2, 6.3) sind einteilig aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl aus der Gruppe ferritisch-austenischer Duplexstähle hergestellt und am Rotor angeordnete Permanentmagnete (3) sind vor chemischen Angriffen geschützt.

Description

K S B A k t i e n g e s e l l s c h a f t
Permanent erregter Rotor für Arbeitsmaschinen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, die direkt oder indirekt verbunden ist mit einem Motor, wobei eine Kraftübertragung vom Motor auf die Arbeitsmaschine mit mindestens einen durch magnetische oder elektromagnetische Felder angetriebenen Rotor erfolgt, insbesondere ein Rotor zum Antrieb von Strömungsmaschinen, wobei der Rotor mit über den Umfang verteilten Permanentmagneten ausgestattet und für einen Betrieb in einer chemisch aggressiven Umgebung ausgebildet ist.
Solche Arbeitsmaschinen finden häufig Anwendung im Bereich der chemischen Industrie in Form einer Strömungs-Arbeitsmaschine, häufig einer Fördereinrichtung in Form einer Pumpe; ebenso bei Mischern und Rührern. Dort sind mit Permanentmagneten ausgestattet Rotoren in Magnetkupplungen, Hysteresekupplungen oder Spaltrohrmotoren eingesetzt. Für eine hermetische Abdichtung einer mit aggressi- ven, gefährlichen oder kostbaren Flüssigkeiten beaufschlagten Arbeitsmaschine sind derartige Rotoren innerhalb eines mit Fördermedium gefüllten Spalttopfes oder Spaltrohres angeordnet. Dieses im folgenden als Spaltelement bezeichnete Bauteil dient zur hermetischen Abdichtung zwischen zwei Räumen, zum einen der Umgebung und zum anderen einem mit gefährlichen Fördermedium gefüllten, den Rotor enthalten- den Raum. Die Beanspruchungskriterien ergeben sich aus den korrosiven, erosiven, abrasiven, kavitierenden und tribologischen Faktoren und/oder Beanspruchungen.
Auf einen solchen mit Permanentmagneten ausgestatteten Rotor überträgt ein zweites Element, gewöhnlich ein äußeres Element, eine Antriebsenergie. Ist der Rotor Bestandteil von einem elektronisch kommutierten Motor, so wäre das zweite Element ein Stator mit einer Drehfeldwicklung. Durch deren umlaufende und auf den mit Permanentmagneten ausgestatteten Rotor einwirkenden magnetischen Drehfelder be- sitzt ein solcher Antrieb einen wesentlich höheren Systemwirkungsgrad. Dadurch fallen für einen Anlagenbetreiber die Lebenszykluskosten einer durch einen solchen Rotor angetriebenen Maschine günstiger aus. Und ist der Rotor als Bestandteil einer Magnet- oder Hysteresekupplung ausgebildet, so überträgt ein rotierend angeordne- ter Außenrotor mit seinen Permanentmagneten seine Rotationsbewegung auf den mit der Arbeitsmaschine verbundenen Rotor. Die Magnetkräfte bewirken dabei den Mitnahmeeffekt. Bei einer hermetisch dichten Kupplung ist zwischen Rotor und Außenrotor ein dichtendes Spaltelement angeordnet.
Solche Rotoren mit am Umfang angeordneten Permanentmagneten bestehen aus einem Rotoraktivteil für den magnetischen Rückschluss der Permanentmagnete und sind zur Drehmomentübertragung mit einer Welle verbunden. Das Rotoraktivteil ist von einer korrosionsbeständigen Metallhülle ummantelt, um die Oberflächen der Permanentmagnete vor dem Angriff durch die Flüssigkeit zu schützen und im Betrieb auftretende Fliehkräfte aufzunehmen. Eine solche Ummantelung reduziert zusätzlich den hydraulischen Widerstand des innerhalb eines Spaltelementes in der Flüssigkeit rotierenden Rotors. Das Drehmoment eines solchen Rotors wird mit der Welle auf ein Element einer Arbeitsmaschine, gewöhnlich ein Laufrad einer Pumpe, übertragen. Die Welle ist aus einem gegenüber der jeweiligen Flüssigkeit beständigen Material gefertigt. Aufgrund seiner Funktion besteht der Rotor aus einem magnetisch hoch permeablen, korrosionsunbeständigen Material. Deshalb sind zusätzlich zu der Ummantelung auch die Stirnflächen des Rotoraktivteils und die Übergange zur korrosionsbeständigen Welle durch zusätzliche Mittel abzudichten und vor Korrosion zu schützen. Dies erfolgt durch zusätzliche Schutzbleche oder Vergussmaßnahmen.
