DE2624058C2 - Permanentmagnetpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Permanentmagnetpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Auslegung eines derartigen Pumpenaggregates kommt es entscheidend auf die Wahl der Permanentabmessungen an, die über das Gewicht, das maximal übertragbare Drehmoment der Permanentmagnetkupplung und in hohem Maße auch über den Preis entscheiden. Obwohl Permanentmagnetkupplungen auch im Zusammenhang mit Pumpenaggregaten eine weite Verbreitung gefunden haben, sind konkrete Anweisungen zur Auslegung einer derartigen Kupplung selten, zudem stammen sie aus einer Zeit, in der die heute bekannten, stark verbesserten Magnetwerkstoffe noch nicht vorlagen.

Eine Anleitung zur Dimensionierung von Permanentmagneten ist zum Beispiel in der technischen Mitteilung der Firma Krupp, Forschungsberichte, Band 20 (1962) Nr. 1 zu finden, wo ein Artikel mit der Bezeichnung »Zur Berechnung von Dauermagnetkupplungen« abgedruckt ist. Der mit der Anfertigung von Permanentmagnetpumpen der eingangs genannten Art befaßte Konstrukteur wird in diesem Artikel angeleitet, unter Vorgabe des Kupplungsdurchmessers ein maximales, übertragbares Drehmoment zu erreichen, ohne auf das installierte Magnetvolumen Rücksicht zu nehmen. Außerdem muß er gewisse Randbedingungen ohne eine einzige Anleitung wählen, um dem dort vorgeschlagenen Rechnungsgang folgen zu können. Das gilt insbesondere für die Polzahl, für deren Auswahl kein Anhaltspunkt gegeben wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Permanentmagnetpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so mit Permanentmagneten auszustatten, daß sich ein gutes Verhältnis von Drehmoment zu Magnetvolumen ergibt

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der kennzeichnende Teil des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Bei Befolgung der Dimensionierung der Permanentmagnete gemäß der Erfindung ist Ausgangspunkt der Luftspalt, der möglichst gering gewählt werden sollte, jedoch wegen der Trennwand und einem Sicherheitsabstand davon seitens des innenläufers und des Außenläufers unter ein bestimmtes Maß in der Regel nicht unterschritten werden kann. Nach Festlegung eines minimalen Luftspaltes und nach Wahl des Kupplungsdurchmessers ergeben sich alle anderen Parameter und Abmessungen beinahe selbsttätig. Zum Beispiel wird über die Magnetbreite b zunächst überschlägig die Anzahl der Magnetplättchen festgelegt und dann auf eine gerade Anzahl von Polpaaren aufgerundet oder abgerundet. Durch diese Vorgabe ist dann endgültig die Magnetbreite b bestimmbar. Während sich die Magnetlänge h direkt aus dem gewählten Luftspalt herleiten läßt, kann die Magnethöhe a gemäß der Erfindung gewählt werden, hier sind jedoch Abweichungen möglich, da eine Variation der Magnethöhe a das übertragbare Drehmoment proportional beeinflußt.

Die Trennwand, die die Form eines Rohres bei einer Permanentmagnetpumpe hat, soll bevorzugt einen hohen spezifischen Widerstand haben oder aus Kunststoff gefertigt sein. Bei der Ausführung mit nicht-magnetisierbarer, metallischer Trennwand werden daher während des Betriebslaufs von Außenläufer und Innenläufer nur sehr geringe Wirbelströme induziert und daher eine Erwärmung weitestgehend vermieden. Bei der Ausführung der Trennwand aus Kunststoff werden keine Wirbeiströme induziert und folglich tritt auch keine Erwärmung ein. In der Praxis haben sich Polpaare in einer Anzahl von 36, 24, 12 oder 6 als besonders günstig erwiesen. Wie eingangs dargelegt, kann aber auch jede andere Polpaarzahl gewählt werden, wenn die erfindungsgemäße Bemessungsregel bei entsprechendem Luftspalt und entsprechendem Durchmesser der Kupplung einen von den genannten Werten abweichenden Wertergibt.
An ausgeführten Pumpenaggregaten beträgt die Magnetlänge Λ, also die Dicke der Permanentm gnete, etwa 4 mm, wenn der bei einer bestimmten Pumpengröße vorgesehene Luftspalt knapp 4 mm dick ist. Die Permanentmagnete können in Richtung der Magnetbreite b, also in Drehrichtung, gekrümmt mit einer dem Radius, auf dem sie angeordnet sind, entsprechenden Krümmung ausgebildet sein, müssen dies aber nicht, insbesondere bei größeren Durchmessern nicht. Wegen ihrer vergleichsweise geringen Abmessungen können sie auch als völlig ebene Plättchen ausgeführt sein, da das Vieleck, das sie bilden, in etwa einem zylindrischen Magnetkörper entspricht.

