WO2013113300A2 - Energieeffiziente magnetkupplungspumpe - Google Patents

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WO2013113300A2
WO2013113300A2 PCT/DE2012/001192 DE2012001192W WO2013113300A2 WO 2013113300 A2 WO2013113300 A2 WO 2013113300A2 DE 2012001192 W DE2012001192 W DE 2012001192W WO 2013113300 A2 WO2013113300 A2 WO 2013113300A2
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WO
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magnetic
circuit element
magnet
short
coupling pump
Prior art date
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PCT/DE2012/001192
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English (en)
French (fr)
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WO2013113300A3 (de
Inventor
Günther Schneider
Michael Westib
Original Assignee
Ruhrpumpen Gmbh
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Publication date
Application filed by Ruhrpumpen Gmbh filed Critical Ruhrpumpen Gmbh
Publication of WO2013113300A2 publication Critical patent/WO2013113300A2/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • 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
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/024—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a magnetic coupling
    • F04D13/027—Details of the magnetic circuit

Definitions

  • the invention relates to a magnetic coupling pump, which has an inner rotor and an outer rotor, each carrying magnet assemblies with pol LCD- side magnet, wherein between the magnet assemblies a split pot is arranged, which has a flange, which flange preferably with a counter flange on a Coupling component, eg can be fixed to a housing cover.
  • Magnetic clutch pumps are well known, and described for example in DE 10 2009 022 916 A1. In this case, the pump power is transmitted from a drive shaft via a magnet-bearing rotor (outer rotor) without contact and essentially without slippage to the pump-side magnet carrier (inner rotor).
  • the inner rotor drives the pump shaft, which is mounted in a plain bearing lubricated by the delivery medium, ie in a hydrodynamic plain bearing.
  • a plain bearing lubricated by the delivery medium, ie in a hydrodynamic plain bearing.
  • the containment shell is connected with its flange to a pump component, for example a housing cover, and has a closed bottom opposite to it.
  • the containment shell so the magnetic coupling pump reliably separates the product space from the environment, so that the risk of product leakage could be excluded with all the associated negative consequences.
  • a magnetic coupling pump is therefore the combination of a conventional pump hydraulics with a magnetic drive system.
  • This system uses the attraction and repulsion forces between magnets in both coupling halves for non-contact and slipless torque transmission.
  • the containment shell Between the two rotors equipped with magnets is the containment shell, which separates the product space and the environment from each other. Especially when dealing with very valuable or very dangerous substances, the magnetic drive pump therefore has great advantages.
  • Canned pots may be made of different materials such as e.g. consist of metals of various alloy compositions, plastic or ceramic. Slit pots made of metal disadvantageously cause eddy current losses, wherein plastic or ceramic slit pots are only limited temperature and / or pressure resistant, which in particular at high medium temperatures and / or
  • the containment shell is connected via its flange with the pump component or with the coupling component, for example screwed, and thus optionally forms a sealed connection with the interposition of a seal (O-ring).
  • the pump component, but also the counter flange consists of a metallic material, wherein the gap pot may be formed from the materials described above.
  • the object of the invention is to provide a magnetic coupling pump of the type mentioned in the introduction, in which magnetic power losses can be reduced by simple means, the overall efficiency being able to be improved.
  • a magnetic coupling pump which has an inner rotor and an outer rotor, each carrying magnet assemblies with pol pizza stator, wherein between the magnet assemblies a split pot is arranged, which has a flange, wel- rather flange with a counter flange to a coupling component, preferably on a housing cover can be fixed.
  • the aim is that the respective magnet arrangements have at least one of their free end narrow sides a magnetic short-circuit element, which is designed annular.
  • the magnet arrangement of the inner rotor is arranged on a magnetic carrier, which magnetic carrier increases the torque to be transmitted from outside to inside.
  • the existing in the prior art axial deflection of the magnetic field but does not affect the radial power transmission. Rather, the axial magnetic fields have a direct influence on the eddy current generation and thus on the magnetic power loss.
  • the axial deflection of the magnetic field with the annular short-circuit element is suppressed, wherein the axial magnetic radiation by the axial inference (short circuit) is involved.
  • the short-circuit element according to the invention has no influence on the torque curve.
  • the efficiency of the magnetic coupling so also the overall efficiency of the magnetic coupling pump can be increased.
  • the internal or external partial flows, which were originally used for cooling the containment shell, which was considerably warmed up by the induction, ie by the heat input, can be significantly reduced, which leads to a considerable improvement in the overall efficiency.
  • the minimum flow rate of the magnetic coupling pump can be reduced, since the entire heat input is reduced by the reduced magnetic power loss, and thus an unacceptable increase in temperature is prevented.
  • the containment shell is not formed of metallic material, eddy current losses, ie an increase in the temperature of metallic components in the originally magnetic field, are likewise avoided by integration with the magnetic short-circuit element according to the invention, so that partial cooling currents are certainly also reduced in the case of canned pots made of ceramic or of other materials. and thus the overall efficiency can be increased.
  • the magnetic short-circuit element seen in the circumferential direction is fully continuous or not interrupted, so it is made in one piece or in one piece.
  • the magnetic short-circuit element of a plurality may be composed of two or more annular segment segments to the annulus.
  • the magnet assemblies each have two free end narrow sides, wherein one can be referred to as the inner and the other as an outer end narrow side.
  • each magnetic order has an inner and outer Stirnbreitseite.
  • the term "inner” narrow end side refers to the axial direction seen closer to the split pot bottom end narrow side, so that the "outer” narrow side end is further away from the split pot bottom than the inner end narrow side.
  • the respective inner end narrow sides are oriented to the flange of the can, the outer end narrow sides are oriented to the split pot bottom.
  • inner Stirnbreitseite refers to its radial position, wherein the inner end broadside seen in the radial direction closer to a center axis of the magnetic coupling pump is arranged as the outer Stirnbreitseite the respective magnet arrangement the Magnetanord- tion of the inner rotor oriented.
  • each of the free end narrow sides of the respective magnet arrangement in each case has a magnetic short-circuit element.
  • each magnet arrangement is each surrounded on the narrow end by each of a magnetic short-circuit element, so that the original axial magnetic field lines are respectively involved.
  • four magnetic short-circuit elements are provided in a preferred embodiment, each magnet arrangement having two magnetic short-circuit elements.
  • the respective magnet arrangement not only seen in the circumferential direction, but also seen in the axial direction have a plurality of magnets which lie with their narrow end sides together.
  • the respective magnetic short-circuit element is actually arranged only on the free narrow side of the narrow end, ie on the narrow side of the front, where no adjacent magnet is present.
  • the inner rotor has a receptacle in which the magnet arrangement is arranged on the magnetic carrier.
  • the magnetic carrier can be shrunk into the receptacle and secured by means of a feather key against rotation.
  • the receptacle is designed so that the magnetic short-circuit element between the free, inner end narrow side of the magnet assembly and an extension of the inner rotor is arranged.