Eine andere Lösung zeigt die EP 1 719 916 A1 für Pumpenaggregate in Form von Heizungsumwälzpumpen, deren elektrische Antriebsmotoren als Permanentmagnetmotoren ausgebildet sind. Die Schrift kritisiert an den bekannten Permanentmagnetmotoren , das sie einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor aufweisen, der durch geeignete Bestromung von Statorspulen in Rotation versetzt wird. Diese bekannten Rotoren sind mit einer Rotorwelle in Gleitlagern im Statorgehäuse bzw. am Stator drehbar gelagert, wobei der eigentliche Rotor mit den Permanentmagneten auf der Rotorwelle fixiert ist. Die einzelnen Permanentmagnete sind in Ausnehmungen eines Blechpaketes angeordnet, in dessen zentrale Öffnung die Rotorwelle eingesetzt ist. Als Verbesserung soll es möglich sein, die gesamte Rotorwelle mit einem magnetisierbaren Material als Rotor zu umgeben und einzelne Magnetpole durch eine gezielte Magnetisierung auszubilden. Um einen solchen Herstellungsaufwand zu reduzieren und Kosten zu sparen ist bei der EP 1 719 916 A1 der Rotor zumindest in einem Teilbereich seiner axialen Erstreckung wellenlos und vollständig aus einem magnetisierbaren, ferritischen Material ausgebildet ist und die Magnetpole des Rotors werden durch Magnetisierung des ferritischen Materials erzeugt. Eine solche Lösung eines aus verpressten oder gesinterten Material erstellten Rotors ist nur bei den für ein einfaches Fördermedium ausgelegten und kleine Leistungen aufweisenden Heizungsumwälzpumpen verwendbar. Eine solche Lösung ist aufgrund des ferritisches Materials im chemischen Bereich aus Gründen der mangelnden Korrosionsbeständigkeit nicht einsetzbar. Die dort notwendigerweise verwendeten Edelstahle sind üblicherweise nicht magnetisierbare Austenite.
Es ist Aufgabe der Erfindung, für einen im chemischen Bereich verwendbaren, flüs- sigkeitsumspülten Rotor einen Aufbau zu entwickeln, womit eine hohe Beständigkeit gegenüber korrosiven und/oder aggressiven Flüssigkeit gegeben und ein hoher Wir- kungsgrad für einen mit einem solchen Rotor ausgestatteten Antrieb gewährleistet ist.
Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass ein Rotoraktivteil und eine damit verbundene Welle aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl aus der Gruppe ferri- tisch-austenischer Duplexstähle mit 40 - 60 % Ferrit hergestellt ist und dass in den Außenumfang eines solchen Rotoraktivteiles integrierte Permanentmagnete vor chemischen Angriffen geschützt sind. Durch die Ausbildung von Rotoraktivteil und Weüe aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl aus der Gruppe ferritisch- austenischer Duplexstähle entfallen die bisher notwendigen Schutzmaßnahmen im Bereich zwischen Rotoraktivteil und dem Übergang zur Welle. In dem Rotoraktivteil kann die Welle oder können Wellenteile in an sich bekannter Art als separate Teile angeordnet sein. Ebenso kann der Rotor als ein einteiliger Rotor mit angeformter Welle gestaltet sein. Hierfür hat sich die Verwendung eines gegossenen oder geschmiedeten Vorformling und dessen spanabhebende Bearbeitung als vorteilhaft erwiesen. Die Verwendung eines Edelstahles aus der Gruppe ferritisch-austenischer Duplexstähle für einen Rotor mit angeformter oder in dem Rotoraktivteil angeordne- ter Welle oder Wellenteilen bedingen eine erhebliche Materialreduzierung im gesamten Herstellungsprozess.