Mit der erfindungsgemäßen Pumpe lassen sich Antriebsdrehmomente von 10 Nm bis über 600 Nm ver-

wirklichen, so daß erhebliche Antriebsleistungen in Verbindung mit hermetisch abgedichteten Pumpen beherrscht werden können. Es lassen sich daher Pumpen für einen Arbeitsdruck von 300—500 bar, wie sie in einigen Hochdrucksynthesen der chemischen Industrie eingesetzt werden, aufbauen. Die aneinandergelegten Magnetplättchen, aus denen sich die Magnetringe bilden, sind zweckmäßigerweise in einer Trommel aus Kunststoff oder Leichtmetall eingebettet Allerdings genügt auch die Einbettung in einen Kunststoff, der zwischen dem eigentlichen Läufer als Kleber wirkt. Im Regelfall werden die Permanentmagnete so in einen Außenläufer oder auf einen Innenläufer geklebt, daß sich nebeneinander Magnetpole wechselnder Polarität befinden, also Polpaare nebeneinander liegen.

Der für die Permanentmagnete vorgesehene Werkstoff besteht aus den Legierungen des Kobalts mit Seltenen Erden. Dieser Magnetwerkstoff weist eine sehr hohe Anisotropiefeldstärke und gute magnetische Stabilität auf, jedenfalls bis zu einer Temperatur von 200⁰C, so daß er für die Dauermagnete in magnetischen Kupplungen besonders geeignet ist.

Aufgrund der erfindungsfeemäßen Gestaltung der Permanentmagnete ergibt sich in der Regel ein gedrungener und leichter Aufbau der Antriebskupplung, was zur Folge hat, daß die aufgrund von unvermeidbaren Unwuchten auftretenden Fliehkräfte auch bei hohen Drehzahlen nur zu einer vergleichsweise niedrigen Belastung der Pumpenlager führen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt djrch zwei zylindrische Magnetringe der Permanentmaynetkupplung einer Permanentmagnetpumpe,

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Magnetringe gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch die permanentmagnetische Antriebskupplung einer stopfbüchslosen Kreiselpumpe.

Aus den F i g. I und 2 ist der Aufbau eines zusammengesetzten Magnetzylinders 1 eines Außenläufers und eines dazu koaxial zusammengesetzten Magnetzylinders 2 eines Innenläufers einer Permanentmagnetpumpe zu erkennen, wobei der Spalttopf, also das zwischen den Läufern angeordnete Trennrohr nicht eingezeichnet ist. Auf jedem Magnetzylinder ist ein Kranz mit einer geraden Anzahl dünner Permanentmpgnetplättchen wechselnde: Polarität vorgesehen, die radial magnetisiert sind. Durch den Einsatz von Legierungen des Kobalts mit Seltenen Erden ist eine Optimierung der Magnetabmessungen erforderlich und gemäß der Erfindung gelungen. Die Magnetplättchen 3 und 3' bilden einen Nord-Magnetpol und die ohne Abstand angrenzenden Magnetplättchen 4 und 4' jeweils einen Süd-Ma- ss gnetpol. Die Magnetplättchen 3 und 4 des Außenläufers sind ohne Abstand aneinanderliegend in eine Trommel 5 und die Magnetplättchen 3' und 4' des Innenläufers sind in eine Trommel 6 ohne Abstand aneinanderstoßend eingebettet, wobei die Trommeln aus Kunststoff oder to Leichtmetall bestehen können.

