EP3020124A2 - Anlage zur abwärmenutzung einer abgasanlage - Google Patents

Anlage zur abwärmenutzung einer abgasanlage

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EP3020124A2
EP3020124A2 EP14738441.6A EP14738441A EP3020124A2 EP 3020124 A2 EP3020124 A2 EP 3020124A2 EP 14738441 A EP14738441 A EP 14738441A EP 3020124 A2 EP3020124 A2 EP 3020124A2
Authority
EP
European Patent Office
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magnetic
rotor
pole
pairs
inner rotor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14738441.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Müller
Andreas Neubauer
Thomas Riemay
Peter Wieske
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3020124A2 publication Critical patent/EP3020124A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/12—Drives characterised by use of couplings or clutches therein
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K49/102—Magnetic gearings, i.e. assembly of gears, linear or rotary, by which motion is magnetically transferred without physical contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
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    • F02B33/40—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K49/104—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
    • H02K49/106—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with a radial air gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a plant for waste heat utilization of an exhaust system, especially in commercial vehicles, with arranged by a heatable by the exhaust system fluid high-speed turbine disposed in a fluidly hermetically sealed area and non-contact with a arranged outside the hermetically sealed area for use of turbine work device is drive connected.
  • thermodynamic laws on large amounts of heat When operating an internal combustion engine fall due to thermodynamic laws on large amounts of heat. It is fundamentally possible and desirable to convert these amounts of waste heat into mechanical work with corresponding thermodynamic processes or to store them in a manner suitable for mechanical work.
  • the turbine or the expansion or turbomachine should work in a fluidically hermetically sealed area in order to reheat the fluid used for operation subsequently without shrinkage and to be able to use for operation of the turbine or the like.
  • the drive connection be made contactless by providing a magnetic drive arrangement with a drive side within the hermetically sealed area and output side outside this area that translates slowly into the speed of the turbine or the like.
  • Magnetic transmissions are basically known and may be analogous to a gear transmission, wherein the teeth of the gears are replaced by "magnetic teeth", i. instead of a toothing permanent magnets are arranged on the circumference of a wheel, which cooperate with magnetic regions of opposite polarity at the periphery of another wheel.
  • a fluidly dense wall of a magnetic field not or at most slightly changing material, such. Plastic, be provided.
  • the drive connection is designed as a non-contact magnetic transmission, in particular as a magnetic reluctance.
  • a magnetizable or magnetic body is urged between magnetic poles of opposite polarity from a reluctance force to a position in which the magnetic reluctance between the two poles of opposite magnetic polarity becomes minimal.
  • this effect is exploited in that electrically energizable windings are arranged on the circumference of a stator, with which windings can be alternately changed Energizing a circumferentially traveling magnetic alternating field is generated.
  • a star-shaped rotor of magnetizable material whose number of teeth is less than the number of windings of the stator, "dragged" by the traveling magnetic alternating field.
  • a reluctance gear serving as a clutch differs substantially only in that the rotating alternating magnetic field is generated by rotating rotor or ring parts with circumferentially adjacent permanently magnetized elements or magnetizable elements, on the input side of the magnetic reluctance. On the output side then cooperating with this rotating magnetic alternating field rotor with permanently magnetized or magnetizable elements is provided.
  • a particular advantage of the reluctance gear is that the rotating parts can be designed according to a plurality of variants and in particular with respect to the arrangement of permanently magnetized elements a great constructive freedom exists.
  • Fig. 1 is a highly schematic axial section of a magnetic transmission provided for the invention.
  • Fig. 2-7 radial sections corresponding to the section line II-VII in Fig. 1 for various structural variants of the magnetic transmission.
  • a partition wall 1 forms a hermetically sealed partition between a space 3 communicating with the atmosphere and a space 2 within which a turbine or the like, not shown, is driven by a flowing fluid.
  • a sealing cap 4 is arranged, which forms a horizontal cylinder in the example shown, which is closed at one end to the space 3 of the atmosphere out and the other end to the room 2 is open.
  • an outer rotor 5 surrounding the sealing cap 4 and an inner rotor 6 arranged inside the sealing cap 4 of a magnetic transmission are arranged, wherein the inner rotor 6 is drive-connected to the turbine, not shown, and accordingly the input side of the transmission forms, while the outer rotor 5 is provided as a coupling output and is drivingly connected to a device not shown in detail, to be driven by the turbine.