  • the magnet arrangement is assigned a sealing element or cover, wherein the magnetic short-circuit element is arranged between the outer end narrow side of the magnet arrangement and the sealing element or cover.
  • the sealing element can be designed as a separate element or as an extension of the inner rotor.
  • the magnet assembly of the inner rotor which is expediently formed from a stainless steel, despite the inner extension and the outer sealing element, which may be formed from a same or even the same stainless steel as the inner rotor, the narrow end provided with the respective magnetic short-circuit element, so that the originally axial magnetic field lines are involved.
  • On the outer rotor which may consist of a stainless steel as the inner rotor, an impact protection is provided on the outer end narrow side, wherein the magnetic short-circuit element is arranged in an expedient embodiment between the impact protection and the free, outer end narrow side of the magnet assembly. It is also expedient if a magnetic short-circuit element is arranged on the free, inner front narrow side of the magnet arrangement of the outer rotor.
  • the outer impact protection as a magnetic short-circuit element.
  • the outer impact protection is preferably made of a material from which the magnetic short-circuit element is made.
  • the magnetic shorting element of the free end narrow sides of the magnet assembly is seen in the radial direction adapted to the radial total extension of the magnet carrier and the magnet, wherein the magnetic shorting element flush at least with the outer Stirnbreitseite the magnet assembly of the inner rotor and at the bottom of the admission is applied, wherein the magnetic short-circuit element of the magnet assembly of the outer rotor is adapted to the radial extent of the magnets, and flush terminates with the inner Stirnbreitseite.
  • the magnetic short-circuit element of the relevant narrow end of the magnet arrangement of the inner rotor may also have only the radial extension of the magnet, but nevertheless terminate flush with the outer end broadside.
  • the magnetic short-circuit element could stand up in such an embodiment on the magnetic carrier, which seen in the axial direction may have a corresponding approach, wherein the approach seen in the axial direction, the magnet assembly can project beyond the inside and / or outside. It is expedient if the respective free narrow end sides of the magnet arrangements are completely covered by the magnetic short-circuit element.
  • the extension of the receptacle and the lid or the sealing element are preferably applied to the respective magnetic short-circuit element, wherein for the respective compound preferably an adhesive bond can be provided.
  • the extension and the cover are also flush in the radial direction, flush with the outer front broad side of the magnet arrangement of the inner rotor.
  • the at least one or the respective magnetic short-circuit element is made of a soft iron.
  • a soft iron may e.g. a material with the material number 1.0037 (St37.2), which of course should not be limited to this material.
  • any soft-magnetic material, but also nickel-based materials, and the highly permeable Mumetall® for the magnetic short-circuit element can be used.
  • the at least one magnetic short-circuit element is glued to the respective free end narrow side, of course, other types of connection are conceivable.
  • an adhesive connection of the magnetic or short-circuiting elements to adjacent components such as. be provided to the extension, to the lid, to the magnetic carrier and / or to the impact protection.
  • Magnetic coupling pumps according to the prior art have significant eddy current losses, ie magnetic power losses, which were reduced in the prior art with the use of ceramic split pots instead of metallic split pots.
  • the invention has now surprisingly succeeded in to reduce the eddy current losses despite the use of a metallic containment shell, and thus to increase the overall efficiency of the magnetic coupling pump, which in particular leads to a reduction of the original partial flows for cooling, also the metallic containment shell or metallic connecting elements of the containment shell to the housing. Due to the reduced partial flows for cooling, the overall efficiency of the magnetic coupling pump increases.
  • Figure 1 shows a section of a magnetic coupling pump according to the prior art with frontally shown magnetic field lines. Further advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims and the following description of the figures. Show it
  • FIG. 3 is an enlargement of the inner rotor in a partial sectional view.
  • the magnetic coupling pump 1 has an inner rotor 2 and an outer rotor 3, each carrying magnet assemblies 4 and 6 with pol pizza stat magnet 7, wherein between the magnet assemblies 4 and 6, a split pot 8 is arranged, which has a flange 9, which flange. 9 preferably with a counter flange, not shown, on a coupling component, preferably on a housing cover can be fixed. Opposite the flange 9, the split pot bottom 10 is arranged.
  • the containment shell 8 is made of a ceramic, but may also consist of a plastic.
  • Magnetic coupling pumps are known per se, which is why it will not be discussed further.
  • three magnets 7 of the respective magnet arrangement 4 and 6, respectively, are arranged next to one another as seen in the axial direction.
  • the magnets 7 are arranged on the pole side.
  • Also seen in the circumferential direction several magnets 7 are provided.
  • the magnets 7 each have an end narrow side 11 and a front broadside 12. Of the front narrow sides 11 only one free narrow end face 11, namely the respective free narrow end side 11 is designated.
  • the magnets 7 of the respective magnet assembly 4 and 6 are fixed to the inner rotor 2 and to the outer rotor 3, preferably glued.
  • the magnets of the inner rotor 2 are arranged in a receptacle 13, in which the bottom side, a magnetic carrier 14, as exemplified in the axial direction to the number of magnets 7 a corresponding number of magnetic carriers 14 is arranged or are.
  • the receptacle 13 has an extension 16 on the inside.
  • a sealing element 17, or cover 17 is provided on the outside.
  • the sealing element 17 is embodied by way of example as a separate component. Of course, the sealing element 17 as the extension 16 may also be made in one piece with the inner rotor 2.
  • three juxtaposed magnetic carrier 14 are provided in the axial direction, which are sufficiently secured in the receptacle 13.
  • the magnets 7 of the magnet arrangement 4 are thus connected to the magnet carrier 14 via their inner end broadside 12, preferably glued.
  • the magnets 7 of the opposite magnet assemblies 4 and 6 are oriented towards each other.
  • the magnet carrier 14 serves to increase the torque to be transmitted from outside to inside, that is from the outer rotor 3 to the inner rotor 2.
  • the magnets 7 of the magnet assemblies 4 and 6 are designed as permanent magnets, and transmit the torque contactless and slip-free, which is known per se.
  • An eddy current loss results from the induction of an electrical voltage in the containment shell due to the rotating magnetic field.
  • the axial magnetic fields 18 have a significant influence on the eddy current losses and thus on the magnetic power loss, without the axial magnetic fields 18 have a positive influence on the power transmission.
  • the split pot 8, as stated above e.g. made of a ceramic.
  • a magnetic short-circuiting element 19 is arranged, which is designed annular, as Figure 2 can be seen.
  • a metallic containment shell 8 is provided, which is fixed via its flange 9 directly to a coupling component, preferably on a housing cover.
  • the containment shell 8 may also consist of a ceramic or of plastic or of other materials.
  • each free narrow end 11 of the respective magnet arrangement 4 or 6 in each case has a magnetic short-circuit element 19.
  • Figure 3 shows an enlarged partial section of the inner rotor 2 with partially cut away components to represent the actual hidden components can.
