DE19932695C2

DE19932695C2 - Cell wheel lock with magnetic bearing

Info

Publication number: DE19932695C2
Application number: DE1999132695
Authority: DE
Inventors: Helmut L Stoehr
Original assignee: MOTAN FULLER VERFAHRENSTECHNIK
Current assignee: Stoehr Helmut 79736 Rickenbach De
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: DE19932695A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse mit Magnetlagern, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Einlauf- und einer Auslauföffnung, Seitendeckeln, einem Zellrad mit Welle, welche mittels Magnetlagern im Gehäuse gelagert ist und einer optionalen zusätzlichen Lagerung der Welle mit axialen Magnetlagern. Zusätzlich sind noch optionale radiale und/oder axiale Wälzlager zur Lagerung der Welle vorgesehen. Hierdurch wird die Lebensdauer der Zellenradschleuse erheblich verlängert, da die Magnetlager schmutzunempfindlich sind, kaum Energieverluste aufweisen und eine unerwünschte Durchbiegung der Welle dadurch vermindern, daß sie nahe am Zellenrad selbst angeordnet sind und bei Einsatz eines elektromagnetischen Magnetlagers mit Regelung die Welle immer optimal zum Gehäuse zentriert werden kann. Es ist auch vorgesehen, daß die Welle der Zellenradschleuse mittels einer Magnetkupplung angetrieben wird.The invention relates to a rotary valve with magnetic bearings, consisting of a housing with an inlet and an outlet opening, side covers, a rotary valve with shaft, which is mounted in the housing by means of magnetic bearings and an optional additional bearing of the shaft with axial magnetic bearings. In addition, optional radial and / or axial roller bearings are also provided for mounting the shaft. This significantly extends the service life of the rotary valve, since the magnetic bearings are insensitive to dirt, have hardly any energy losses and reduce unwanted deflection of the shaft by arranging them close to the rotary valve itself and when using an electromagnetic magnetic bearing with control, the shaft is always optimally centered on the housing can be. It is also provided that the shaft of the cellular wheel sluice is driven by means of a magnetic coupling.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse mit Magnetlager nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1.The invention relates to a rotary valve with magnetic bearing according to the preamble of main claim 1 .

Derartige Zellenradschleusen werden verwendet, wenn bestimmte Mengen an schüttfähigem Gut, beispielsweise Kunststoffgranulat oder aber pulverförmige Stoffe, aus einem Behältnis heraus, oder in dieses hinein, abgefüllt werden sollen. Hierbei soll der Schüttgutdurchsatz möglichst konstant und definierbar gehalten werden. Als Fördermedium wird zumeist Druckluft eingesetzt, wobei zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Zellenradschleuse zumeist eine Druckdifferenz ansteht, die das zu fördernde Schüttgut in jeder Einbaulage der Zellenradschleuse in Förderrichtung befördern soll.Such rotary valves are used when certain amounts of pourable goods, for example plastic granules or powdery substances, should be filled from a container, or into this. in this connection The bulk material throughput should be kept as constant and definable as possible. As Pumped medium is mostly compressed air, with between the input side and there is usually a pressure difference on the outlet side of the rotary valve, the bulk material to be conveyed in any installation position of the rotary valve in Conveying direction.

Herkömmliche Zellenradschleusen bestehen aus einem Gehäuse mit einer Einlauf- und einer Auslauföffnung und Seitendeckeln, einem Zellrad mit Zellenstegen auf einer Welle mit Lagern. Die Lager der Zellenradwelle werden hierbei in den meisten Fällen durch Wälzlager wie z. B. Rillenkugellager gebildet. Die Welle wird entweder durch einen Elektro- oder Hydraulikmotor betätigt, oder durch das Fördermedium selbst (z. B. Luft) angetrieben und fördert damit eine definierte Menge an Schüttgut aus oder in das Behältnis.Conventional rotary valves consist of a housing with an inlet and an outlet opening and side covers, a cellular wheel with cell webs a shaft with bearings. The bearings of the cellular wheel shaft are used in most Cases by rolling bearings such. B. deep groove ball bearing formed. The wave will either operated by an electric or hydraulic motor, or by the pumped medium itself (e.g. air) and thus conveys a defined amount of bulk material out of or into the container.

Beim Betrieb von Zellenradschleusen im Dichtstrombetrieb bereitet das Abdichten und die exakte Lagerung von Zellrädern und Zellenradwellen Probleme, insbesondere in Systemen, die mit Differenzdruck arbeiten. Durch die Druckdifferenz wird eine Durchbiegung der Welle erzeugt, die sich auf die Dichtigkeit und auf die Lebensdauer der Dichteinheiten negativ auswirkt.Sealing prepares for the operation of cellular wheel sluices in dense phase operation and the exact storage of cellular wheels and cellular shaft problems, especially in systems that work with differential pressure. By the pressure difference deflection of the shaft is generated, which affects the tightness and the Life of the sealing units has a negative impact.

Der Abstand zwischen dem wenig verformbaren Zellenradkörper und den Lagern der Welle ist abhängig von der gewählten Wellenabdichtung, Simmerring-, Gleitring- oder Stopfbuchsabdichtung und bestimmt die Durchbiegung der Zellenradwellenstummel, wenn ein Differenzdruck am Ein- oder Ausgang der Zellenradschleuse angelegt wird.The distance between the little deformable cellular wheel body and the bearings of the Shaft depends on the selected shaft seal, oil seal, slide ring or gland seal and determines the deflection of the Cellular shaft stub when there is a differential pressure at the inlet or outlet of the Cell wheel lock is created.

Zum Drehen des Zellenrades im Gehäuse ist ein Spalt notwendig, welcher von der Durchbiegung der Welle, den Fertigungstoleranzen der Bauteile, der herrschenden Temperatur und dem notwendigen Sicherheitsabstand bei allen Belastungsfällen abhängt.To turn the cellular wheel in the housing, a gap is required, which is different from the Deflection of the shaft, the manufacturing tolerances of the components, the prevailing Temperature and the necessary safety distance for all load cases depends.