  • the outer rotor 5 has a jacket 51 made of magnetizable material, 51 on the inner circumference of the shell 51 strip-shaped permanent magnets 52 and 53 are arranged alternately, wherein the permanent magnets 52 in the one radial direction and the permanent magnets 53 are magnetized in the other radial direction and the longitudinal axes of the strip-shaped permanent magnets 52 and 53 are each parallel to the cylinder axis of the sealing cap 4.
  • a magnetic south pole In the circumferential direction of the jacket 51, therefore, a magnetic south pole always follows a radially inward magnetic north pole.
  • the inner rotor 6 has a shaft 61 made of magnetizable material, such as iron, on the outer circumference in the radial direction magnetized permanent magnets 62 and 63 are arranged, each in the longitudinal direction of the Shaft 61 extend, wherein the permanent magnets 62 and 63 are arranged so that in the circumferential direction of the shaft 61 in each case a magnetic north pole follows a magnetic south pole.
  • magnetizable material such as iron
  • the direction of the permanent magnetization of the magnets 52 and 53 or 62 and 63 is indicated in each case by radial arrows.
  • the number of pole pairs formed by the permanent magnets 52 and 53 is hereinafter referred to as a, the number of magnetic pole pairs formed by the permanent magnets 62 and 63 as i.
  • pole rods 42 of magnetizable material, e.g. Iron, arranged, wherein the longitudinal axes of the pole rods are each parallel to the cylinder axis of the sealing cap 4.
  • FIG. 3 differs from the previously described embodiment of FIG. 2 substantially only in that the pole rods 42 on the intermediate wall 41 are connected to each other in a yoke by a jacket 43 made of magnetizable material.
  • the function of this embodiment corresponds to the function of the embodiment according to FIG. 2.
  • FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 3 essentially in that the pole rods 42 are arranged in the manner of an external toothing on a jacket 44 made of magnetizable material, this jacket 44 being arranged on the intermediate wall 41.
  • FIG. 5 corresponds with respect to the formation of the outer rotor 5 with the jacket 51 and the permanent magnets 52 and 53 of the embodiment of FIG. 2. The same applies with respect to the formation of the sealing cap 4 with the intermediate wall 41 and the pole rods 42nd
  • the inner rotor 6 deviating from the embodiments shown so far without permanent magnetic elements and has a body made of magnetizable material with radially outwardly facing teeth 64 and circumferentially arranged therebetween tooth gaps 65, wherein the teeth and tooth spaces have approximately equal widths in the circumferential direction ,
  • the number j of the tooth pairs formed by the teeth 64 corresponds to the number i of the pole pairs formed in the embodiment of FIG. 2 by the permanent magnets 62 and 63.
  • the outer rotor rotates the embodiment of FIG. 5 in the opposite direction, wherein the rotational speeds of the outer rotor in the ratio j: a are translated slowly.
  • FIG. 6 coincides with the embodiment of FIG. 2 with regard to the inner rotor 6 as well as the sealing cap 4 or the intermediate wall 41 and the pole rods 42.
  • the outer rotor 5 does not have any permanently magnetized elements. Rather, the outer rotor consists of a jacket 51 made of magnetizable material and on the inside formed, radially inwardly directed teeth 54 of magnetizable material, wherein the number z of the tooth pairs of the outer rotor 5 in Fig. 6 the number a of the pole pairs of the permanent magnets 52 and 53 of Fig. 2 corresponds.
  • the outer rotor 5 rotates in the opposite direction, wherein the rotational speeds of the outer rotor 5 in the ratio z: i are translated slowly.
  • FIG. 7 has on the one hand an inner rotor according to the embodiment of FIG. 5 and on the other hand an outer rotor 5 according to the embodiment of FIG. 6.
  • Deviating from all embodiments described above are on the sealing cap 4 and the intermediate wall 41 permanent magnets 45 and 46 arranged, which are each magnetically polarized in the radial direction, wherein the permanent magnets 46 are each polarized opposite to the permanent magnet 45.