  • the receptacle 13 is seen in the axial direction on the inside of the extension
  • the inner magnetic short-circuit element 19 is arranged. Seen in the axial direction three magnets 7 are arranged side by side lying on the magnetic carriers 14, or glued to these. Between the outer end narrow side 11 of the magnet assembly 4 and the lid 17 or sealing element
  • the outer magnetic short-circuit element 19 is arranged.
  • the magnets 7 of the magnet arrangement 4 arranged next to one another are spaced apart in the circumferential direction, so that an axially oriented gap 21 is formed.
  • the magnetic short-circuit element 19 of the free end narrow sides 11 of the magnet arrangement 4 is fitted in the radial direction to the radial overall extent of the magnet carrier 14 and the magnets 7, the magnetic short-circuit element 19 being flush with the outer front broadside 12 of the magnet assembly 4, the extension 16 and the lid 17 terminates and rests against the bottom of the receptacle 13.
  • the extension can 16 and the lid 17 should also be designed so that they project beyond the outer end broadside 12 in the radial direction.
  • a closing element 22 is provided, which extends in the axial direction from the extension 16 to the sealing element or cover 17, so that the receptacle 13 with the components arranged therein (inner and outer magnetic shorting element 19, magnets 7 and magnetic carrier 14 is completely enclosed, for example, the ingress of medium is prevented.
  • the magnetic short-circuit elements 19 are preferably glued to the free end narrow sides 11 of the magnets 7.
  • the pole-change arrangement of the magnets 7 is indicated by way of example in FIG. 3 with the symbols N for the north pole and S for the south pole.
  • the magnet assembly 6 of the outer rotor 3 is also provided in each case at the free end narrow sides 11 with a magnetic short-circuit element 19, wherein the outer magnetic short-circuit element 19 between the free narrow end side 11 and an abutment protection 23 is arranged.
  • the impact protection 23 is screwed to the outer rotor 3.
  • the impact protection 23 may be spaced apart from the outer magnetic short-circuit element 19 with a gap 24 so that any impacts are not transmitted directly to the magnetic short-circuit element 19.
  • the impact protection 23 It is conceivable to provide the impact protection 23 with a double function, so that the impact protection 23 is expedient both as such and as a magnetic short-circuit element. It is possible to form the impact protection 23 from the material of which the magnetic short-circuit element 19 is formed. It would then be helpful to introduce a gap filling element into the optional gap 24.
  • the magnetic short-circuit element 19 of the magnet assembly 6 is adapted to the radial extent of the magnets 7, and flush with its inner Stirnbreitseite 12 but also with the Abcetstoff 23, wherein the Abcetstoff 23, the inner Face width 12 also tower over. It can be provided a termination element similar to the inner rotor 2, which rests against the magnetic short-circuit elements 11 and secured thereto, preferably glued.
  • the or the magnetic short-circuit elements 19 are made in one piece from a soft iron, so that a circular ring is formed, which in circumferential direction is carried out continuously, of course, a composite of several circular ring segments to the annular magnetic short-circuit element 19 is possible.
  • the target is, when the magnetic short-circuit element 19, the respective free end narrow sides 11 of the magnet assemblies 4, 6 completely covered.
  • the efficiency of the magnetic coupling increases as well as the overall efficiency of the magnetic pump.
  • the internal, but also the external partial flows for cooling the can which was partially very critically increased by the induction, so by the eddy current losses, in particular the axial magnetic fields in its temperature can be significantly reduced, since the containment shell, even if mounted a metallic containment shell is, much less heated.
  • Reduced partial flows for cooling directly cause an improved overall efficiency.
  • the minimum flow rate of the pump can be reduced because the total heat input is reduced by the magnetic power loss, so that an unacceptable increase in temperature is prevented.
  • the containment shell is not made of metal, but of a ceramic, a plastic or even a glass, the measures according to the invention with the magnetic short-circuit element 19 are also achievable; Because the containment shell can be fixed on its flange with the interposition of a metallic counter flange on a coupling component. Since the originally axial magnetic fields are integrated by the magnetic short-circuit element, an induction and thus a critical temperature increase are virtually eliminated, so that likewise the partial flows for cooling can be reduced and the overall efficiency can be increased.
  • the invention is based on the finding that energy-efficient magnetic coupling pumps are produced predominantly with ceramic split pots, since the ceramic split pots greatly reduce or even completely avoid the induction and thus the eddy current losses due to their high electrical resistance, although the axial magnetic fields hitherto were not considered, as they are not influential on the transfer force.
  • ceramic containment walls or plastic gap pots also have material-related disadvantages, in spite of the material-related advantages, since these are limited with respect to the temperature application and the strength limits (pressure design).
  • Metallic split pots On the other hand, the requirements of high pressures and high temperature are excellent.
  • the invention is particularly suitable for magnetic coupling pumps with metallic split pots. With increasing overall efficiency, a higher power output than previously possible can be achieved, in particular when using metallic split pots.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplungspumpe, welche einen Innenrotor (2) und einen Außenrotor (3) aufweist, die jeweils Magnetanordnungen (4, 6) mit polwechselseitig angeordneten Magneten (7) tragen, wobei zwischen den Magnetanordnungen (4, 6) ein Spalttopf (8) angeordnet ist der einen Flansch (9) aufweist, welcher Flansch (9) mit einem Gegenflansch an einer Kupplungskomponente, bevorzugt an einem Gehäusedeckel (6) festlegbar ist. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten bzw. von magnetischen Verlustleistungen durch Induktion insbesondere bei metallischen Spalttöpfen schlägt die Erfindung vor, axiale Magnetfelder an freien Stirnschmalseiten (11) der Magnetanordnungen (4, 6) einzubinden, in dem an zumindest einer freien Stirnschmalseite (11) ein magnetisches Kurzschlusselement (19) angeordnet ist, welches kreisringförmig ausgeführt ist.

Description

Energieeffiziente Magnetkupplungspumpe
[0001] Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplungspumpe, welche einen Innenrotor und einen Außenrotor aufweist, die jeweils Magnetanordnungen mit polwechsel- seitig angeordneten Magneten tragen, wobei zwischen den Magnetanordnungen ein Spalttopf angeordnet ist, der einen Flansch aufweist, welcher Flansch vorzugsweise mit einem Gegenflansch an einer Kupplungskomponente, z.B. an einem Gehäusedeckel festlegbar ist. [0002] Magnetkupplungspumpen sind allgemein bekannt, und zum Beispiel in der DE 10 2009 022 916 A1 beschrieben. Dabei wird die Pumpenleistung von einer Antriebswelle aus über einen Magnet tragenden Rotor (Außenrotor) berührungsfrei und im Wesentlichen schlupflos auf den pumpenseitigen Magnetträger (Innenrotor) übertragen. Der Innenrotor treibt die Pumpenwelle an, welche in einer vom Förder- medium geschmierten Gleitlagerung, also in einer hydrodynamischen Gleitlagerung gelagert ist. Zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor, also zwischen den Außen- und den Innenmagneten liegt der Spalttopf mit seiner zylindrischen Wand. Der Spalttopf ist mit seinem Flansch mit einer Pumpenkomponente, beispielsweise einem Gehäusedeckel verbunden, und weist gegenüberliegend dazu einen geschlos- senen Boden auf. Der Spalttopf, also die Magnetkupplungspumpe trennt zuverlässig den Produktraum von der Umwelt, so dass die Gefahr eines Produktaustrittes mit allen damit verbundenen negativen Konsequenzen ausgeschlossen werden könnte. Eine Magnetkupplungspumpe ist demnach die Kombination aus einer konventionellen Pumpenhydraulik mit einem magnetischen Antriebssystem. Dieses System nutzt die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Magneten in beiden Kupplungshälften zur berührungslosen und schlupflosen Drehmomentübertragung. Zwischen den zwei mit Magneten bestückten Rotoren befindet sich der Spalttopf, der Produktraum und Umgebung voneinander trennt. Besonders im Umgang mit sehr wertvollen oder sehr gefährlichen Stoffen birgt die Magnetkupplungspumpe demnach gro- ße Vorteile.