Durch die geringe, üblicherweise benötigten Größe des Spaltes zwischen den Zellenradstegen und dem Gehäuse von 0,10 mm bis 0,25 mm entstehen erhöhte Kosten bei der Fertigung von Zellenradschleusen für Dichtstromförderung, insbesondere dann, wenn die Zellenradschleusen mit einem Druck des Fördermediums bis zu 6 bar arbeiten, welche Drücke bisher fast ausschließlich bei speziellen Druckgefässen eingesetzt zur Anwendung kommen.Due to the small, usually required size of the gap between the Cell wheel webs and the housing from 0.10 mm to 0.25 mm are raised Costs in the manufacture of cellular wheel sluices for dense phase conveying, especially when the rotary valve with a pressure of Pumping medium up to 6 bar work, which pressures so far almost exclusively special pressure vessels are used.

Einerseits soll die Lagerung der Zellenradwelle konstruktiv so einfach wie möglich sein, andererseits muß sie die Anforderung der Druckbelastungen erfüllen.On the one hand, the storage of the cellular wheel shaft should be as simple as possible in terms of construction on the other hand, it must meet the requirement of pressure loads.

Verfahrenstechnisch führt die Veränderung der Lage des Zellenrades zur Drehachse im Gehäuse zu den charakteristischen Leckluftkurven in Abhängigkeit des Differenzdruckes des Fördermediums, und es macht bei Einsatz einer seitlichen Abdichtung einen erheblichen Aufwand die Dichtung im Sinne einer wünschenswert hohen Lebensdauer von der Biegebewegung zu konstruktiv trennen.In terms of process engineering, the change in the position of the cellular wheel leads to the axis of rotation in the housing to the characteristic leakage air curves depending on the Differential pressure of the pumped medium, and it makes use of a lateral Sealing a significant effort the seal in the sense of a desirable Separate the long service life from the bending movement too constructively.

Zum Einen sollen sich die Wellenlager möglichst weit entfernt vom zu fördernden Schüttgut befinden, um ein Eindringen des Schüttgutes oder Partikel davon in die Lager zu verhindern, zum Anderen sollen die Wellenlager möglichst nahe beieinander liegen, um die Durchbiegung der Welle so gering wie möglich zu halten. Auch bei Anlegen von Differenzdrücken von bis zu 6 bar sollen die Enden der Zellenradstege in radialer Richtung das Gehäuse nicht berühren. On the one hand, the shaft bearings should be as far away as possible from the material to be funded Bulk material to prevent the bulk material or particles from penetrating into it To prevent bearings, on the other hand, the shaft bearings should be as close as possible be close together to keep the shaft deflection as low as possible. Even when differential pressures of up to 6 bar are applied, the ends of the Do not touch the cellular wheel webs in the radial direction.

Verschiedene Ausführungsformen zur möglichst lagegenauen Zentrierung des Zellenrades bzw. der Welle des Zellenrades im Gehäuse sind bereits hinlänglich bekannt geworden, jedoch betrifft dies ausschließlich Lagerungen der Zellenradwellen mittels Wälzlager. Diese Wälzlager bringen die bereits oben erwähnten Nachteile der Verschmutzungsempfindlichkeit und der damit verbundenen relativ geringen Lebensdauer, aufgrund erhöhten Verschleißes, mit sich. Zusätzlich dazu entstehen durch den erhöhten Verschleiß eine gesteigerte Geräuschentwicklung und ein gesteigerter Energieverbrauch.Different embodiments for centering the Cell wheel or the shaft of the cell wheel in the housing are already sufficient became known, but this only affects the bearings of the Cellular shaft by means of roller bearings. These bearings already bring them up Disadvantages of the sensitivity to contamination and the thus mentioned associated relatively short life, due to increased wear, with yourself. In addition, increased wear results in increased wear Noise development and increased energy consumption.

Bei der Zellenradschleuse der DE 43 01 774 A1 wird eine Verringerung der Zellenraddurchbiegung dadurch erreicht, dass die axialen Verlängerungen des Zellenrades einen Versteifungsabschnitt vergrößerten Querschnitts aufweisen. Die Vorrichtung der DE 33 19 112 A1 enthält zwar Magnetlager, die zur Lagerung der zugehörigen Welle dienen, hierbei handelt es sich jedoch um eine Turboverdichter-Baueinheit, bei der eine pneumatische Förderung (Dosierung) von Schüttgütern nicht stattfindet. Zudem wird in erster Linie die Schaffung einer Turboverdichter-Baueinheit mit hoher Drehzahl angestrebt, nicht die Verringerung einer Wellendurchbiegung.In the cellular wheel sluice of DE 43 01 774 A1 there is a reduction in Cell wheel deflection achieved in that the axial extensions of the Cell wheel have a stiffening section enlarged cross section. The device of DE 33 19 112 A1 contains magnetic bearings for storage serve the associated shaft, but this is a Turbocompressor assembly, in which a pneumatic conveying (metering) of bulk goods does not take place. In addition, the creation of a Turbocompressor assembly aimed at high speed, not the reduction a shaft deflection.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zellenradschleuse wie oben erwähnt derart weiterzubilden, daß die Durchbiegung der Zellenradwelle möglichst gering gehalten wird und die Lebensdauer der Zellenradschleuse erhöht wird.The invention is based on the object, a Generic rotary valve as mentioned above such that the deflection of the cellular wheel shaft is kept as low as possible and the Lifetime of the rotary valve is increased.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient die technische Lehre des unabhängigen Patentanspruches 1.The technical teaching of the independent is used to solve the task Claim 1.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Welle des Zellenrades durch mindestens ein magnetisches Lager im Gehäuse gelagert wird.An essential feature of the invention is that the shaft of the cellular wheel through at least one magnetic bearing is stored in the housing.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß nun die magnetischen Lager selbst im Vergleich zu herkömmlichen Wälzlagern oder Gleitlagern erheblich verschleißärmer sind, da praktisch keine mechanische Reibung zwischen bewegten und unbewegten Teilen vorliegt und eine Schmierung und Kühlung entfallen kann. Zudem sind Magnetlager unempfindlicher gegenüber Schmutz durch Wegfall der großen Spalte wie bei den Wälzlagern oder ungleichmäßig großen Spalte wie bei den Gleitlagern und den Wegfall von Schmiermitteln. With the given technical teaching there is the essential advantage that now the magnetic bearings themselves compared to conventional bearings or Plain bearings are considerably less wear-resistant since there is practically no mechanical There is friction between moving and stationary parts and one Lubrication and cooling can be omitted. There are also magnetic bearings less sensitive to dirt due to the omission of the large gaps as with the Rolling bearings or unevenly large gaps as with the plain bearings and Elimination of lubricants.