  • the number p of the pole pairs formed by the permanent magnets 45 and 46 corresponds to the sum of the number z of the tooth pairs on the inner circumference of the outer rotor 5 and the number j of the tooth pairs on the outer circumference of the inner rotor 6.
  • the outer rotor Upon rotation of the inner rotor, the outer rotor again rotates in the opposite direction, wherein the rotational speeds of the outer rotor 5 in the ratio of j: z are translated slowly.
  • the embodiment of FIG. 7 is particularly preferred because pernnanent-nnagnetinstrumente elements exclusively on a stationary part, ie on the sealing cap or the intermediate wall 41, are arranged. In this case, it is possible to embed the permanent magnets 45 and 46 in a non-magnetizable plastic material which is provided for the sealing cap 4 or the intermediate wall 41.
  • FIGS. 2 and 3 are advantageous in which in each case the outer and inner rotor have permanently magnetized elements.
  • the annular intermediate wall 41 rotatable and to arrange either the outer rotor 5 or the inner rotor 6 stationary.
  • the two rotatable parts are magnetically coupled together.
  • a separate sealing cap made of non-magnetizable material would then have to be provided between the rotatable parts in order to ensure the desired hermetic separation between the space 2 and the space 3 in FIG.
  • the stationary intermediate wall 41 takes over the separation of the spaces 2 and 3 and on the other hand by means of the pole rods 42 or the permanent magnets 45 and 46 arranged thereon the additional function of generating or modulating magnetic fields.

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Abstract

Mit einem von der Abwärme erhitzbaren Fluid wird innerhalb eines gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgedichteten Bereiches eine Hochdrehzahlturbine angetrieben, die berührungsfrei über eine Magnetkupplung mit einer Einrichtung zur Nutzung der Turbinenarbeit antriebsgekoppelt ist. Die Magnetkupplung ist vorzugsweise als Magnetgetriebe ausgebildet, welches die Drehzahl der Turbine ins Langsame übersetzt.

Description

Anlage zur Abwärmenutzung einer Abgasanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Abwärmenutzung einer Abgasanlage, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, mit von einem mittels der Abgasanlage aufheizbaren Fluid antreibbarer Hochdrehzahlturbine, die in einem fluidisch hermetisch abgedichtetem Bereich angeordnet und berührungsfrei mit einer außerhalb des hermetisch abgedichteten Bereiches zur Nutzung der Turbinenarbeit angeordneten Einrichtung antriebsverbunden ist.
Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors fallen aufgrund thermodynamischer Gesetze große Abwarmemengen an. Es ist grundsätzlich möglich und erstrebenswert, diese Abwärmemengen mit entsprechenden thermodynamischen Prozessen in mechanische Arbeit umzuwandeln bzw. in einer für mechanische Arbeit geeigneten Weise zu speichern.
Beispielsweise besteht die prinzipielle Möglichkeit, mittels der Abwärme eines Abgassystems ein Fluid, wie zum Beispiel Ethanol, Kältemittel oder Wasser- Ammoniak zu verdampfen und den so erzeugten Dampf zum Betrieb einer Turbine oder einer sonstigen Expansions- oder Strömungsmaschine zu nutzen. Dabei sollten die Turbine beziehungsweise die Expansions- oder Strömungsmaschine in einem fluidisch hermetisch abgedichteten Bereich arbeiten, um das zum Betrieb verwendete Fluid nachfolgend ohne Schwund erneut erhitzen und zum Betrieb der Turbine oder dergleichen heranziehen zu können. In diesem Zusammenhang besteht das Problem, die Turbine oder dergleichen antriebsmäßig mit einer die Arbeit der Turbine oder dergleichen nutzenden Einrichtung zu verbinden. Hier setzt die Erfindung an und schlägt vor, die Antriebsverbindung berührungsfrei auszuführen, indem eine die Drehzahl der Turbine oder dergleichen ins Langsame übersetzende magnetische Getriebeanordnung mit Antriebsseite innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereiches und Abtriebsseite außerhalb dieses Bereiches vorgesehen wird.
