DEVICE FOR THE TRANSMISSION OF FORCES

Abstract: 1. A device made as a coupling for the transmission of forces, having two cylinders (1, 2) lying one inside the other, the facing surfaces of which are occupied by equal numbers of permanent magnets (5) lying opposite one another, one of the cylinders being driven in rotation, and if necessary having a so-called gap-tube or gap-pot in the cylindrical interstice between the permanent magnets, where the magnets associated respectively with one cylinder are made either as small plates lying side by side or as a ring in one piece the resultant magnetization of which corresponds with that of the total number of small plates, characterized in that the boundaries (3) between two adjacent small plate magnets (5) or respectively between two adjacent magnetic zones in the case of one single ring run helically.

Description: Bezeichnung: Vorrichtung zur Ubertragung von Kräften Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Kräften mit zwei ineinanderliegenden Zylindern, deren einander zugekehrte Seiten mit Permanentmagneten besetzt sind und von denen der eine Zylinder angetrieben wird, und gegebenenfalls mit einem sogenannten Spaltrohr oder Spalttopf in dem zylindrischen Zwischenraum zwischen den Permanentmagneten, wobei die jeweils einem Zylinder zugeordneten Magnete entweder als nebeneinanderliegende Plättchen oder als einteiliger Ring ausgebildet sind, dessen Magnetisierung im Ergebnis der der Gesamtzahl der Plättchen entspricht. Derartige Vorrichtungen zur Übertragung von Kräften, die auch Permanentmagnetkupplungen genannt werden, haben sich in bestimmten Anwendungsfällen bewährt. Dazu gehören sogenannte gekapselte oder stopfbüchslose Pumpen, bei denen der getriebene Teil der Vorrichtung innerhalb eines Spalttopfes auf eigenen Lagern rotiert, so daB das gegebensen falls unverträgliche Medium an keiner Stelle mit einer sich bewegenden Dichtung in Berührung kommt. Derartige Pumpen werden bevorzugt in der chemischen Industrie eingesetzt. Herkömmliche Kreiselpumpen, die das zu fördernde Medium axial ansaugen und radial unter Druck abgeben, benötigen einen Axialschubausgleich, um das Ungleichgewicht der in axialer Richtung auf den Läufer einwirkenden Kräfte auszugleichen. Dies kann über hydraulische Hilfen bewirkt werden oder die Axialkräfte müssen durch die Lagerung des Läufers aufgenommen werden. In der Regel tritt in der täglichen Praxis ein Mischfall ein, bei dem zwar der Axialschub hydraulisch weitgehend beseitig ist, so dass nur ein gegebenenfalls variierender Restschub von der Lagerung aufgenommen werden muss. Rein theoretisch bringt eine Permanentmagnetkupplung in zylindrischer Bauweise den Vorteil mit sich, dass die Kupplung gegen eine Verschiebung beider Kupplungsteile in Axialrichtung eine selbsttätige Gegenkraft entwickelt aufgrund des sich ändernden Uberdeckungsgrades der jeweils den Kupplungshälften zugeordneten Magnete. Es hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, dass selbst bei Kupplungen, die ein sehr hohes Drehmoment zu übertragen vermögen, die axialen Rückstellkräfte nicht ausreichen, um alle in der Praxis auftretenden Schwankungen des Rest Axialschubes aufzunehmen. Nach 4 vor 25nd a00halb axial lager in derartigen Anordnungen erforderlich. Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Übertragung von Kräften der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die bei gleichem Aufwand und unter Beibehaltung der übertragbaren Momente auch eine beachtliche Rückstellkraft in Axialrichtung aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Grenze zwischen zwei benachbarten Magnetplättchen eines Zylinders bzw. benachbarten Magnetzonen bei einem einzigen Ring wendelförmig verläuft. Bei den bisher bekannten Vorrichtungen bzw. Permanentmagnetkupplungen verlaufen die jeweiligen Grenzen zwischen zwei benachbarten Magneten bzw. Magnetzonen ein und desselben Zylinders parallel zu einer axialen Zylinder-Mantellinie. Bei einer axialen Verschiebung des einen Zylinders gegenüber dem anderen kommt es dabei zu einer Rückstellkraft in die ursprüngliche Lage, die bei geringen Abweichungen auch nur einen geringen Betrag erreicht. Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Aufgrund der wendelförmig verlaufenden Magnete bzw. Magnetzonen tritt im Falle einer axialen Abweichung von der Sollage eine Verschiebung der zueinander korrespondierenden Magnete bzw. Magnetzonen ein, die sich nicht nur an den Stirnseiten, sondern auch sehr stark an den Grenzseiten auswirkt, so dass die Rückstellkräfte entsprechend gross sind. Der Winkel zwischen den jeweiligen Grenzen und einer axialen Zylinder-Mantellinie kann bis zu 450 betragen, für normale Anwendungsfälle genügen jedoch ca. 150, um bereits eine beachtliche Rückstellkraft in Axialrichtung aufzubringen bei einer entsprechend geringen Auslenkung. Die erfindungsgemässe Anordnung der Magnete bzw. Magnetzonen ist nicht auf einen einzigen Magnetkranz oder Magnetring eines Zylinders beschränkt, sondern es können mehrere Ringe oder Kränze von Magneten nebeneinander auf ein und demselben Zylinder angeordnet sein, um das Drehmoment und aufgrund des erfindungsgemässen Vorschlages auch die Axial-Rückstellkräfte zu vergrössern. Dabei können die Grenzen innerhalb eines Kranzes oder eines Ringes gleichsinnig oder gegensinnig in bezug auf die benachbarten Kränze oder Ringe desselben Zylinders verlaufen. In jedem Fall kommt es bei einer axialen Relativbewegung zwischen beiden Kupplungshälften zu der genannten Verschiebung der korrespondierenden Magnete, bzw. Magnetzonen zueinander auch entlang der Grenzkante, so dass. mit-jedem zusätzlichen Kranz bzw.' Ring auch die axialen Rückstellkräfte an steigen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; darin bedeuten: Fig. 1 eine isometrische Ansicht zweier Kupplungshälften in auseinanderge zogener Darstellung mit einer er findungsgemässen Magnetbesetzung, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Abwicklung der Magnetanordnung gemäss der Er findung in einem ersten Ausführungs beispiel, Fig. 3 eine Ansicht gemäss Fig. 2 eines weiteren Anordnungsbeispiels, Fig. 4 eine Ansicht gemäss Fig. 2 eines dritten Anordnungsbeispiels für die Magnete, Fig. 5 eine Ansicht gemäss Fig. 2 eines vierten Anordnungsbeispiels und Fig. 6 eine scnematische Darstellung eines einzigen Permanentmagneten zur Veranschaulichung der Rück stellwirkung. In der Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung auseinandergezogen dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einem Aussenzylinder 1 und einem Innenzylinder 2, die in üblicher Weise gelagert sind (nicht dargestellt) und in ihrer Betriebslage ineinander liegend angeordnet sind. Bei einem typischen Anwendungsbeispiel innerhalb einer Pumpe wird der Aussenzylinder 1 ange trieben und der Innenzylinder 2 aufgrund von Magnetplättchen 5 mitgenommen, die an den einander zugewandten Seiten der Zylinder 1 und 2 angebracht sind. Der Innenzylinder 2 befindet sich dabei oftmals innerhalb eines Spalttopfes (nicht dargestellt) was jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung ohne Bedeutung ist. In der Fig. 1 bestehen die Magnete aus jeweils zwölf sphärisch gekrümmten Magnetplättchen 5,die entlang einer Grenze 3 aneinander anliegen. Die Grenzen 3 verlaufen wendelförmig unter einem Winkel oc zu den axialen Zylinder Mantellinien innerhalb eines Mantels 4 bzw. entlang einer Hülse 6 an dem Aussenzylinder 1 bzw. an dem Innenzylinder 2. In den Fig. 2 - 5 sind Ausschnitte von Abwicklungen der Magnetbesetzung des Aussenzylinders 1 bzw. des Innenzylinders 2 dargestellt, wobei der in jeder Figur dargestellte Pfeil die Drehrichtung angibt. Die Anordnung gemäss der Fig. 2 entspricht der der Fig. 1. Es ist also jeweils ein einziger Kranz von Magneten 5 vorhanden, der aus einzelnen Plättchen besteht. In der