Dem vermeintlichen Nachteil einer schwierigeren Bearbeitung solcher Duplexstähle steht der gravierende Vorteil eines einzigen hochkorrosionsbeständigen Materials gegenüber. Dadurch wird gegenüber der bisherigen Verwendung von verschiedenen Materialien eine Bauteilstandarisierung, Matehalminimierung und schnellere Fertigung erreicht. Die bisher erforderlichen separaten Schutzmaßnahmen einzelner Blechlamellen entfallen damit vollständig. Und im Gegensatz zu einem Rotorkörper aus einem magnetisch hochpermeablen Material weist der aus einem Duplexstahl bestehende Rotoraktivteil eine wesentlich geringere Drehmomentwelligkeit auf, wodurch das Rotationsverhalten verbessert wird.
Ausgestaltungen sehen vor, dass das Rotoraktivteil aus mehreren Rotormodulen zusammengesetzt ist, wobei eine axiale Länge eines Rotormoduls durch die Abmes- sungen von darin anzuordnenden Permanentmagneten definiert ist. Die Rotormodule sind formschlüssig und/oder mittels einer Welle oder mittels Wellenteilen aneinander befestigt. Dadurch ist in einfacher Weise eine Anpassung an die jeweils benötigte Rotorbaulänge zur Erlangung der für den jeweiligen Anwendungsfall notwendigen permanentmagnetischen Energie möglich. Auch können damit lange Rotorbaulängen einfach realisiert werden. Jedes Rotormodul besteht hierbei aus einem massiven Edelstahlblock aus der Gruppe der Duplexstähle. Eine Verwendung von Modulen in Form von paketierten Blechschnitten, wie sie durch die EP 1 657 800 A1 bekannt ist, scheidet aus. Da keine sichere Abdichtung zwischen solchen eiπzeinen, gestapeiten Blechschnitten möglich ist, ist infolgedessen auch kein Schutz der Permanent- magnete gegenüber den korrosiven Medien möglich. Eine Maßnahme, wonach die Permanentmagnete unterhalb der Rotoroberfläche angeordnet sind, schützt die Permanentmagnete vor dem Angriff durch korrosive oder aggressive chemische Fördermedien. Die Rotoroberfläche kann hierbei durch eine dünnwandige Hülse aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl aus der Gruppe der ferritisch-austenischen Duplexstähle gebildet sein. Eine solche Hülse wird an einem Rotoraktivkörper oder an einem aus Rotormodulen zusammengesetzten Rotoraktivkörper dichtend befestigt. Dies kann mittels Laserschweißen oder anderer bekannter Mittel erfolgen.
Bei einem Verzicht auf eine zusätzliche Hülse zur Ausbildung der zylindrischen Rotoroberfläche können die Permanentmagnete direkt innerhalb der Oberfläche des Rotoraktivkörpers angeordnet sein. Hierbei werden die Permanentmagnete dicht unterhalb der äußeren Oberfläche beziehungsweise der zylindrischen Außenumfangs- fläche innerhalb des Rotoraktivkörpers angeordnet, um durch die massive Rotorober- fläche einen Schutz gegen Korrosionsangriffe auf die gefährdeten Permanentmagnete zu erhalten. Ein solches Einsetzen der Permanentmagnete in den Rotor, den Rotoraktivkörper oder in mehrere massiv ausgebildete Rotormodule sieht Taschen vor, die sich von einer Rotorstirnseite aus in axialer Richtung dicht unter der Außenumfangsfläche erstrecken und die Permanentmagnete aufnehmen. In Abhän- gigkeit von Art und Aufbau solcher Taschen müssen nach einer Montage an einer oder beiden Rotorstirnseiten nur die Aufnahmeöffnungen der Taschen abgedichtet werden. Dazu sind die an mindestens einer Rotorstirnseite angeordneten Aufnahmeöffnungen der Magnettaschen durch separate Mittel verschlossen. Zwar ist durch die DE 10 2005 041 352 A1 ein Rotor bekannt, bei dem Permanentmagnete in den Ta- sehen eines Läuferblechpakets angeordnet sind. Infolge des laminierten Aufbaues kann die Flüssigkeit durch die Spalte zwischen den einzelnen Blechen hindurch zu den Permanentmagneten gelangen und diese beschädigen.
Bei Verwendung von mehreren Rotormodulen wird die Abdichtung der Permanent- magnete an jedem Rotormodul vorgenommen. Ein aus Duplexstahl gefertigtes Rotormodul mit fertigungstechnisch optimierter Axiallänge wäre auf einer CNC- Werkzeugmaschine als ein Serienprodukt nahezu vollautomatisch herstellbar. Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die in Taschen des Rotoraktivteiles angeordneten Permanentmagnete schalenförmig, stabförmig, quaderförmig oder ähnlich ausgebildet sind.