Magnetische Getriebe sind grundsätzlich bekannt und können analog einem Zahnradgetriebe ausgebildet sein, wobei die Zähne der Zahnräder durch "magnetische Zähne", ersetzt werden, d.h. anstelle einer Verzahnung sind auf dem Umfang eines Rades Permanentmagnete angeordnet, die mit magnetischen Bereichen entgegengesetzter Polarität am Umfang eines weiteren Rades zusammenwirken. Dabei kann zwischen den Rädern eine fluidisch dichte Wand aus einem Magnetfelder nicht oder allenfalls geringfügig verändernden Material, wie z.B. Kunststoff, vorgesehen sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine konstruktiv einfache berührungsfreie Antriebskopplung mit gutem Wirkungsgrad zu schaffen, die zusätzlich eine Übersetzung der Abtriebsseite ins Langsame ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Antriebsverbindung als berührungsfreies Magnetgetriebe ausgebildet ist, insbesondere als magnetisches Reluktanzgetriebe.
Ein magnetisierbarer oder magnetischer Körper wird zwischen Magnetpolen entgegengesetzter Polarität von einer Reluktanzkraft in eine Lage gedrängt, in der der magnetische Widerstand (Reluktanz) zwischen den beiden Polen entgegengesetzter magnetischer Polarität minimal wird. In einem Reluktanzmotor wird dieser Effekt dadurch ausgenutzt, dass am Umfang eines Stators elektrisch bestrom- bare Wicklungen angeordnet sind, mit denen durch entsprechend wechselnde Bestromung ein in Umfangsrichtung wanderndes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Damit kann ein sternförmiger Rotor aus magnetisierbarem Material, dessen Zackenzahl geringer ist als die Anzahl der Wicklungen des Stators, vom wandernden magnetischen Wechselfeld "mitgeschleppt" werden. Von einem solchen Reluktanzmotor unterscheidet sich ein als Kupplung dienendes Reluktanzgetriebe im Wesentlichen nur dadurch, dass das rotierende magnetische Wechselfeld durch rotierende Rotor- oder Ringteile mit in Umfangsrichtung benachbarten permanent-magnetisierten Elementen oder magnetisierbaren Elementen erzeugt wird, und zwar auf der Eingangsseite des magnetischen Reluktanzgetriebes. Auf der Abtriebsseite ist dann ein mit diesem rotierenden magnetischen Wechselfeld zusammenwirkender Rotor mit permanent-magnetisierten oder magnetisierbaren Elementen vorgesehen.
Ein besonderer Vorzug des Reluktanzgetriebes liegt darin, dass die rotierenden Teile gemäß einer Vielzahl von Varianten ausgestaltet sein können und insbesondere bezüglich der Anordnung permanent-magnetisierter Elemente eine große konstruktive Freiheit besteht.
Hierzu wird auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Varianten der Erfindung näher beschrieben werden.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen stark schematisierten Axialschnitt eines für die Erfindung vorgesehenen Magnetgetriebes, und
Fig. 2-7 Radialschnitte entsprechend der Schnittlinie ll-VII in Fig. 1 für verschiedene konstruktive Varianten des Magnetgetriebes. In Fig. 1 bildet eine Trennwand 1 eine hermetisch dichte Abtrennung zwischen einem mit der Atmosphäre kommunizierenden Raum 3 und einem Raum 2, innerhalb dessen eine nicht dargestellte Turbine oder dergleichen durch ein strömendes Fluid angetrieben wird. An der Trennwand 1 ist eine Dichtkappe 4 angeordnet, die im dargestellten Beispiel einen liegenden Zylinder bildet, der an seinem einen Ende zum Raum 3 der Atmosphäre hin geschlossen ist und dessen anderes Ende zum Raum 2 hin offen ist. Koaxial zur Achse der zylindrischen Dichtkappe 4 sind ein die Dichtkappe 4 ringförmig umschließender Außenrotor 5 und ein innerhalb der Dichtkappe 4 angeordneter Innenrotor 6 eines nachfolgend näher erläuterten magnetischen Getriebes angeordnet, wobei der Innenrotor 6 mit der nicht dargestellten Turbine antriebsverbunden ist und dementsprechend die Eingangsseite des Getriebes bildet, während der Außenrotor 5 als Kupplungsausgang vorgesehen ist und mit einer nicht näher dargestellten, von der Turbine anzutreibenden Einrichtung antriebsverbunden ist.