Es ist vorgesehen, ein ansich bekanntes Magnetlager zwischen Welle und Gehäuse einzubringen, wodurch ein mechanischer Verschleiß nahezu vermieden wird und wesentliche Reibungsverluste nicht vorhanden sind. Energieverluste entstehen lediglich bei den Magnetlagern mit Permanentmagneten durch Wirbelströme und bei Magnetlagern mit Elektromagneten durch Wirbelströme in den Wicklungsblechen, Leistungsverluste in den Wicklungen und der eventuell vorhandenen Regelungselektronik. It is provided a known magnetic bearing between the shaft and Insert housing, whereby mechanical wear is almost avoided and there are no significant friction losses. energy losses arise only in the magnetic bearings with permanent magnets Eddy currents and in magnetic bearings with electromagnets by eddy currents in the winding sheets, power losses in the windings and possibly existing control electronics.

Permanetmagnetische Magnetlager bestehen aus einem Rotor, einem Stator und aus einer bestimmten und gleichmäßig verteilten Anzahl von zumeist am Stator befestigten Permanetmagneten.Permanent magnetic magnetic bearings consist of a rotor, a stator and from a certain and evenly distributed number of mostly on the stator attached permanent magnets.

Elektromagnetische Magnetlager bestehen aus einem Rotor, einem Stator und aus einer bestimmten und gleichmäßig verteilten Anzahl von geschichteten weichmagnetischen Blechen mit eingelegten Wicklungen, wobei die Bleche mit Wicklungen zumeist am Stator angeordnet sind. Wenn eine Regelung der Position des Rotors vorgesehen ist, sind in der Nähe des Rotors zusätzliche Positionssensoren, meist Induktive Sensoren, vorhanden und eine außerhalb des Magnetlagers angeordnete Regelelektronik. Die Positionssensoren sind hierbei bevorzugt zwischen den einzelnen Magnet-Einheiten, welche durch einen Nord- und einen Süd-Pol gebildet werden, angeordnet.Electromagnetic magnetic bearings consist of a rotor, a stator and a certain and evenly distributed number of stratified soft magnetic sheets with inserted windings, the sheets with Windings are usually arranged on the stator. If a regulation of the position the rotor is provided, there are additional in the vicinity of the rotor Position sensors, mostly inductive sensors, available and one outside the Control electronics arranged in the magnetic bearing. The position sensors are here preferably between the individual magnet units, which are separated by a north and a south pole are arranged.

Bei Einsatz einer Regelungselektronik können bei den elektromagnetische Magnetlagern gezielt die Steifigkeit und das Dämpfungsverhalten eingestellt werden und somit immer eine sehr genaue Zentrierung des Rotors bzw. der Welle der Zellenradschleuse im Stator bzw. im Gehäuse gewährleistet werden. Durch diese Regelung können auch von der restlichen verfahrenstechnischen Anlage auf die Zellenradschleuse übertragenen Schwingungen kompensiert werden, was wiederum die Lebensdauer der Zellenradschleuse zusätzlich erhöht.When using control electronics, the electromagnetic Magnetic bearings can be specifically set the stiffness and damping behavior and therefore always a very precise centering of the rotor or the shaft of the Cell wheel lock can be guaranteed in the stator or in the housing. Through this Regulation can also be applied to the rest of the process plant Cellular lock transmitted vibrations are compensated, which in turn the lifespan of the rotary valve is further increased.

Auch ist es möglich die Welle der Zellenradschleuse während des Betriebs kontinuierlich oder aber periodisch auszuwuchten, was die Lebensdauer der Zellenradschleuse wiederum erhöht und unnötige Stillstandszeiten vermeidet, was wiederum Kosten einspart. Gerade bei den stark abrasiven Fördergütern bei Zellenradschleusen ist es notwendig den ständigen Materialverschleiß der Bauteile, wie z. B. Zellenradstege, durch Auswuchten auszugleichen, um einem daraus resultierenden, potenziert gesteigerten Verschleiß vorzubeugen.It is also possible to use the shaft of the rotary valve during operation continuously or periodically balancing what the life of the Cell wheel lock in turn increases and avoids unnecessary downtimes again saves costs. Especially with the highly abrasive materials Cellular wheel locks it is necessary the constant material wear of the components, such as B. cellular wheel webs to compensate by balancing to get one out of it to prevent resulting, potentiated increased wear.

Es können gemäß der Erfindung radiale oder axiale Magnetlager oder beides, radiale und axiale Magnetlager eingesetzt werden, zusätzlich zu den herkömmlichen radialen Wälzlagern oder anstatt der herkömmlichen Wälzlager. Auch können zusätzliche axiale Wälzlager vorgesehen sein.According to the invention, radial or axial magnetic bearings or both, radial and axial magnetic bearings are used, in addition to the conventional ones radial roller bearings or instead of the conventional roller bearings. Can too additional axial roller bearings can be provided.

Axiale Lager werden benötigt, da meist auch axiale Kräfte in einer Zellenradschleuse wirken, beispielsweise aufgrund der ungleichmäßigen Beladung der Zellenradschleuse mit Schüttgut und aufgrund von Vibrationen, um den Verschleiß der Stege des Zellenrades seitlich zu minimieren.Axial bearings are required, since axial forces are usually also in one Cell wheel lock work, for example due to the uneven loading the rotary valve with bulk material and due to vibrations to the To minimize lateral wear on the cell wheel webs.