[0003] Spalttöpfe können aus unterschiedlichen Materialien wie z.B. aus Metallen unterschiedlichster Legierungszusammensetzungen, aus Kunststoff oder aus Keramik bestehen. Spalttöpfe aus Metall bewirken nachteiliger Weise Wirbelstromver- luste, wobei Kunststoff- bzw. Keramikspalttöpfe nur begrenzt Temperatur- und/oder Druckbeständig sind, was insbesondere bei hohen Mediumtemperaturen und/oder
BESTÄTIGUNGSKOPIE hohen Pumpendrücken nachteilig ist, wobei neuerdings auch Spalttöpfe aus Glas (DE 10 2009 022 916 A1) bekannt werden.
[0004] Der Spalttopf wird über seinen Flansch mit der Pumpenkomponente bzw. mit der Kupplungskomponente verbunden, beispielsweise verschraubt, und bildet so gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung (O-Ring) eine abgedichtete Verbindung. Die Pumpenkomponente, aber auch der Gegenflansch besteht dabei aus einem metallischen Werkstoff, wobei der Spalttopf aus den oben beschriebenen Werkstoffen gebildet sein kann.
[0005] Wie bereits oben erwähnt, treten bei metallischen Spalttöpfen Wirbelstromverluste auf. Diese Wirbelstromverluste können aber auch an den metallischen Pumpenkomponenten bzw. an dem metallischen Gegenflansch auftreten, auch wenn der Spalttopf selbst nicht aus metallischen Werkstoffen, also z.B. aus Keramik gefertigt ist. Der Wirbelstromverlust, also die magnetische Verlustleistung entsteht durch die Induktion einer elektrischen Spannung, zum Beispiel in dem metallischen Spalttopf durch das rotierende Magnetfeld, wodurch gezielte Teilströme des Mediums zur Kühlung (interne Kühlung) herbeigeführt werden müssen. Eine solche gezielte Kühlung, also das Heranführen von Fördermedium an die erwärmten Kompo- nenten bewirkt aber erkennbar unmittelbar auch eine Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades der Magnetkupplungspumpe.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetkupplungspumpe der Eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, bei welcher mit einfachen Mit- teln magnetische Verlustleistungen reduzierbar sind, wobei der Gesamtwirkungsgrad verbesserbar ist.
[0007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Magnetkupplungspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. [0009] Gemäß der Erfindung wird eine Magnetkupplungspumpe vorgeschlagen, welche einen Innenrotor und einen Außenrotor aufweist, die jeweils Magnetanordnungen mit polwechselseitig angeordneten Magneten tragen, wobei zwischen den Magnetanordnungen ein Spalttopf angeordnet ist, der einen Flansch aufweist, wel- eher Flansch vorzugsweise mit einem Gegenflansch an einer Kupplungskomponente, bevorzugt an einem Gehäusedeckel festlegbar ist. Zielführend ist, dass die jeweiligen Magnetanordnungen an zumindest einer ihrer freien Stirnschmalseiten ein magnetisches Kurzschlusselement aufweisen, welches kreisringförmig ausgeführt ist.
[0010] Grundsätzlich bekannt ist, dass die Magnetanordnung des inneren Rotors auf einem Magnetträger angeordnet ist, welcher Magnetträger das zu übertragende Drehmoment von außen nach innen erhöht. Die im Stand der Technik vorhandene axiale Auslenkung des Magnetfeldes wirkt sich aber nicht auf die radiale Leistungs- Übertragung aus. Vielmehr haben die axialen Magnetfelder direkten Einfluss auf die Wirbelstromerzeugung und somit auf die magnetische Verlustleistung. Bei der Erfindung dagegen wird die axiale Auslenkung des Magnetfeldes mit dem kreisringartigen Kurzschlusselement unterbunden, wobei die axiale Magnetstrahlung durch den axialen Rückschluss (Kurzschluss) eingebunden wird. Das erfindungsgemäße Kurzschlusselement hat keinen Einfluss auf den Drehmomentverlauf.
[0011] So kann der Wirkungsgrad der Magnetkupplung, also auch der Gesamtwirkungsgrad der Magnetkupplungspumpe erhöht werden. Die internen oder auch externen Teilströme, welche ursprünglich zur Kühlung des Spalttopfes, welcher durch die Induktion, also durch den Wärmeeintrag erheblich aufgewärmt wurde, herangezogen wurden, können deutlich reduziert werden, was zu einer erheblichen Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades führt. Auch kann mit der Erfindung die minimale Fördermenge der Magnetkupplungspumpe reduziert werden, da sich der gesamte Wärmeeintrag durch die reduzierte magnetische Verlustleistung reduziert, und so eine unzulässige Temperaturerhöhung verhindert wird. Ist der Spalttopf nicht aus metallischem Werkstoff gebildet, werden Wirbelstromverluste, also eine Temperaturerhöhung metallischer Komponenten im ursprünglich magnetischen Feld ebenfalls durch die Einbindung mit dem erfindungsgemäßen magnetischen Kurzschlusselement vermieden, so dass z.B. auch bei Spalttöpfen aus Keramik oder aus ande- ren Werkstoffen durchaus Teilkühlströme reduziert, und somit der Gesamtwirkungsgrad erhöht werden kann. [0012] Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das magnetische Kurzschlusselement in Umfangsrichtung gesehen vollumfänglich durchgehend bzw. nicht unterbrochen, also einteilig bzw. einstückig ausgeführt ist. [0013] Möglich ist aber auch eine in Umfangsrichtung gesehen unterbrochene Ausgestaltung, so dass das magnetische Kurzschlusselement aus einer Vielzahl, also zum Beispiel aus zwei oder mehr Kreisringsegmentabschnitten zu dem Kreisring zusammengesetzt sein kann. [0014] Die Magnetanordnungen weisen jeweils zwei freie Stirnschmalseiten auf, wobei eine als innere und die andere als äußere Stirnschmalseite bezeichnet werden kann. Ebenso weist jede Magnetordnung eine innere und äußere Stirnbreitseite auf. [0015] Der Begriff„innere" Stirnschmalseite bezieht sich dabei auf die in Axialrichtung gesehen näher zum Spalttopfboden angeordnete Stirnschmalseite, wobei die „äußere" Stirnschmalseite also weiter von dem Spalttopfboden entfernt ist als die innere Stirnschmalseite. Die jeweils inneren Stirnschmalseiten sind so zum Flansch des Spalttopfes orientiert, wobei die äußeren Stirnschmalseiten zum Spalttopfboden orientiert sind. Der Begriff „innere" Stirnbreitseite dagegen bezieht sich auf deren radiale Lage, wobei die innere Stirn breitseite in Radialrichtung gesehen näher an einer Mittelachse der Magnetkupplungspumpe angeordnet ist als die äußere Stirnbreitseite der betreffenden Magnetanordnung. Die innere Stirnbreitseite der Magnetanordnung des Außenrotors ist so zur äußeren Stirnbreitseite der Magnetanord- nung des Innenrotors orientiert.