Gemäß einer in Fig. 2 dargestellten ersten Variante des magnetischen Getriebes besitzt der Außenrotor 5 einen Mantel 51 aus magnetisierbarem Material, wobei auf dem Innenumfang des Mantels 51 leistenförmige Permanentmagnete 52 und 53 alternierend angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete 52 in der einen Radialrichtung und die Permanentmagnete 53 in der anderen Radialrichtung magnetisiert sind und die Längsachsen der leistenförmigen Permanentmagnete 52 und 53 jeweils parallel zur Zylinderachse der Dichtkappe 4 liegen. In Umfangs- richtung des Mantels 51 folgt also auf einen nach radial einwärts weisenden magnetischen Nordpol immer ein magnetischer Südpol.
Der Innenrotor 6 besitzt eine Welle 61 aus magnetisierbarem Material, beispielsweise Eisen, auf deren Außenumfang in Radialrichtung magnetisierte Permanentmagnete 62 und 63 angeordnet sind, die sich jeweils in Längsrichtung der Welle 61 erstrecken, wobei die Permanentmagnete 62 und 63 so angeordnet sind, dass in Umfangsrichtung der Welle 61 jeweils ein magnetischer Nordpol auf einen magnetischen Südpol folgt.
Die Richtung der permanenten Magnetisierung der Magnete 52 und 53 bzw. 62 und 63 ist jeweils durch radiale Pfeile angedeutet.
Die Zahl der durch die Permanentmagnete 52 und 53 gebildeten Polpaare wird nachfolgend als a bezeichnet, die Zahl der von den Permanentmagneten 62 und 63 gebildeten magnetischen Polpaare als i. Im dargestellten Beispiel ist a = 12 und i = 2.
An der in der Zylinderwand der Dichtkappe 4 gebildeten zylindrischen Zwischenwand 41 zwischen dem Außenrotor 5 und dem Innenrotor 6 sind leistenförmige Polstäbe 42 aus magnetisierbarem Material, z.B. Eisen, angeordnet, wobei die Längsachsen der Polstäbe jeweils parallel zur Zylinderachse der Dichtkappe 4 liegen. Dabei gilt für die Anzahl p der Polstäbe p = a+i. Dementsprechend sind im dargestellten Beispiel 14 Polstäbe 42 vorhanden.
Wenn nun der Innenrotor 6 mit den Permanentmagneten 62 und 63 und der Welle 61 in einer Richtung gedreht wird, werden die von den Permanentmagneten 62 und 63 erzeugten Magnetfelder durch die Polstäbe 42 auf der feststehenden Zwischenwand 41 bzw. der stationären Dichtkappe 4 in Fig. 1 , moduliert, mit der Folge, dass der Außenrotor 5 und dementsprechend der Mantel 51 mit den Permanentmagneten 52 und 53 im zur Rotationsrichtung des Innenrotors 6 entgegengesetzter Rotationsrichtung dreht, wobei die Drehzahl des Außenrotors 5 entsprechend dem Verhältnis i:a ins Langsame übersetzt wird. Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Ausführungsform der Fig. 2 im Wesentlichen nur dadurch, dass die Polstäbe 42 auf der Zwischenwand 41 miteinander durch einen Mantel 43 aus magnetisierbarem Material jochartig verbunden sind. Die Funktion dieser Ausführungsform entspricht der Funktion der Ausführungsform nach Fig. 2.
Die Ausführungsform der Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 3 im Wesentlichen dadurch, dass die Polstäbe 42 nach Art einer Außenverzahnung auf einem Mantel 44 aus magnetisierbarem Material angeordnet sind, wobei dieser Mantel 44 auf der Zwischenwand 41 angeordnet ist.
Auch hier wird eine Funktion entsprechend der Ausführungsform der Fig. 2 erreicht.
Die Ausführungsform der Fig. 5 entspricht bezüglich der Ausbildung des Außenrotors 5 mit dem Mantel 51 und den Permanentmagneten 52 und 53 der Ausführungsform der Fig. 2. Gleiches gilt bezüglich der Ausbildung der Dichtkappe 4 mit der Zwischenwand 41 und den Polstäben 42.