Zwischen den Magnetzylindern 1 und 2 ist ein Luftspalt 20 der Dicke ζ belassen, in dem sich ein zylindrisches Spaltrohr (Fig. 3) befindci. Die Magnetbreite b. die sich in Drehrichtung erstreckt (sh. F i g. 2). is! we- hS scntlich breiter als die Magnetlange, die sich radial bzw. in Richtung der Dickenerstreckung des Luftspaltes 20 erstreckt. Genauer gesagt, bürägt die Magnetbreite b ca. das Dreifache der Magneilänge h. Dadurch ist eine Optimierung des Verhältnisses zwischen übertragbarem Moment und aufgewendetem Magnetvolumen möglich.

In Fig,2 ist in einem Teilausschnitt der Aufbau der Magnetringe 1 und 2 verdeutlicht. Die Magnetplättchen 3 und 4' sowie 4 und 3' der Magnetringe 1 und 2 ziehen sich gegenseitig an, so daß beim Verdrehen des Außenläufers gegenüber dem Innenläufer ein Drehmoment übertragen wird, das zunächst ansteigt, ein Maximum durchläuft und wieder abfällt. Das übertragbare Drehmoment wird verstärkt durch den Einfluß der abstoßenden Wirkung der Magnete 3 und 3' sowie der Magnete 4 und 4'.

In Fig.3 ist der bekannte Aufbau einer Antriebskupplung einer Permanentmagnet-Spaltrohrpumpe mit einem Innenläufer 8 zu erkennen, der auf seinem Außenumfang einen zylindrischen Magnetring 2 trägt. Der Innenläufer 8 ist mit einem nicht dargestellten, ein- oder mehrstufigen Laufrad über eine Pumpenwelle 10 drehfest verbunden. Innenläufer und Pumpenrad sind in einem nach außen durch einen Spaltrohrtopf hermetisch abgeschlossenen Raum untergebracht. Dieser ragt mit seinem zylindrischen Rohr 12 in den Luftspalt zwischen dem Innenläufer 8 und einem auf einer Antriebswelle 9 befindlichen Außenläufer 7 mit dem zylindrischen Magnetring 1 und ist zwischen den einander zugekehrten radialen Flächen des Innen- und Außenläufers mit einem Spalttopfboden 13 abgeschlossen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Permanentmagnetpumpe, insbesondere aus Kunststoff, bei der das Pumpenlaufrad und der mit diesem drehfest verbundene Innenläufer einer Permanentmagnet-AntriebskuppIung, auf den ein Antriebsmoment von wenigstens 10 Nm von einem den Innenläufer unter Belassung eines Luftspaltes radial gegenüberliegenden, von einem Motor angetriebenen Außenläufer synchron übertragen wird, in einem gemeinsamen, nach außen mit einer durch den Luftspalt reichenden Trennwand aus nicht-magnetisierbarem Werkstoff abgedichteten Raum untergebracht und gelagert ist und bei der der Innen- und Außenläufer je mit einem geschlossenen Kranz aus einer gleichen, geraden Anzahl von in ein unmagnetisches Material eingebetteten, unmittelbar aneinanderstoßenden Permanentmagneten wechselnder Polarität besetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke ζ des Luftspaltes (20) etwa 80—90%, die Magnetbreite b etwa 300% und die Magnethöhe a etwa 900% der Magnetlänge h jedes Permanentmagneten (3,3'; 4,4') entspricht, und daß als Werkstoff für jeden Permanentmagneten eine an sich bekannte Legierung aus Kobalt und seltenen Erden vorgesehen ist

2. Permanentmagnetpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlänge Λ etwa 4 mm beträgt.

3. Permanentmagnetpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat und insbesondere aus Kunststoff besteht.

4. Permanentmagnetpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Polpaare 36, 24, 12 oder 6 beträgt.

5. Permanentmagnetpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zur Einbettung der Permanentmagnete (3,3'; 4,4') ein Kunststoff ist.