Im Idealfall wird also eine Durchbiegung der Mittenlängsachse der Welle des Zellenrades durch die erfindungsgemäss vorgesehene Magnetlagerung, welche die Welle des Zellenrades im Gehäuse zentriert, aufgehoben.Ideally, a deflection of the central longitudinal axis of the shaft of the Cell wheel through the magnetic bearing provided according to the invention, which the Centered shaft of the cellular wheel in the housing, lifted.

Damit besteht der Vorteil, daß nun wesentlich geringere Leckluftverluste auftreten, weil die Leckluftspalte zwischen dem Gehäuse und dem Zellenrad stets auf dem gleichen Wert bleiben, ohne daß sich diese Spalte druckabhängig verändern.This has the advantage that considerably less leakage air losses now occur. because the leakage air gap between the housing and the cell wheel is always on the remain the same value without this column changing depending on pressure.

Damit ist es möglich, eine derartige Zellenradschleuse weit über die bisherigen Förderdrücke von z. B. 3 bar zu betreiben, wodurch mit der vorliegenden Erfindung es möglich ist, derartige Zellenradschleusen mit Drücken im Bereich von 6 bar und mehr zu betreiben.This makes it possible to use such a rotary valve well above the previous ones Delivery pressures of e.g. B. 3 bar to operate, which with the present invention it is possible to use such rotary valve with pressures in the range of 6 bar and to do more.

Wichtig ist also, daß die Lager möglichst nahe an den Ort der maximalen Durchbiegung der Welle des Zellenrades gesetzt werden. Dieser Ort ist hierbei vorzugsweise der oder die Seitendeckel des Zellenrades.It is therefore important that the bearings are as close as possible to the location of the maximum Deflection of the shaft of the cellular wheel can be set. This place is here preferably the one or more side covers of the cellular wheel.

Hierbei können die Magnetlager im Gegensatz zu den bisher eingesetzten, herkömmlichen Wälzlagern, aufgrund ihrer Schmutzunempfindlichkeit so nahe wie möglich an das Zellenrad angebaut werden, je nach konstruktiven Bedingungen.In contrast to the previously used, conventional bearings, due to their dirt resistance as close as possible to be attached to the cellular wheel, depending on the design conditions.

Wenn herkömmliche radiale Wälzlager und radiale Magnetlager gemeinsam eingesetzt werden, dann wird es bevorzugt, daß die Magnetlager näher an dem Zellenrad liegen als die Wälzlager.If conventional radial roller bearings and radial magnetic bearings are common are used, then it is preferred that the magnetic bearing closer to the Cellular wheels lie as the roller bearings.

Die axialen Lager, sowohl herkömmliche Wälzlager, als auch Magnetlager können konstruktiv bedingt weit entfernt von dem Zellenrad positioniert werden, da diese zur Verminderung der Durchbiegung der Welle bauartbedingt nicht beitragen können.The axial bearings, both conventional roller bearings and magnetic bearings can Due to the design, they must be positioned far away from the cellular wheel, as these Reduction in the deflection of the shaft cannot contribute to the design.

Je nach den herrschenden Druckverhältnissen können eine oder mehrere radiale und/oder axiale Magnetlager vorgesehen sein, welche die Welle gegen das Gehäuse abstützen, wobei die radalen Magnetlager dabei vorzugsweise im Seitendeckel des Zellenrades angeordnet sind. Depending on the prevailing pressure conditions, one or more radial and / or axial magnetic bearings can be provided, which the shaft against Support the housing, the radial magnetic bearings preferably in Side cover of the cellular wheel are arranged.

Mit der gegebenen technischen Lehre ist es also auch vorgesehen, daß die herkömmliche Lagerung der Welle des Zellenrades mit Fest- und Loslagern beibehalten bleibt. Diese Lager werden dann nach der Erfindung durch die erfindungsgemäss vorgesehenen, zusätzlichen, das Zellenrad zentrierenden Magnetlager, entlastet. Die Wälzlager können dadurch dementsprechend geringer dimensioniert werden und es werden hierdurch Herstellungskosten eingespart.With the given technical teaching, it is also provided that the conventional bearing of the shaft of the cellular wheel with fixed and floating bearings is retained. These bearings are then according to the invention by provided according to the invention, additional, centering the cellular wheel Magnetic bearing, relieved. The roller bearings can therefore be smaller be dimensioned and this saves manufacturing costs.

Die Erfindung soll aber dahingehend nicht eingeschränkt werden, daß lediglich zusätzlich zu den herkömmlichen Lagern, z. B. Wälzlager oder Gleitlager noch Magnetlager vorhanden sind, welche die Welle des Zellenrades im Gehäuse zentrieren. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung soll es vorgesehen sein, daß die herkömmlichen Lager völlig entfallen und statt dessen ausschließlich Magnetlager zur Zentrierung und Lagerung der Welle des Zellenrades im Gehäuse vorgesehen sind.However, the invention is not intended to be restricted in that only in addition to the conventional bearings, e.g. B. roller bearings or plain bearings Magnetic bearings are present, which hold the shaft of the cellular wheel in the housing Center. In another embodiment of the invention, it should be provided that that the conventional bearings are completely eliminated and instead only Magnetic bearing for centering and supporting the shaft of the cellular wheel in the housing are provided.

Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, neben der radialen Zentrierung der Welle des Zellenrades in dem Gehäuse noch eine zusätzliche axiale Zentrierung bzw. Justierung der Welle des Zellenrades in dem Gehäuse vorzunehmen in Form einer axial wirkenden, bevorzugt an der Zellenradwelle angeordneten Magnetlagerung.It is also within the scope of the present invention, besides the radial one Centering the shaft of the cellular wheel in the housing an additional axial Centering or adjustment of the shaft of the cellular wheel in the housing to be carried out in the form of an axially acting, preferably on the cellular wheel shaft arranged magnetic bearing.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen daß zusätzlich zur den zahlreichen Varianten der Magnetlagerungen der Antrieb der Welle der Zellenradschleuse über eine magnetische Kupplung erfolgen kann. Dies bringt Vorteile aufgrund mechanischer Reibungsfreiheit im Hinblick auf Wartungsfreiheit und geringere bauliche Maßnahmen für Kühlung und Schmierung. Auch bringt dies Vorteile im Hinblick auf eine Leckagefreiheit, insbesondere, wenn hohe Drucke innerhalb der Zellenradschleuse herrschen.In a further embodiment of the invention it is provided that in addition to the numerous variants of the magnetic bearings drive the shaft of the Cell rotary valve can be done via a magnetic coupling. This brings Advantages due to the absence of mechanical friction with regard to freedom from maintenance and less structural measures for cooling and lubrication. This also brings Advantages with regard to freedom from leakage, especially when high pressures are involved prevail inside the rotary valve.

Die magnetische Kupplung wird aufgrund der geringen Baubreite vorzugsweise in radialer Richtung ausgeführt, sie kann aber auch axial vorgesehen sein.The magnetic coupling is preferably due to the small width radial direction, but it can also be provided axially.

Natürlich können bei dieser magnetischen Kupplung wiederum Sensoren für die Bestimmung der Winkelposition, sowie für die Drehzahlbestimmung vorgesehen sein.Of course, with this magnetic coupling, sensors for the Determination of the angular position, as well as intended for the speed determination his.

Statt der vorgesehenen Luftspaltlager für die radialen und/oder axialen Magnetlager, bei welchen zwischen Stator und Rotor sich lediglich Luft befindet, kann es in einer andern Ausführungsform vorgesehen sein, sogenannte Magnetflüssigkeitslager einzusetzen, bei denen magnetische Flüssigkeiten gedichtet zwischen Stator und Rotor eingebracht sind. Hierbei sind unter magnetischen Flüssigkeiten kolloidale Suspensionen von sehr feinen, unregelmäßig geformten magnetischen Teilchen in einer Trägerflüssigkeit mit entsprechender Viskosität zu verstehen.Instead of the intended air gap bearings for the radial and / or axial magnetic bearings, where there is only air between the stator and rotor, it can be in one another embodiment may be provided, so-called magnetic fluid bearings to use, where magnetic liquids are sealed between the stator and Rotor are introduced. Here, magnetic liquids are colloidal Suspensions of very fine, irregularly shaped magnetic particles to be understood in a carrier liquid with a corresponding viscosity.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention is based on several ways of execution illustrative drawings explained in more detail. Here go from the drawings and its description further features and advantages of the invention Invention.

Es zeigenShow it

Fig. 1 schematisiert eine Zellenradschleuse nach der Erfindung mit Blickrichtung in Richtung Wellenachse, wobei der Seitendeckel abgenommen ist, mit Detailschnitt mit Blick auf das Zellenrad. Fig. 1 schematically shows a rotary valve according to the invention looking in the direction of the shaft axis, with the side cover removed, with a detail section with a view of the cellular wheel.

Fig. 2 eine Seitenansicht der Zellenradschleuse nach Fig. 1 mit radialen Magnetlagern und radialen Wälzlagern; FIG. 2 shows a side view of the cellular wheel sluice according to FIG. 1 with radial magnetic bearings and radial roller bearings;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Zellenradschleuse nach Fig. 1 mit zwei radialen und einem zusätzlichem axialen Magnetlager; Fig. 3 is a side view of radial rotary valve of Figure 1 with two and an additional axial magnetic bearings.

Fig. 4 eine Seitenansicht der Zellenradschleuse nach Fig. 1 mit axialem Magnetlager und zusätzlicher radialer Magnetkupplung für den Antrieb der Welle. Fig. 4 is a side view of the rotary valve according to Fig. 1 with an axial magnetic bearing and additional radial magnetic coupling for driving the shaft.

Gemäss Fig. 1 und 2 besteht die Zellenradschleuse aus einem Gehäuse 1, an dessen oberem Teil ein Einlauf 2 und an dessen unterem Teil ein Auslauf 3 angeordnet sind. Im Innenraum des Gehäuses 1 ist das Zellenrad 6 drehbar gelagert und weist in ansich bekannter Weise einzelne Abteile auf, die durch zugeordnete Stege 6a voneinander abgetrennt sind.According to Fig. 1 and 2, the rotary valve comprises a housing 1, an outlet 3 are arranged at the upper part an inlet 2 and at its lower part. In the interior of the housing 1, the bucket wheel 6 is rotatably mounted and comprises in a known way, individual compartments, which are separated by respective webs 6 a from each other.

Die Welle 7, die drehfest mit dem Zellenrad 6 verbunden ist, greift durch die jeweiligen Seitendeckel 4, 5 des Gehäuses 1 hindurch und endet in einem ersten Wellenstumpf 8, der seinerseits in einen Wellenstummel 9 fortgesetzt ist.The shaft 7 , which is non-rotatably connected to the cellular wheel 6 , reaches through the respective side covers 4 , 5 of the housing 1 and ends in a first stub shaft 8 , which in turn is continued in a stub shaft 9 .

Die herkömmliche radiale und axiale Lagerung der Welle 7 erfolgt hierbei im Bereich des Wellenstummels 9, wo im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lager 10 vorhanden sind, wobei das eine als Festlager und das andere als Loslager ausgebildet sein kann, die Lager 10 mit einer nicht näher dargestellten Vorspannschraube vorgespannt sind und mittels je eines Flansches 10a an den Lagerdeckeln 4, 5 befestigt sind. Hierbei liegen die Lager 10 über eine herkömmliche Presspassung mit ihren Lageraußenumfängen am Innenumfang des Flansches 10a fest.The conventional radial and axial mounting of the shaft 7 takes place in the region of the shaft stub 9 , where two bearings 10 are present in the exemplary embodiment shown, one bearing being able to be designed as a fixed bearing and the other as a floating bearing, the bearing 10 with a preload screw (not shown in more detail) are biased and attached to the bearing caps 4 , 5 by means of a flange 10 a. Here, the bearings 10 are fixed by a conventional interference fit with their outer circumferences on the inner circumference of the flange 10 a.