Dagegen ist der Innenrotor 6 abweichend von den bisher dargestellten Ausführungsformen ohne permanent-magnetische Elemente und besitzt einen aus magnetisierbarem Material bestehenden Körper mit nach radial außen weisenden Zähnen 64 und in Umfangsrichtung dazwischen angeordneten Zahnlücken 65, wobei die Zähne und Zahnlücken in Umfangsrichtung etwa gleiche Breiten aufweisen.
Die Zahl j der von den Zähnen 64 gebildeten Zahnpaare entspricht der Zahl i der Polpaare, die bei der Ausführungsform der Fig. 2 durch die Permanentmagnete 62 und 63 gebildet werden. Bei Drehung des Innenrotors 6 dreht der Außenrotor der Ausführungsform der Fig. 5 in entgegengesetzter Richtung, wobei die Drehzahlen des Außenrotors im Verhältnis j:a ins Langsame übersetzt werden.
Die Ausführungsform der Fig. 6 stimmt hinsichtlich des Innenrotors 6 sowie der Dichtkappe 4 bzw. der Zwischenwand 41 und der Polstäbe 42 mit der Ausführungsform der Fig. 2 überein. Jedoch besitzt der Außenrotor 5 im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 2 keinerlei permanent-magnetisierte Elemente. Vielmehr besteht der Außenrotor aus einem Mantel 51 aus magnetisierbarem Material sowie daran innenseitig angeformten, nach radial einwärts gerichteten Zähnen 54 aus magnetisierbarem Material, wobei die Zahl z der Zahnpaare des Außenrotors 5 in Fig. 6 der Zahl a der Polpaare der Permanentmagnete 52 und 53 der Fig. 2 entspricht. Bei Drehung des Innenrotors 6 dreht der Außenrotor 5 in entgegengesetzter Richtung, wobei die Drehzahlen des Außenrotors 5 im Verhältnis z:i ins Langsame übersetzt werden.
Die Ausführungsform der Fig. 7 besitzt einerseits einen Innenrotor entsprechend der Ausführungsform der Fig. 5 und andererseits einen Außenrotor 5 entsprechend der Ausführungsform der Fig. 6. Abweichend von allen vorangehend beschriebenen Ausführungsformen sind auf der Dichtkappe 4 bzw. der Zwischenwand 41 Permanentmagnete 45 und 46 angeordnet, die jeweils in radialer Richtung magnetisch polarisiert sind, wobei die Permanentmagnete 46 jeweils entgegengesetzt zu den Permanentmagneten 45 polarisiert sind. Dabei entspricht die Zahl p der von den Permanentmagneten 45 und 46 gebildeten Polpaare der Summe der Zahl z der Zahnpaare am Innenumfang des Außenrotors 5 und der Zahl j der Zahnpaare am Außenumfang des Innenrotors 6. Bei Drehung des Innenrotors dreht der Außenrotor wiederum in entgegengesetzter Richtung, wobei die Drehzahlen des Außenrotors 5 im Verhältnis von j:z ins Langsame übersetzt werden. In konstruktiver Hinsicht ist die Ausführungsform der Fig. 7 besonderes bevorzugt, weil pernnanent-nnagnetisierte Elemente ausschließlich an einem stationären Teil, d.h. auf der Dichtkappe bzw. der Zwischenwand 41 , angeordnet sind. Dabei besteht die Möglichkeit, die Permanentmagnete 45 und 46 in ein nicht- magnetisierbares Kunststoffmaterial, welches für die Dichtkappe 4 bzw. die Zwischenwand 41 vorgesehen ist, einzubetten.
Im Hinblick auf die übertragbaren Drehmomente sind die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 vorteilhaft, bei denen jeweils Außen- und Innenrotor permanent- magnetisierte Elemente aufweisen.
Funktionsmäßig ist es grundsätzlich bei allen dargestellten Ausführungsformen möglich, die ringförmige Zwischenwand 41 rotierbar anzuordnen und entweder den Außenrotor 5 oder den Innenrotor 6 stationär anzuordnen. In einem derartigen Fall werden die beiden drehbaren Teile miteinander magnetisch gekoppelt. Allerdings müsste dann zwischen den drehbaren Teilen eine gesonderte Dichtkappe aus nicht-magnetisierbarem Material vorgesehen werden, um die gewünschte hermetische Trennung zwischen dem Raum 2 und dem Raum 3 in Fig. 1 zu gewährleisten. Bei den in den Fig. 2-7 zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen übernimmt dagegen die stationäre Zwischenwand 41 einerseits die Trennung der Räume 2 und 3 und andererseits mittels der auf ihr angeordneten Polstäbe 42 bzw. der Permanentmagnete 45 und 46 die zusätzliche Funktion einer Erzeugung oder Modulation von Magnetfeldern.