Ebenso ist es möglich, einen Rotor mit oder ohne Flusssperren zwischen den im Außenumfang angeordneten Permanentmagneten auszustatten. Einem für die Flusssperren bedingter geringfügig erhöhter Fertigungsaufwand steht der längerfristige Vorteil einer entsprechenden Reduzierung des Polstreuflusses gegenüber. Somit ist eine langfristige Energieeinsparung für eine damit ausgerüstete Arbeitsmaschine gewährleistet.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Verwendung eines Edelstahles aus der Gruppe der ferritisch-austenischen Duplexstähle für solche permanent erregten Ro- toren praktisch keinen energetischen Effizienznachteil bedeutet. Zwar besitzen korrosionsbeständige Materialien in Form der Duplexstähle eine kleinere magnetische Permeabilität, welche den magnetischen Spannungsabfall in einem Rotorkörper erhöht. Dadurch sinken die permanenterregte Luftspaltinduktion und die sogenannte Polradspannung und damit das Luftspaltdrehmoment nur leicht. Da aber mit abneh- mender Luftspaltinduktion gleichzeitig auch die bisherigen Eisenverluste in einem den Rotor umgebenden Ständer eines Antriebsmotors und auch im Rotor selbst zurück gehen, ändert sich der Wirkungsgrad eines solchen Antriebsmotors bei geeigneter Auslegung der Material- und Wandstärken nur unwesentlich gegenüber den bisherigen Ausführungen mit magnetisch hoch permeablem aber nicht korrosionsbe- ständigem Material.
Beim Einsatz des Rotors als Teil einer durch Magnetkräfte angetriebenen Kupplung verhält es sich analog. Bei Magnet- oder Hysteresekuppiungen ist das innere Kupplungsteil ebenfalls ein permanentmagneterregter Rotor, der im Prinzip baugleich wie beim permanenterregten Pumpenmotor ist. Somit ist eine Teileverkopplung grundsätzlich möglich. Durch den modularen Aufbau des Rotors ergibt sich der Vorteil ei- ner Drehmomentstaffelung für eine Produktbaureihe unterschiedlicher Antriebsleistungen.
Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Permanentmagnete schalen- förmig, stabförmig, quaderförmig oder ähnlich ausgebildet sind.
Ebenso ist es möglich, einen Rotor mit oder ohne Flusssperren zwischen den im Außenumfang angeordneten Permanentmagneten auszustatten, um somit diesen einen magnetischen Kurzschluss zu verhindern.
Bei dem korrosionsbeständigen ferritisch-austenitischen Duplexstahl mit 40-60% Ferrit handelt es sich um einen Werkstoff , wie er beispielsweise durch die Werkstoff- Nummern bekannt ist: 1.4362, 1.4410, 1.4460, 1.4462, 1.4464, 1.4469, 1.4470,
1.4517, 1.4593
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
Fig. 1 und 2 zeigen Querschnitte durch direkt angetriebene Arbeitsmaschinen,
Fig. 3 zeigt eine Arbeitsmaschine mit indirektem Motorantrieb
Fig. 4 bis 6 zeigen verschiedene Luftsperren
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Arbeitsmaschine 1 in Form einer direkt angetriebenen Kreiselpumpe. Diese Arbeitsmaschine ist zur Förderung von chemisch aggressiven Fluiden ausgebildet und hier mit einem Motor 2 in Form eines Spaltrohrmotors ausgestaltet, wobei dessen mit Permanentmagneten 3 versehene Rotor 4 direkt den chemischen Fluiden ausgesetzt ist. Der hier einteilige Rotor 4 besteht aus einem Rotoraktivteil 5 und einer damit verbundenen, direkt angeformten Welle 6, wobei diese Teile aus einem korrosionsbeständigen ferritisch-austenitischen Duplexstahl hergestellt sind. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen solchen Rotor 4 aus einem gegossenen oder geschmiedeten Vorformling herzustellen und in span- abhebender Bearbeitung die Abmessungen von dem Rotoraktivteil 5 und der angeformten Welle 6 und somit der Rotoraußenkontur herzustellen.