Fig. 3 sind zwei Kränze vorhanden, wobei die Grenzen gegensinnig zueinander verlaufen, also in dem einen Magnetkranz nach Art eines Rechts gewindes und in dem anderen Magnetkranz nach Art eines Linksgewindes. Die Anordnung gemäss der Fig. 4 unterscheidet sich von der gemäss der Fig. 3 dadurch, dass beide Magnetkränze auseinandergerückt sind. Schliesslich ist in der Fig. 5 eine Anordnung dargestellt, die einer Verdopplung der Anordnung gemäss der Fig. 2 entspricht, was nur infrage kommt, wenn die Zylinder 1 und 2 entsprechend lang ausgebildet sind. Statt eines Magnetkranzes kann auch jeweils ein einziger Ring vorhanden sein, der dann jeweils so magnetisiert ist, dass im Ergebnis eine Magnetisierung gemäss der Gesamtheit der Einzelmagnete eines Magnetkranzes entspricht. In jedem Fall ist die Magnetisierung so gewählt, dass die Magnetlänge radial verläuft und dass zu beiden Seiten einer Grenze unterschiedliche Pole vorhanden sind, also innerhalb eines Kranzes bzw. Ringes eine abwechselnde Polung vorherrscht. Entsprechendes gilt für den anderen Zylinder, wobei in der Betriebslage sich gegenteilige Pole der sich entsprechenden Magnete gegenüberliegen. Anhand der Fig. 6 wird die Wirkung der erfindungsgemässen Magnetanordnung besonders deutlich. In ausgezogenen Linien ist ein einziges Magnetplättchen 5 dargestellt, das dem Aussenzylinder 1 zugeordnet sein soll. In gestrichelten Linien ist ein weiteres Magnetplättchen 5' leicht axial verschoben gezeigt, das dem Innenzylinder 2 zugeordnet sein soll. Es ist zu erkennen, dass nicht nur eine fehlende Uberdeckung beider Magnetplättchen 5 und 5' an den schmalen Stirnseiten, sondern auch entlang der Grenze 3 vorhanden ist, so dass entlang dieser relativ langen Kante ebenfalls eine Rückstellkraft zu einer kongruenten Deckungslage entsteht, die wegen der Länge der Kante besonders kräftig ist. Die übertragbaren Drehmomentkräfte werden dadurch so gut wie nicht beeinträchtigt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist nicht nur geeignet zum Ausgleich von Axialkräften bei Pumpenläufern, sondern sie kann auch beispielsweise zur Kompensation des Eigengewichtes eines Läufers eingesetzt werden, wenn die gesamte Vorrichtung mit ihrer Mittelachse vertikal angeordnet ist. Dabei ist unter Läufer allgemein ein Bauteil zu verstehen, das von der erfindungsgemässen Vorrichtung angetrieben wird und nicht nur der Läufer einer Pumpe.

Claims: Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Übertragung von Kräften mit zwei ineinanderliegenden Zylindern, deren einander zuge kehrte Seiten mit Permanentmagneten besetzt sind und von denen der eine Zylinder angetrieben wird, und gegebenenfalls mit einem sogenannten Spaltrohr oder Spalttopf in dem zylindrischen Zwischenraum zwischen den Permanentmagneten, wobei die jeweils einem Zylinder zugeordneten Magnete entweder als nebenein anderliegende Plättchen oder als einteiliger Ring ausgebildet sind, dessen Magnetisierung im Ergebnis der der Gesamtzahl der Plättchen entspricht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Grenze (3) zwischen zwei benachbarten Magnetplättchen (5) eines Zylinders (1,2) bzw. benachbarten Magnetzonen bei einem einzigen Ring wendelförmig verläuft. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Winkel oc zwischen dcr J weiligen Grenze (3) und einer axialen Zylinder-Mantel linie in einem Bereich von einigen Grad bis 450 liegt, insbesondere 15 beträgt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Zylinder (1,2) mehrere Magnetkränze bzw. Ringe aufweist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die jeweiligen Grenzen (3) inner halb eines Kranzes oder eines Ringes gleichsinnig oder gegensinnig in bezug auf die benachbarten Kränze oder Ringe desselben Zylinders (1,2) verlaufen.

Inventors: KLAUS, FRANZ
Applicants: FRANZ KLAUS  UNION ARMATUREN PUMPEN GMBH & CO.
Application year: 1983
Main classification: H02K49
IPC codes: H02K49