Insgesamt bleibt damit der konstruktive Aufwand relativ gering.
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Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Abwärmenutzung, insbesondere der Abwärme einer Abgasanlage bei Nutzfahrzeugen, mit einer von einem mittels der Abwärme erhitzbaren Fluid angetriebenen Hochdrehzahlturbine, die in einem gegen Fluidver- lust durch eine hermetisch dichte Abtrennung (1 ) abgesperrten Bereich (2) angeordnet und abtriebsseitig berührungsfrei mit einer zur Nutzung der Turbinenarbeit vorgesehenen Einrichtung außerhalb der Abtrennung (1 ) antriebsgekoppelt ist, wobei als Anordnung zur Antriebskopplung eine Magnetkupplungsanordnung (5, 6) mit innerhalb der Abtrennung angeordneter Eingangsseite (6) und außerhalb der Abtrennung angeordneter Ausgangsseite (5) vorgesehen ist, wobei als Ausgangsseite ein ringförmiger Außenrotor (5) und als Eingangsseite ein dazu konzentrischer Innenrotor (6) vorgesehen sind, die voneinander durch eine Dichtkappe (4) mit zu den Rotoren (5, 6) konzentrischer Zwischenwand (41 ) getrennt sind, welche einen Teil der hermetischen Abtrennung (1 ) bildet
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetkupplung als Magnetgetriebe ausgebildet ist, insbesondere nach Art eines Reluktanzgetriebes, wobei an der Zwischenwand (41 ) in Umfangsrich- tung voneinander beabstandete Polstäbe (42) aus magnetisierbarem Material mit zu den Rotorachsen parallelen Längsachsen angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Magnetgetriebe die Drehzahl der Turbine ins Langsame übersetzt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Rotoren (5, 6) radial polarisierte Permanentmagnete (52, 53, 62, 63) mit in Umfangsrichtung alternierender magnetischer Polarisation paarweise angeordnet sind derart, dass in Umfangsrichtung jeweils ein magnetischer Nordpol auf einen magnetischen Südpol folgt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zahl der Polstäbe (42) der Summe der Zahl (a) der magnetischen Polpaare des Außenrotors (5) und der Zahl (i) der magnetischen Polpaare des Innenrotors (6) entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Zwischenwand (41 ) radial polarisierte Permanentmagnete (45, 46) mit in Umfangsrichtung alternierender magnetischer Polarisation angeordnet sind, derart, dass in Umfangsrichtung ein magnetischer Nordpol auf einen magnetischen Südpol folgt, dass der Innenrotor (6) einen Körper aus magnetisierbarem Material und außenumfangsseitigen Zähnen (64) und dazwischen in Umfangsrichtung erstreckten Zahnlücken (65) aufweist und dass der Außenrotor (5) einen Mantel (51 ) aus magnetisierbarem Material sowie daran angeordnete, radial einwärts gerichtete Zähne (54) aus magnetisierbarem Material aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl (p) der magnetischen Polpaare an der Zwischenwand (41 ) der Summe der Zahl (z) der außenrotorseitigen Zahnpaare und der Zahl (j) der innen- rotorseitigen Zahnpaare entspricht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenrotor (6) radial innerhalb seiner Permanentmagnete (62, 63) einen Körper (61 ) aus magnetisierbarem Material aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass anstelle eines Innenrotors (6) mit umfangsseitigen Permanentmagneten (62, 63) ein Innenrotor (6) aus magnetisierbarem Material mit außenumfangsseitigen Zähnen (64) und dazwischen in Umfangsrichtung erstreckten Zahnlücken (65) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zahl der Polstäbe (42) an der Zwischenwand (41 ) der Summe der Zahl (j) der Zahnpaare des Innenrotors (6) und der Zahl (a) der Polpaare am Mantel (51 ) des Außenrotors (5) entspricht.
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