[0016] Zweckmäßig ist, wenn jede der freien Stirnschmalseiten der jeweiligen Magnetanordnung jeweils ein magnetisches Kurzschlusselement aufweist. So ist jede Magnetanordnung jeweils stirnschmalseitig von jeweils einem magnetischen Kurzschlusselement umgeben, so dass die ursprünglich axialen Magnetfeldlinien jeweils eingebunden sind. In Bevorzugter Ausgestaltung sind demnach vier magnetische Kurzschlusselemente vorgesehen, wobei jede Magnetanordnung zwei magnetische Kurzschlusselemente aufweist. Selbstverständlich kann die jeweilige Magnetanordnung nicht nur in Umfangsrichtung gesehen, sondern auch in Axialrichtung gesehen mehrere Magnete aufweisen, welche mit ihren Stirnschmalseiten aneinander liegen. Insofern ist das jeweilige magnetische Kurzschlusselement tatsächlich nur an der freien Stirnschmalseite angeordnet, also an der Stirnschmalseite, an welcher kein benachbarter Magnet vorhanden ist.
[0017] Der Innenrotor weist eine Aufnahme auf, in welcher die Magnetanordnung auf dem Magnetträger angeordnet ist. Der Magnetträger kann in die Aufnahme eingeschrumpft sein und mittels einer Passfeder gegen Verdrehung gesichert sein. Die Aufnahme ist so ausgeführt, dass das magnetische Kurzschlusselement zwischen der freien, innere Stirnschmalseite der Magnetanordnung und einem Fortsatz des Innenrotors angeordnet ist. Außenseitig ist der Magnetanordnung ein Dichtelement bzw. Deckel zugeordnet, wobei das magnetische Kurzschlusselement zwischen der der äußeren Stirnschmalseite der Magnetanordnung und dem Dichtelement bzw. Deckel angeordnet ist. Das Dichtelement kann als separates Element oder auch als Fortsatz des Innenrotors ausgeführt sein. So ist die Magnetanordnung des Innenrotors, welcher zweckdienlich aus einem Edelstahl gebildet ist, trotz des inneren Fort- satzes und des äußeren Dichtelementes, welches aus einem artgleichen oder gar demselben Edelstahl gebildet sein kann wie der Innenrotor, stirnschmalseitig mit dem jeweiligen magnetischen Kurzschlusselement versehen, so dass die ursprünglich axialen Magnetfeldlinien eingebunden sind. [0018] An dem Außenrotor, welcher wie der Innenrotor aus einem Edelstahl bestehen kann, ist an der äußeren Stirnschmalseite ein Anstoßschutz vorgesehen, wobei das magnetische Kurzschlusselement in zweckmäßiger Ausgestaltung zwischen dem Anstoßschutz und der freien, äußeren Stirnschmalseite der Magnetanordnung angeordnet ist. Zweckmäßig ist auch, wenn an der freien, inneren Stirn- Schmalseite der Magnetanordnung des Außenrotors ein magnetisches Kurzschlusselement angeordnet ist. Denkbar ist auch, den äußeren Anstoßschutz als magnetisches Kurzschlusselement auszuführen. Dazu müsste lediglich ein vorhandener Luftspalt zwischen dem Anstoßschutz und der freien, äußeren Stirnschmalseite der Magnetanordnung z.B. mit einer Folie gefüllt werden, wobei der Anstoßschutz vor- zugsweise aus einem Werkstoff hergestellt ist, aus dem auch das magnetische Kurzschlusselement hergestellt ist.
[0019] Zweckmäßig ist, wenn das magnetische Kurzschlusselement der freien Stirnschmalseiten der Magnetanordnung in Radialrichtung gesehen an die radiale Gesamterstreckung des Magnetträgers und der Magneten angepasst ist, wobei das magnetische Kurzschlusselement bündig zumindest mit der äußeren Stirnbreitseite der Magnetanordnung des Innenrotors abschließt und an dem Boden der Aufnahme anliegt, wobei das magnetische Kurzschlusselement der Magnetanordnung des Außenrotors an die Radialerstreckung der Magnete angepasst ist, und bündig mit deren inneren Stirnbreitseite abschließt. Natürlich kann das magnetische Kurschlusselement der betreffenden Stirnschmalseite der Magnetanordnung des Innenrotors auch nur die radiale Erstreckung der Magneten aufweisen, gleichwohl aber bündig mit der äußeren Stirnbreitseite abschließen. Das magnetische Kurzschlusselement könnte bei einer solchen Ausgestaltung auf dem Magnetträger aufstehen, welcher in axialer Richtung gesehen einen entsprechenden Ansatz aufweisen kann, wobei der Ansatz in Axialrichtung gesehen die Magnetanordnung nach Innen und/oder nach Außen überragen kann. Zielführend ist, wenn die jeweiligen freien Stirnschmalseiten der Magnetanordnungen vollständig von dem magnetischen Kurzschlusselement bedeckt sind. Der Fortsatz der Aufnahme und der Deckel bzw. das Dichtelement liegen bevorzugt an dem betreffenden magnetischen Kurzschlusselement an, wobei zur jeweiligen Verbindung bevorzugt eine Klebverbindung vorgesehen werden kann. Bevorzugter weise schließen auch der Fortsatz und der Deckel in Radialrichtung gesehen bündig mit der äußeren Stirnbreitseite der Magnetanordnung des Innenrotors ab.
[0020] In zielführender Ausgestaltung ist das zumindest eine bzw. das jeweilige magnetische Kurzschlusselement aus einem Weicheisen hergestellt. Ein Weicheisen kann z.B. ein Werkstoff mit der Werkstoffnummer 1.0037 (St37.2) sein, was natürlich nicht auf diesen Werkstoff beschränkend wirken soll. Grundsätzlich kann jeder weichmagnetischer Werkstoff, aber auch Nickelbasiswerkstoffe, auch das hochpermeable Mumetall® für das magnetische Kurzschlusselement verwendet werden.