Der Rotoraktivteil 5 verfügt über den Umfang verteilt über mehrere Taschen 7, in de- nen jeweils ein oder mehrere Permanentmagnete 3 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 3 sind innerhalb der Taschen 7 vor Angriffen durch ein aggressives Fluid geschützt. Die Taschen 7 sind unterhalb der Oberfläche vom Außenumfang in den Rotoraktivteil 5 eingearbeitet.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausgestaltung des Rotors 4 von Fig. 1 , wobei innerhalb des einteiligen Rotoraktivteiles 5 zwei Wellenteile 6.1 und 6.2 zur Lagerung desselben befestigt sind. Alle Teile stehen aus dem korrosionsbeständigen ferritisch- austenitischen Duplexstahl. Als weitere Abwandlung zur Fig. 1 ist eine andere Ausbildung der Taschen 7 für eine Aufnahme der Permanentmagnete 3 gezeigt. Aus Gründen einer besseren Erkennbarkeit wurden in der im Schnitt oberen Tasche 7 die Permanentmagnete 3 nicht eingezeichnet. Eine separate, aus einem gleichen korrosionsbeständigen, ferritisch-austenitischen Duplexstahl bestehende, 40 - 60 % Ferrit aufweisende Hülse 8 bildet die Oberfläche des Rotoraktivteiles 5. Die dichte Verbindung einer solchen Hülse 8 mit dem Rotoraktivteil 5 erfolgt durch einfache umlaufen- de Schweiß-, Löt-, Klebe-, Schrumpf- oder andere Dichtverbindungen. Die Taschen 7 zur Aufnahme von Permanentmagneten 3 werden von einem Innendurchmesser der Hülse 8 und von Nuten gebildet, die in die Oberfläche des Rotoaktivteiles 5 eingearbeitet sind.
Die Fig. 3 zeigt eine Arbeitsmaschine, die indirekt von einem Motor 3 in Form eines üblichen Normmotors unter Zwischenschaltung einer mit Permanentmagneten 3 ausgestatteten Magnetkupplung 9 angetrieben wird. Der innere Rotor 10 der Magnetkupplung 9 ist eine weitere Variante des Rotoraufbaues. Das hier mehrteilige Rotoraktivteil 5 ist aus zwei oder mehreren Rotormodulen 5.1 , 5.2 zusammengesetzt, die jeweils aus einem massiven ferritisch-austenitischen Duplexstahl hergestellt sind. Dieses zusammengesetzte Rotoraktivteil 5 ist drehmomentübertragend mit einem Wellenteil 6.3 aus dem gleichen Material verbunden. Mit diesem Wellenteil 6 .3 ist der Rotoraktivteil 5 innerhalb der Magnetkupplung 9 oder einer entsprechend ausgebildeten Hysteresekupplung drehbar gelagert und gleichzeitig kräfteübertragend mit der Arbeitsmaschine 1 verbunden. Der innere Rotor 10 kann auch analog dem Rotor von Fig. 1 oder 2 aufgebaut sein.
Die Arbeitsmaschine kann hierbei - wie dargestellt - eine Pumpe 1 oder ein Rührer, ein Mischer oder ein sonstiges Gerät sein. Die Rotormodule 5.1 , 5.2 sind formschlüssig miteinander verbunden und die Fügestellen form- und stoffschlüssig abgedichtet. Die Rotormodule 5.1 , 5.2 des mehrteiligen Rotoraktivteiles 5 weisen unterhalb der Rotoroberfläche in axialer Richtung verlaufende Taschen 7 auf, in denen Permanentmagnete 3 fest und flüssigkeitsdicht eingelagert sind. Die Lagerung solcher Permanentmagnete 3 erfolgt mit bekannten Mitteln. Die Abdichtung der Taschen 7 erfolgt durch separate Mittel, um somit einen Zutritt der chemischen Flüssigkeit zu den Permanentmagneten 3 auszuschließen. Die Verbindung zwischen den Abdicht- mittein und Rotoraktivteil 5 oder den Rotormodulen 5.1 , 5.2, muss hierbei gegenüber den jeweiligen chemischen aggressiven Flüssigkeiten beständig ausgebildet sein. Schweißverbindungen haben sich als sehr vorteilhaft erwiesen.