In Fig. 1 ist noch zusätzlich ein Teilschnitt dargestellt, wo zwei der Zellenradstege 6a des Zellenrades 6 zu sehen sind, welches an der Welle 7 befestigt ist und wobei die freien Enden der Zellenradstege 6a an der Innenseite des Gehäuses 1 anliegen. Dies ist jedoch lediglich eine vereinfachte Darstellung, da ja in Wirklichkeit zwischen den Zellenradstegen 6a und der Innenseite des Gehäuses 1 ein feiner Spalt von 0,1 mm bis 0,25 mm liegt.In Fig. 1, a partial section is additionally shown, where two of the cellular wheel webs 6 a of the cellular wheel 6 can be seen, which is fixed to the shaft 7 and the free ends of the cellular wheel webs 6 a rest on the inside of the housing 1 . However, this is only a simplified illustration, since in reality there is a fine gap of 0.1 mm to 0.25 mm between the cellular wheel webs 6 a and the inside of the housing 1 .

In Fig. 2 ist in übertriebener Linienführung dargestellt, daß bei einer Druckeinwirkung in Strömungsrichtung 17 sich die Welle 7 entlang der Durchbiegungskurve 15 in die mit dem geringeren Druck beaufschlagte Seite hin durchbiegt, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß sich an der gegenüberliegenden Seite, das ist die Seite die mit dem höheren Druck beaufschlagt ist, der Spalt zwischen dem Zellenrad 6 und dem Gehäuse 1 vergrößert, während sich der Spalt an der mit dem geringeren Druck beaufschlagten Seite zwischen dem Gehäuse 1 und dem Zellenrad 2 entsprechend verringert.In Fig. 2 is shown in an exaggerated lines that the shaft 7 bends at a pressure effect in the flow direction 17 along the deflection curve 15 in the applied with the lower pressure side, which is associated with the disadvantage that on the opposite side, this is the side to which the higher pressure is applied, the gap between the cell wheel 6 and the housing 1 increases, while the gap on the side with the lower pressure between the housing 1 and the cell wheel 2 decreases accordingly.

Der Spalt muß deshalb von vornherein so groß gewählt werden, daß auch bei Druckbeaufschlagung im Betrieb eine unerwünschte Materialberührung zwischen dem Zellenrad und dem Gehäuse vermieden wird.The gap must therefore be chosen from the outset so large that also at Pressurizing an undesirable material contact between the cellular wheel and the housing is avoided.

Hier setzt die Erfindung ein, die erfindungsgemäss nun eine zusätzliche magnetische Zentrierung der Welle 7 in Form der Magnetlager 16 mit zahlreich radial angeordneten Polschuhen 16a und 16b der Elektromagneten und Positionssensoren 16c vorsieht, so daß es nicht zu der hier gezeigten Durchbiegungskurve 15 kommt, die von der Mittenlängsachse 14 nach oben hin Richtung Einlauf 2 beabstandet ist. Die Positionssensoren 16c sind jeweils zwischen einem Nord-Südpolpaar 16a, b des Elektromagneten der Magnetlager 16 angeordnet, wobei die in Fig. 1 abgebildeten vier Nord-Südpolpaare 16a, b und vier Positionssensoren 16c natürlich lediglich beispielhaft für die Erfindung sind.This is where the invention comes in, which according to the invention now provides an additional magnetic centering of the shaft 7 in the form of the magnetic bearing 16 with numerous radially arranged pole shoes 16 a and 16 b of the electromagnets and position sensors 16 c, so that the deflection curve 15 shown here does not occur which is spaced upwards from the central longitudinal axis 14 in the direction of the inlet 2 . The position sensors 16 c are each arranged between a north-south pole pair 16 a, b of the electromagnet of the magnetic bearings 16 , the four north-south pole pairs 16 a, b and four position sensors 16 c shown in FIG. 1, of course, only being examples of the invention.

Es ist vorgesehen, daß jeweils an der Seite des Zellenrades 6 je ein Seitendeckel 4, 5, z. B. über Schrauben 11, befestigt ist, an deren Innenumfang mindestens ein Magnetlager-System sich befindet, welche die Welle 7 im Gehäuse 1 zentrieren.It is envisaged that in each case at the side of the cellular wheel 6 are each a side cover 4, 5, z. B. is attached via screws 11 , on the inner circumference of which there is at least one magnetic bearing system which center the shaft 7 in the housing 1 .

Hierdurch läßt sich die Welle 7 optimal im Gehäuse 1 zentrieren, wobei die Haupttraglast auf den herkömmlichen Wälzlagern 10 liegt. Dadurch werden auch evtl. Herstellungsungenauigkeiten ausgeglichen. Es muß also keine hochgenaue Lagerung der Welle 7 bzw. des Zellenrades 6 in den Seitendeckeln 4, 5 bzw. im Gehäuse 1 erfolgen, weil diese ohnehin durch die nicht näher dargestellte Lageregelung kompensiert werden kann.This allows the shaft 7 to be optimally centered in the housing 1 , the main load being on the conventional roller bearings 10 . This also compensates for any manufacturing inaccuracies. There is therefore no need for high-precision mounting of the shaft 7 or the cellular wheel 6 in the side covers 4 , 5 or in the housing 1 , because this can be compensated for anyway by the position control, not shown in any more detail.

Die Zellenradschleuse ist in Fig. 1 und 2 symmetrisch zu der Mittenquerachse 13 und zur Mittenlängsachse 14 angeordnet.The rotary valve is disposed in Fig. 1 and 2 symmetrically to the center transverse axis 13 and the center longitudinal axis 14.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann es jedoch vorgesehen sein, daß die Welle 7 exzentrisch so in Strömungsrichtung 17 oder in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung 17 radial auswärts voreingestellt wird, daß durch diese Vorspannung sogar die Welle 7 nach oben bzw. unten durchgebogen wird, um von vornherein einen möglichst engen Leckluftspalt zwischen Gehäuse 1 und Zellenrad 6 zu erreichen und der später eintretenden Durchbiegung von vornherein schon entgegenzutreten.In a further development of the invention, however, it can be provided that the shaft 7 is eccentrically preset radially outward in the flow direction 17 or in the opposite direction to the flow direction 17 , that even this shaft 7 is bent upwards or downwards by this prestressing, from the outset to achieve the smallest possible leakage air gap between the housing 1 and the cellular wheel 6 and to counteract the subsequent deflection from the outset.