[0021] In günstiger Ausführung ist das zumindest eine magnetische Kurzschlusselement mit der jeweiligen freien Stirnschmalseite verklebt, wobei natürlich auch andere Verbindungsarten denkbar sind. Zudem kann eine klebende Verbindung des bzw. der magnetischen Kurzschlusselemente zu anliegenden Komponenten wie z.B. zu dem Fortsatz, zu dem Deckel, zu dem Magnetträger und/oder zu dem Anstoßschutz vorgesehen sein.
[0022] Magnetkupplungspumpen nach dem Stand der Technik weisen erhebliche Wirbelstromverluste, also magnetische Leistungsverluste auf, welche im Stand der Technik mit der Verwendung keramischer Spalttöpfe anstelle metallischer Spalttöpfe reduziert wurden. Mit der Erfindung ist es nun überraschender Weise gelungen, die Wirbelstromverluste trotz Verwendung eines metallischen Spalttopfes zu reduzieren, und somit den Gesamtwirkungsgrad der Magnetkupplungspumpe zu erhöhen, wobei dies insbesondere zu einer Reduzierung der ursprünglichen Teilströmungen zur Kühlung, auch des metallischen Spalttopfes bzw. metallischer Verbin- dungselemente des Spalttopfes zum Gehäuse führt. Aufgrund der reduzierten Teilströmungen zur Kühlung erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad der Magnetkupplungspumpe.
[0023] Üblicherweise sind Bemühungen zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades auch in der Reduzierung von gewichtsbelastenden Bauteilen zu sehen. Bei der Erfindung wird nun aber zunächst nachteiliger Weise ein sich keinesfalls auf die Drehmomentübertragung auswirkendes zusätzliches Bauteil montiert. Dieses zusätzliche Bauteil, also das erfindungsgemäße, magnetische Kurzschlusselement wiegt aber den Nachteil der Gewichtserhöhung, nicht nur durch das Bauteil selbst, sondern auch durch eventuelle Anpassungen des jeweiligen Rotors in seinen Dimensionen, und auch der zusätzlichen Montagebelastung auf, indem der Gesamtwirkungsgrad der Magnetkupplungspumpe erheblich erhöht wird. Hinzuweisen ist auch darauf, dass der Gesamtwirkungsgrad der Magnetkupplungspumpe mit z.B. keramischen Spalttöpfen erhöht werden kann, da die Spalttöpfe an metallischen Komponenten befestigt werden, welche aufgrund des eingebundenen Magnetfeldes in der Temperaturerhöhung bzw. im Wärmeeintrag reduziert sind, was ebenfalls einer reduzierten Teilströmung zur Kühlung bewirkt.
[0024] Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Magnetkupplungspumpe nach dem Stand der Technik mit stirnseitig dargestellten magnetischen Feldlinien. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
Fig.2 ausschnittsweise eine Magnetkupplungspumpe in einem
Längsschnitt, und
Fig. 3 eine Vergrößerung des Innenrotors in einer Teilschnittdarstellung. [0025] In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. [0026] Figur 1 zeigt ausschnittsweise eine Magnetkupplungspumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Magnetkupplungspumpe 1 weist einen Innenrotor 2 und einen Außenrotor 3 auf, die jeweils Magnetanordnungen 4 bzw. 6 mit polwechselseitig angeordneten Magneten 7 tragen, wobei zwischen den Magnetanordnungen 4 bzw. 6 ein Spalttopf 8 angeordnet ist, der einen Flansch 9 aufweist, welcher Flansch 9 vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Gegenflansch an einer Kupplungskomponente, bevorzugt an einem Gehäusedeckel festlegbar ist. Gegenüberliegend zum Flansch 9 ist der Spalttopfboden 10 angeordnet. Der Spalttopf 8 besteht aus einer Keramik, kann aber auch aus einem Kunststoff bestehen.
[0027] Magnetkupplungspumpen sind an sich bekannt, weswegen nicht weiter darauf eingegangen wird. Wie in Figur 1 erkennbar ist, sind drei Magneten 7 der jeweiligen Magnetanordnung 4 bzw. 6 in Axialrichtung gesehen nebeneinander liegend angeordnet. Die Magnete 7 sind polwechselseitig angeordnet. Auch in Umfangsrich- tung gesehen sind mehrere Magnete 7 vorgesehen. Die Magnete 7 weisen jeweils eine Stirnschmalseite 11 und eine Stirnbreitseite 12 auf. Von den Stirnschmalseiten 11 ist jeweils nur eine freie Stirnschmalseite 11 , nämlich die jeweils freie Stirnschmalseite 11 bezeichnet.
[0028] Mit der jeweiligen Stirnbreitseite 12 sind die Magnete 7 der jeweiligen Magnetanordnung 4 bzw. 6 an dem Innenrotor 2 bzw. an dem Außenrotor 3 befestigt, bevorzugt verklebt. [0029] Die Magnete des Innenrotors 2 sind in einer Aufnahme 13 angeordnet, in welcher bodenseitig ein Magnetträger 14, wie beispielhaft dargestellt in Axialrichtung gesehen zur Anzahl der Magnete 7 eine entsprechende Anzahl an Magnetträgern 14 angeordnet ist bzw. sind. Die Aufnahme 13 weist innenseitig einen Fortsatz 16 auf. Außenseitig ist ein Dichtelement 17, bzw. Deckel 17 vorgesehen. Das Dich- telement 17 ist beispielhaft als separates Bauteil ausgeführt. Natürlich kann das Dichtelement 17 wie der Fortsatz 16 auch einstückig mit dem Innenrotor 2 hergestellt sein. Beispielhaft sind in Axialrichtung gesehen drei nebeneinander angeordnete Magnetträger 14 vorgesehen, welche in der Aufnahme 13 hinreichend befestigt sind. Die Magnete 7 der Magnetanordnung 4 sind also über ihre innere Stirnbreitsei- te 12 mit dem Magnetträger 14 verbunden, bevorzugt verklebt. [0030] Mit der jeweils freien Stirnbreitseite 12, also mit der äußeren Stirnbreitseite der Magnetanordnung 4 des Innenrotors 2 und mit der inneren Stirnbreitseite 12 der Magnetanordnung 6 des Außenrotors 3 sind die Magnete 7 der gegenüberliegenden Magnetanordnungen 4 bzw. 6 aufeinander zu orientiert.
[0031] Mit ihren Stirnschmalseiten 11 liegen benachbarte Magneten 7 bevorzugt spaltfrei aneinander, wobei freie Stirnschmalseiten 11 der Magnetanordnungen 4 bzw. 6 keinen benachbarten Magneten aufweisen. [0032] Der Magnetträger 14 dient dazu, das zu übertragende Drehmoment von außen nach innen, also vom Außenrotor 3 auf den Innenrotor 2 zu erhöhen.
[0033] Die Magneten 7 der Magnetanordnungen 4 bzw. 6 sind als Permanentmagneten ausgeführt, und übertragen das Drehmoment berührungslos und schlupf- frei, was an sich bekannt ist.