Sind solche Taschen 7 nach Art von Sackbohrungen ausgebildet, welches durch ein- fache spanabhebende Bearbeitung erfolgen kann, so reduziert dies den Einsatz der abdichtenden Mittel und auch den Aufwand zu deren Anordnung.
In der Fig. 4 bis 6 sind als Ausschnitte drei Querschnitte durch Rotoren gezeigt, in denen die Taschen 7 mit darin eingesetzten Permanentmagneten 3 und die Verwen- düng von Flusssperren 11 dargestellt sind. In der Fig. 4 sind die Flusssperren 11 als geschlossene Luftsperren in Form von Schlitzen dargestellt. Die Flusssperren befinden sich hier unterhalb der Rotoroberfläche. Eine andere Ausführungsform zeigt die Fig. 5, bei der die Flusssperren 11 als geschlitzte offene Luftsperren in die Oberfläche des Rotoraktivteiles 5 eingebaut sind. Und Fig. 6 zeigt eine Form von runden, gebohrten Luftsperren 11. Hier findet auch eine andere Form von Permanentmagneten 7 Anwendung. Diese sind quaderförmig ausgebildet und nebeneinander angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Arbeitsmaschine (1), die direkt oder indirekt verbunden ist mit einem Motor (2), wobei eine Kraftübertragung vom Motor (2) auf die Arbeitsmaschine (1) mit mindestens einen durch magnetische oder elektromagnetische Felder angetriebenen Rotor (4) erfolgt, insbesondere ein Rotor zum Antrieb von Strömungsmaschinen, wobei der Rotor (4) mit über den Umfang verteilten Permanentmagneten (3) ausgestattet und für einen Betrieb in einer chemisch aggressiven Umgebung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ro- toraktivteil (5) und eine damit verbundene Welle (6, 6.1 , 6.2, 6.3) aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl aus der Gruppe ferritisch-austenischer Duplexstähle mit 40 - 60 % Ferrit hergestellt ist und dass in den Außenumfang eines solchen Rotoraktivteils (5) integrierte Permanentmagnete (3) vor chemischen Angriffen geschützt sind.
2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Rotoraktivteil (5) und Welle (6) als ein einteiliger Rotor (4) mit angeformter Welle (6) ausgebildet ist.
3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einteilige Rotor (5) mit angeformter Welle (6) aus einem gegossenen oder geschmiedeten Vorformling und in spanabhebender Bearbeitung erstellt ist.
4. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (6.3) oder zwei Wellenteile (6.1 , 6.2) im Rotoraktivteil (5) befestigt ist oder sind.
5. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotoraktivteil (5) aus mehreren Rotormodulen (5.1 , 5.2) zusammen- gesetzt ist.
6. Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge eines Rotormoduls (5.1 , 5.2) durch die Abmessungen von anzuordnenden Permanentmagneten (3) definiert ist.
7. Arbeitsmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotormodule (5.1 , 5.2) formschlüssig und/oder mittels einer Welle (6.3) oder mittels Wellenteilen (6.1 , 6.2) aneinander befestigt sind.
8. Arbeitsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (3) am Rotoraktivteil (5) und unterhalb einer dichtend befestigten Hülse (8) angeordnet sind.
9. Arbeitsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (3) im Rotoraktivteil (5, 5.1 , 5.2) unterhalb der Rotoroberfläche angeordnet sind.
10. Arbeitsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor, im Rotoraktivteil (5) oder in den Rotormodulen (5.1 , 5.2) die Permanentmagnete (3) aufnehmende, in axialer Richtung unterhalb der Außenumfangsfläche erstreckende Taschen (7) angeordnet sind.
11. Arbeitsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Rotorstirnseite angeordnete Aufnahmeöffnungen der Taschen (7) durch separate Mittel verschlossen sind.
12. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (3) für eine hohe Packungsdichte schalenförmig, stabförmig, quaderförmig oder ähnlich ausgebildet sind.
13. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mit oder ohne Flusssperren (11) zwischen den im Au- ßenumfang angeordneten Permanentmagneten (3) versehen ist.
14. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssperren (11) als offene oder geschlossene Luftsperren in Form von Schlitzen, Nuten, Bohrungen oder dergleichen ausgebildet sind.
15. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) Bestandteil einer Magnet- oder Hysteresekupplung (9) ist.
16. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) Bestandteil eines elektronisch kommutierten Motors (3) ist.
17. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) Bestandteil eines Spaltrohrmotors ist.
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