Es handelt sich also um eine Voreinstellung der Durchbiegung der Welle 7, wobei diese Durchbiegung entgegen der später zu erwartenden, unter Förderlast eintretenden Durchbiegung entgegengesetzt ist.It is therefore a presetting of the deflection of the shaft 7 , this deflection being opposite to the deflection to be expected later, which occurs under a conveying load.

In Fig. 3 ist prinzipiell die gleiche Ansicht der erfindungsgemäßen Zellenradschleuse nach Fig. 2 gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen den gleichen Bauteilen entsprechen. Im Unterschied zu Fig. 2 sind jedoch keine herkömmlichen Wälzlager 10 mit Flanschen 10a vorgesehen sondern die radiale Lagerung wird hier lediglich von den zwei radialen Magnetlagern 16 bewerkstelligt. Zusätzlich zu der radialen Magnetlagerung ist auf einer Seite der Welle 7 ein axiales Magnetlager 12 vorgesehen.In FIG. 3, the same view of the cellular wheel sluice according to FIG. 2 is shown in principle, the same reference numerals corresponding to the same components. In contrast to FIG. 2, however, no conventional roller bearings 10 with flanges 10 a are provided, but the radial mounting is accomplished here only by the two radial magnetic bearings 16 . In addition to the radial magnetic bearing, an axial magnetic bearing 12 is provided on one side of the shaft 7 .

Das axiale Magnetlager 12 beinhaltet eine Scheibe 12c, welche auf dem Wellenstummel 9 radial angeordnet ist, auf dessen linker, der Mittenquerachse 13 zugewandten Seite eine bestimmte Anzahl von Elektromagneten 12b und auf dessen rechter, der Mittenquerachse 13 abgewandten Seite eine bestimmte Anzahl von Elektromagneten 12a radial um die Welle 7 verlaufend angeordnet sind.The axial magnetic bearing 12 includes a disc 12 c, which is arranged radially on the stub shaft 9 , on the left side facing the central transverse axis 13 a certain number of electromagnets 12 b and on its right side facing away from the central transverse axis 13 a certain number of electromagnets 12 a are arranged radially around the shaft 7 .

An der Stirnseite der Welle 7 ist ein Positionssensor 12d positioniert, welcher die axiale Lager der Welle 7 z. B. induktiv mißt und einer nicht näher dargestellten Regelelektronik zuführt, welche wiederum auf die Elektromagnete über eine Leistungselektronik wirkt, je nach gewünschtem Sollwert der Lage der Welle 7. Die Scheibe 12c wird also je nach Ansteuerung der Elektromagneten 12a und 12b durch die Regeleinheit axial zur Mittenlängsachse 14 bewegt und mit ihr die Welle 7. Die übrigen Bauteile entsprechen denen der Fig. 2.At the end of the shaft 7 , a position sensor 12 d is positioned, which the axial bearing of the shaft 7 z. B. inductively measures and supplies a control electronics, not shown, which in turn acts on the electromagnets via power electronics, depending on the desired setpoint of the position of the shaft 7th Depending on the actuation of the electromagnets 12 a and 12 b, the disk 12 c is moved axially by the control unit to the central longitudinal axis 14 and with it the shaft 7 . The other components correspond to those in FIG. 2.

In Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Zellenradschleuse nach Fig. 1 mit axialem Magnetlager 12 und zusätzlicher radialer Magnetkupplung 18 für den Antrieb der Welle 7 dargestellt, wobei gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Magnetwelle 21 der Magnetkupplung 18 wird hierbei durch einen nicht näher dargestellten Motor angetrieben und überträgt sein Drehmoment über den radialen, ringförmigen Spalt 23, der zwischen den Elektromagneten 22 der Magnetkupplung 18 und dem Wellenstummel 9 der Welle 7 gebildet wird. Zur Aufnahme der Elektromagnete 22 ist die Magnetwelle 21 der Magnetkupplung 18 im Bereich der Zellenradschleuse topfförmig ausgebildet. FIG. 4 shows a side view of the cellular wheel sluice according to FIG. 1 with an axial magnetic bearing 12 and an additional radial magnetic coupling 18 for driving the shaft 7 , the same components being identified by the same reference numerals. The magnetic shaft 21 of the magnetic coupling 18 is driven by a motor, not shown in detail, and transmits its torque via the radial, annular gap 23 which is formed between the electromagnets 22 of the magnetic coupling 18 and the shaft end 9 of the shaft 7 . To accommodate the electromagnets 22 , the magnetic shaft 21 of the magnetic coupling 18 is pot-shaped in the area of the cellular wheel sluice.

Der Wellenstummel 9 der Welle 7 wird also nicht durch die Seitendeckel 19 und 20 nach außen hin geführt, sondern vollkommen nach außen hin abgedichtet, wobei auch der linke Seitendeckel 19 eine zentrale, axiale und topfförmige Ausstülpung aufweist, welche in das freie, topfförmige Ende der Magnetwelle 21 eingreift, ohne jedoch diese zu berühren. Die Übertragung des Drehmomentes geschieht also von den Magneten 22 der Magnetwelle 21 über den linken Seitendeckel 19 zum Wellenstummel 9 der Welle 7 in radialer Richtung. The stub shaft 9 of the shaft 7 is therefore not guided through the side covers 19 and 20 to the outside, but is completely sealed off from the outside, the left side cover 19 also having a central, axial and cup-shaped protuberance, which extends into the free, cup-shaped end of the Magnet shaft 21 engages, but without touching it. The torque is thus transmitted from the magnets 22 of the magnetic shaft 21 via the left side cover 19 to the shaft end 9 of the shaft 7 in the radial direction.