[0034] Wie in Figur 1 erkennbar weisen die Magnetanordnungen 4 bzw. 6 an ihren freien Stirnschmalseiten 11 Magnetfelder 18 auf, welche von dem Spalttopf 8 quasi zerschnitten werden. Dadurch entstehen Wirbelstromverluste bzw. magnetische Verlustleistungen. Ein Wirbelstromverlust entsteht durch die Induktion einer elektrischen Spannung im Spalttopf aufgrund des rotierenden Magnetfeldes. Insbesondere die axialen Magnetfelder 18 haben einen erheblichen Einfluss auf die Wirbelstromverluste und somit auf die magnetische Verlustleistung, ohne dass die axialen Magnetfelder 18 einen positiven Einfluss auf die Leistungsübertragung hätten. Um die Wirbelstromverluste zu reduzieren ist der Spalttopf 8, wie oben bereits gesagt, z.B. aus einer Keramik gebildet.
[0035] Hier setzt die Erfindung an, indem an zumindest einer der freien Stirnschmalseiten 11 der jeweiligen Magnetanordnung 4 bzw. 6 ein magnetisches Kurz- Schlusselement 19 angeordnet ist, welches ringförmig ausgeführt ist, wie Figur 2 zu entnehmen ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein metallischer Spalttopf 8 vorgesehen, welcher über seinen Flansch 9 direkt an einer Kupplungskomponente, bevorzugt an einem Gehäusedeckel festlegbar ist. Natürlich kann der Spalttopf 8 bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 auch aus einer Ke- ramik oder aus Kunststoff oder aus anderen Werkstoffen bestehen. [0036] Mit der Erfindung werden so die axialen Magnetfelder (Figur 1 , Bezugszeichen 18) quasi eingebunden, so dass ein Auslenken des Magnetfeldes in axialer Richtung unterdrückt wird, was in Figur 2 durch das Fehlen der in Figur 1 vorhandenen Magnetfeldlinien deutlich wird. So„schneidet" der Spalttopf 8 die eingebunde- nen Magnetfeldlinien nicht mehr, so dass die im Stand der Technik vorhandene Induktion bezüglich der axialen Magnetfelder vermieden ist. Dadurch werden die Wirbelstromverluste bzw. die magnetische Verlustleistungen direkt, also der Wärmeeintrag in den Spalttopf oder andere metallischen Komponenten reduziert, wobei anstelle eines keramischen Spalttopfes zielführend ein metallischer Spalttopf verwen- det werden kann. Aufgrund der Einbindung der axialen Magnetfelder sind die Kühlanforderungen erheblich reduziert. So können die Teilströmungen zur Kühlung des Spalttopfes vom Betrag her erheblich reduziert werden, was sich unmittelbar auf einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad der Magnetkupplungspumpe auswirkt. [0037] Wie in Figur 2 deutlich erkennbar ist, weist jede freie Stirnschmalseite 11 der jeweiligen Magnetanordnung 4 bzw. 6 jeweils ein magnetisches Kurzschlusselement 19 auf.
[0038] Figur 3 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt des Innenrotors 2 mit teilweise weg geschnittenen Komponenten, um die eigentliche davon verdeckten Komponenten darstellen zu können.
[0039] Die Aufnahme 13 ist in Axialrichtung gesehen innenseitig von dem Fortsatz
16 begrenzt. Zwischen dem Fortsatz 16 und der inneren freien Stirnschmalseite 11 der Magnetanordnung 4 ist das innere magnetische Kurzschlusselement 19 angeordnet. In Axialrichtung gesehen sind drei Magnete 7 nebeneinander liegend auf den Magnetträgern 14 angeordnet, bzw. mit diesen verklebt. Zwischen der äußeren Stirnschmalseite 11 der Magnetanordnung 4 und dem Deckel 17 bzw. Dichtelement
17 ist das äußere magnetische Kurzschlusselement 19 angeordnet. Die nebenei- nander angeordneten Magnete 7 der Magnetanordnung 4 sind in Umfangsrichtung gesehen beabstandet, so dass ein in Axialrichtung orientierter Spalt 21 gebildet ist. Wie in den Figuren 2 und 3 erkennbar, ist das magnetische Kurzschlusselement 19 der freien Stirnschmalseiten 11 der Magnetanordnung 4 in Radialrichtung gesehen an die radiale Gesamterstreckung des Magnetträgers 14 und der Magneten 7 ange- passt ist, wobei das magnetische Kurzschlusselement 19 bündig mit der äußeren Stirnbreitseite 12 der Magnetanordnung 4, dem Fortsatz 16 und dem Deckel 17 abschließt und an dem Boden der Aufnahme 13 anliegt. Natürlich können der Fortsatz 16 und der Der Deckel 17 auch so ausgeführt sein, dass diese die äußere Stirnbreitseite 12 in Radialrichtung gesehen überragen. Zum Abschluss der Aufnahme 13 ist ein Abschlusselement 22 vorgesehen, welches sich in Axialrichtung von dem Fortsatz 16 bis zum Dichtelement bzw. Deckel 17 erstreckt, so dass die Aufnahme 13 mit den darin angeordneten Komponenten (inneres und äußeres magnetisches Kurzschlusselement 19, Magnete 7 und Magnetträger 14 vollumfänglich eingeschlossen ist. So ist z.B. ein Eintritt von Medium verhindert.
[0040] Die magnetischen Kurzschlusselemente 19 sind jeweils an den freien Stirn- Schmalseiten 11 der Magnete 7 bevorzugt angeklebt.
[0041] Die polwechselseitige Anordnung der Magnete 7 ist in Figur 3 mit den Symbolen N für Nordpol und S für Südpol beispielhaft angedeutet. [0042] Die Magnetanordnung 6 des Außenrotors 3 ist ebenfalls jeweils an den freien Stirnschmalseiten 11 mit einem magnetischen Kurzschlusselement 19 versehen, wobei das äußere magnetische Kurzschlusselement 19 zwischen der freien Stirnschmalseite 11 und einem Anstoßschutz 23 angeordnet ist. Der Anstoßschutz 23 ist mit dem Außenrotor 3 verschraubt. Der Anstoßschutz 23 kann zu dem äuße- ren magnetischen Kurzschlusselement 19 mit einem Spalt 24 beabstandet sein, so dass etwaige Schläge nicht direkt an das magnetische Kurzschlusselement 19 übertragen werden. Denkbar ist, den Anstoßschutz 23 mit einer Doppelfunktion zu versehen, so dass der Anstoßschutz 23 sowohl als solcher als auch als magnetisches Kurzschlusselement zweckdienlich ist. Möglich ist, den Anstoßschutz 23 aus dem Material zu bilden, aus dem das magnetische Kurzschlusselement 19 gebildet ist. Hilfreich wäre dann ein Spaltfüllelement in den optionalen Spalt 24 einzubringen.
[0043] Wie dem Ausführungsbeispiel zu Figur 2 entnehmbar ist, ist das magnetische Kurzschlusselement 19 der Magnetanordnung 6 an die Radialerstreckung der Magnete 7 angepasst, und schließt bündig mit deren inneren Stirnbreitseite 12 aber auch mit dem Anstoßschutz 23 ab, wobei der Anstoßschutz 23 die innere Stirnbreitseite 12 auch überragen. Es kann ein Abschlusselement ähnlich wie bei dem Innenrotor 2 vorgesehen werden, welches an den magnetischen Kurzschlusselementen 11 anliegt bzw. an diesen befestigt, bevorzugt verklebt ist.
[0044] Das bzw. die magnetischen Kurzschlusselemente 19 sind einteilig aus einem Weicheisen hergestellt, so dass ein Kreisring gebildet ist, welcher in Umfangs- richtung durchgehend ausgeführt ist, wobei natürlich auch ein Zusammensetzen mehrerer Kreisringsegmente zu dem kreisringförmigen magnetischen Kurzschlusselement 19 möglich ist. Zielführend ist, wenn das magnetische Kurzschlusselement 19 die jeweils freien Stirnschmalseiten 11 der Magnetanordnungen 4, 6 vollständig bedeckt.
[0045] Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erhöht sich der Wirkungsgrad der Magnetkupplung ebenso wie der Gesamtwirkungsgrad der Magnetpumpe. Die internen, aber auch die externen Teilströme zur Kühlung des Spalttopfes, welcher durch die Induktion, also durch die Wirbelstromverluste insbesondere der axialen Magnetfelder in seiner Temperatur teilweise sehr kritisch erhöht war, können deutlich reduziert werden, da der Spalttopf, auch wenn ein metallischer Spalttopf montiert ist, deutlich weniger erwärmt wird. Reduzierte Teilströme zur Kühlung bewirken unmittelbar einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad. Zudem kann die minimale Fördermenge der Pumpe reduziert werden, da sich der gesamte Wärmeeintrag durch die magnetische Verlustleistung reduziert, so dass eine unzulässige Temperaturerhöhung verhindert wird.
[0046] Besteht der Spalttopf nicht aus Metall, sondern aus einer Keramik, einem Kunststoff oder gar einem Glas, sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit dem magnetischen Kurzschlusselement 19 ebenfalls erreichbar; Denn der Spalttopf ist über seinen Flansch unter Zwischenschaltung eines metallischen Gegenflansches an einer Kupplungskomponente festlegbar. Da die ursprünglich axialen Magnetfelder von dem magnetischen Kurzschlusselement eingebunden sind, ist eine Indukti- on und somit eine kritische Temperaturerhöhung quasi ausgeschlossen, so dass ebenfalls die Teilströme zur Kühlung reduziert und der Gesamtwirkungsgrad erhöht werden kann.
[0047] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass energieeffiziente Mag- netkupplungspumpen überwiegend mit keramischen Spalttöpfen hergestellt werden, da die keramischen Spalttöpfe die Induktion und somit die Wirbelstromverluste aufgrund ihres hohen elektrischen Widerstandes stark verringern oder gar gänzlich vermeiden, wobei allerdings die axialen Magnetfelder bisher nicht betrachtet wurden, da diese einflussfrei auf die Übertragungskraft sind. Gleichwohl weisen kera- mische Spalttöpfe bzw. Kunststoffspalttöpfe trotz der materialbedingten Vorteile auch materialbedingte Nachteile auf, da diese bezüglich des Temperatureinsatzes und der Festigkeitsgrenzen (Druckauslegung) limitiert sind. Metallische Spalttöpfe dagegen erfüllen die Anforderungen hoher Drücke und hoher Temperatur hervorragend. Insofern eignet sich die Erfindung besonders bei Magnetkupplungspumpen mit metallischen Spalttöpfen. Mit steigendem Gesamtwirkungsgrad kann insbesondere bei Verwendung von metallischen Spalttöpfen eine höhere Leistungsabgabe als bisher möglich erreicht werden.
Bezugszeichenliste:
1 Magnetkupplungspumpe
2 Innenrotor
3 Außenrotor
4 Magnetanordnung innen
6 Magnetanordnung außen
7 Magnet
8 Spalttopf
9 Flansch von 8
10 Spalttopfboden
11 Stirnschmalseiten
12 Stirnbreitseiten
13 Aufnahme in 2
14 Magnetträger
15
16 Fortsatz
17 Dichtelement/Deckel
18 Magnetfeldlinien
19 Magentisches Kurzschlus:
20
21 Spalt
22 Abschlusselement
23 Anstoßschutz
24 Spalt

Claims

Patentansprüche
1. Magnetkupplungspumpe, welche einen Innenrotor (2) und einen Außenrotor (3) aufweist, die jeweils Magnetanordnungen (4,6) mit polwechselseitig angeordneten Magneten (7) tragen, wobei zwischen den Magnetanordnungen (4,6) ein Spalttopf (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer freien Stirnschmalseite (1 1) der Magnetanordnungen (4,6) ein magnetisches Kurzschlusselement (19) angeordnet ist, welches kreisringförmig ausgeführt ist.
2. Magnetkupplungspumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) in Umfangsrichtung durchgehend ausgeführt ist.
3. Magnetkupplungspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) einteilig bzw. einstückig ausgeführt ist.
4. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) aus einer Vielzahl von Kreisringsegmenten zusammensetzbar ist.
5. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede freie Stirnschmalseite (1 1) der jeweiligen Magnetanordnungen (4,6) das magnetische Kurzschlusselement (19) aufweist.
6. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) mit der freien Stirnschmalseite (1 1 ) verklebt ist.
7. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) an dem Innenrotor (2) in Axialrichtung innenseitig gesehen zwischen einem Fortsatz (16) einer Aufnahme (13) und der inneren, freien Stirnschmalseite (1 1) der Magnetanordnung (4) und außenseitig zwischen einem Deckel (17) und der äußeren, freien Stirnschmalseite (11) der Magnetanordnung (4) angeordnet ist .
8. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) an dem Außenrotor (2) in Axialrichtung außenseitig gesehen zwischen einem Anstoßschutz (23) und der äußeren, freien Stirnschmalseite (11) der Magnetanordnung (6) angeordnet ist, wobei das magnetische Kurzschlusselement (19) an der inneren, freien Stirnschmalseite (11) der Magnetanordnung (6) an die Abmessungen der Magnete (7) in Radialrichtung gesehen angepasst ist.
9. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) der freien Stirnschmalseiten (11) der Magnetanordnung (4) in Radialrichtung gesehen an die radiale Gesamterstreckung des Magnetträgers (14) und der Magneten (7) angepasst ist, wobei das magnetische Kurzschlusselement (19) bündig zumindest mit der äußeren Stirnbreitseite (12) der Magnetanordnung (4) abschließt und an dem Boden der Aufnahme (13) anliegt, wobei das magnetische Kurzschlusselement (19) der Magnetanordnung (6) an die Radialerstreckung der Magnete (7) angepasst ist, und bündig mit deren inneren Stirnbreitseite (12) abschließt.
10. Magnetkupplungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kurzschlusselement (19) aus einem Weicheisen gebildet ist, wobei der Spalttopf (8) ein metallischer Spalttopf ist.
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