Die Magnetkupplung 18 wird also durch die Magnetwelle 21 mit den Elektromagneten 22, dem Seitendeckel 19 und dem Wellenstummel 9 der Welle 7 gebildet.The magnetic coupling 18 is thus formed by the magnetic shaft 21 with the electromagnet 22 , the side cover 19 and the stub shaft 9 of the shaft 7 .

Die axiale Magnetlagerung 12 wird hier durch die Elektromagnete 12a gebildet, welche auf die Stirnseite des rechten Wellenstumpfes 8 wirken und die Welle 7 dadurch axial in Position halten. Dazu wird ein Positionssensor 12d eingesetzt, der mit einer nicht dargestellten Auswerteelektronik verbunden ist.The axial magnetic bearing 12 is formed here by the electromagnet 12 a, which act on the end face of the right stub shaft 8 and thereby hold the shaft 7 axially in position. For this purpose, a position sensor 12 d is used, which is connected to evaluation electronics, not shown.

Selbstverständlich kann die Magnetkupplung 18 auch mit allen oben angeführten Kombinationen zwischen herkömmlichen Lagern und Magnetlagern der Welle 7 eingesetzt werden. Of course, the magnetic coupling 18 can also be used with all of the above-mentioned combinations between conventional bearings and magnetic bearings of the shaft 7 .

Drawing Legend

11

Gehäuse
casing

22

Einlauf
enema

33

Auslauf
outlet

44

Seitendeckel rechts
Right side cover

55

Seitendeckel links
Left side cover

66

Zellenrad
feeder

66

a Zellenradsteg
a cellular wheel bridge

77

Welle
wave

88th

Wellenstumpf
stub shaft

99

Wellenstummel
stub shaft

1010

Wälzlager
roller bearing

1010

a Flansch
a flange

1111

Schraube
screw

1212

axiales Magnetlager
12a, b Elektromagnete von axial magnetic bearing
12a, b electromagnets from

1212

c Scheibe
c disc

1212

d Positionssensor von d position sensor from

1212

1313

Mittenquerachse
Middle transverse axis

1414

Mittenlängsachse
central longitudinal axis

1515

Durchbiegungskurve
Deflection curve

1616

radiales Magnetlager
radial magnetic bearing

1616

a Nord-Polschuh von a north pole shoe from

1616

b Süd-Polschuh von b South pole shoe from

1616

c Positionssensor von c position sensor from

1616

1717

Strömungsrichtung
flow direction

1818

Magnetkupplung
magnetic coupling

1919

Seitendeckel links
Left side cover

2020

Seitendeckel rechts
Right side cover

2121

Magnetwelle
magnetic wave

2222

Elektromagnete von Electromagnets from

1818

2323

Spalt
gap

Claims

1. rotary valve, consisting of a housing ( 1 ) with an inlet ( 2 ) and an outlet opening ( 3 ), side covers ( 4 , 5 ), a cellular wheel ( 6 ) with webs ( 6 a), which on a shaft ( 7 ) is constructed with bearings, characterized in that at least one radial magnetic bearing ( 16 ) for supporting the shaft ( 7 ) is provided in the immediate vicinity of the cellular wheel ( 6 ).

2. rotary valve according to claim 1, characterized in that magnetic bearing ( 16 ) is arranged at least partially in the side covers ( 4 , 5 ).

3. rotary valve according to claim 2, characterized in that at least two magnetic bearings ( 16 ) are provided, which are arranged between the side covers ( 4 , 5 ) and the housing ( 1 ).

4. rotary valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one additional axial magnetic bearing ( 12 ) is provided.

5. rotary valve according to claim 4, characterized in that the axial magnetic bearing ( 12 ) on the shaft ( 7 ) is arranged and from the central transverse axis ( 13 ) further than the radial magnetic bearing ( 16 ) is spaced.

6. rotary valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one additional radial roller bearing ( 10 ) is provided.

7. rotary valve according to claim 6, characterized in that the radial roller bearings ( 10 ) from the central transverse axis ( 13 ) are spaced further than the radial magnetic bearing ( 16 ).

8. rotary valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one additional axial roller bearing is provided.

9. rotary valve according to claim 8, characterized in that the axial roller bearings from the central transverse axis ( 13 ) are spaced further than the axial magnetic bearing ( 12 ).

10. rotary valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the radial ( 16 ) and / or the axial ( 12 ) magnetic bearings are electromagnetic magnetic bearings.

11. rotary valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that an analog or digital control for the radial magnetic bearing ( 16 ) is provided for centering the shaft ( 7 ) in the housing.

12. rotary valve according to one of claims 5 to 11, characterized in that an analog or digital control for the radial magnetic bearing ( 12 ) is provided for centering the shaft ( 7 ) in the housing.

13. rotary valve according to one of claims 1 to 12, characterized in that the radial ( 16 ) and / or the axial magnetic bearings ( 12 ) are permanent magnetic magnetic bearings.

14. rotary valve according to one of claims 1 to 13, characterized in that the radial magnetic bearings ( 16 ) are air gap bearings or magnetic fluid bearings.

15. rotary valve according to one of claims 5 to 14, characterized in that the axial magnetic bearings ( 12 ) are air gap bearings or magnetic fluid bearings.

16. rotary valve according to one of claims 1 to 15, characterized characterized in that radial magnetic bearings are annular.

17. rotary valve according to one of claims 5 to 16, characterized characterized in that axial magnetic bearings are annular.

18. rotary valve according to one of claims 1 to 17, characterized in that the shaft ( 7 ) via a magnetic coupling ( 18 ) is driven.

19. rotary valve according to claim 18, characterized in that the magnetic coupling ( 18 ) acts axially and / or radially on the shaft ( 7 ).

20. rotary valve according to one of claims 18 or 19, characterized in that the shaft ( 7 ) is hermetically sealed to the outside by a side cover ( 19 ).