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DE102018201030B4 - Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion - Google Patents

Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion

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DE102018201030B4
DE102018201030B4 DE102018201030.7A DE102018201030A DE102018201030B4 DE 102018201030 B4 DE102018201030 B4 DE 102018201030B4 DE 102018201030 A DE102018201030 A DE 102018201030A DE 102018201030 B4 DE102018201030 B4 DE 102018201030B4
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magnet
bearing
output
drive
magnetic
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Andreas Vogt
Armin Schuelke
Xiang Li
David Minzenmay
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Kardion GmbH
Original Assignee
Kardion GmbH
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Publication date
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Abstract

Magnetkuppelelement (100) mit magnetischer Lagerungsfunktion, wobei das Magnetkuppelelement (100) folgende Merkmale aufweist:
- ein an einer Antriebswelle (106) angeordneter antriebsseitiger Kupplungsmagnet (109);
- ein an einer Abtriebswelle (112) angeordneter abtriebsseitiger Kupplungsmagnet (115), wobei der abtriebsseitiger Kupplungsmagnet (115) magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten (109) gekoppelt ist; und
- ein Lagermagnetring (118), der gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) drehfest angeordnet ist, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich (133, 136) des Lagermagnetrings (118) eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich (133, 136) gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich (127, 130).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einem Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion und einem oder einem Verfahren zur Herstellung eines Magnetkuppelelementes mit magnetischer Lagerungsfunktion nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
  • Es können Magnetkuppelelemente verwendet werden, bei denen sich gegenliegende Magnetpaare genutzt werden, um Drehmomente berührungslos zu übertragen. Ferner können auch Umleitelemente verwendet werden, um einen magnetischen Fluss zu führen und damit das übertragbare Drehmoment zu steigern und die Effizienz des Kuppelelements zu erhöhen.
  • In der DE 20 2005 020 288 U1 ist eine Radialdrehkupplung beschrieben, die ein radial äußeres und ein radial inneres Kupplungsteil aufweist, das mit dem radial äußeren Kupplungsteil mittels Magnetkraft gekoppelt ist. Diese Magnetkraft wird durch Permanentmagnete erzeugt, die an der Außenseite des radial inneren Kupplungsteils und der Innenseite des radial äußeren Kupplungsteils festgelegt sind.
  • Aus der DE 11 65 144 A ist eine Pumpe mit einem an einen Magnetring angeschlossenen Flügelrad bekannt, das in einem Magnetlager drehbar gelagert ist. Das Flügelrad ist mit einer Antriebswelle eines Elektromotors mittels Magnetkraft gekoppelt, indem ein zu dem Flügelrad koaxialer und mit der Antriebswelle fest verbundener Oxydmagnetring in den Magnetring des Flügelrads ragt.
  • US 2009 / 0 004 037 A1 beschreibt eine Maschine mit einer Antriebswelle und mit einem Magnetlager sowie mit einer Abtriebswelle, die drehbar und koaxial zu der Antriebswelle gelagert ist. Antriebswelle und Abtriebswelle sind mittels Magnetkraft gekoppelt, indem ein mit der Abtriebswelle fest verbundener Ringmagnet in eine Magnetanordnung ragt, die an die Antriebswelle angeschlossen ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion, weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerungsfunktion, eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
  • Durch einen zusätzlichen Lagermagnetring, der innerhalb eines Magnetkuppelelements versetzt zu den Kupplungsmagneten angeordnet ist, kann eine Lagerungsfunktion beispielsweise auch in radialer Richtung bewerkstelligt werden.
  • Es wird ein Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion vorgestellt, wobei das Magnetkuppelelement die folgenden Merkmale umfasst:
    • - ein an einer Antriebswelle angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagnet;
    • - ein an einer Abtriebswelle angeordneter abtriebsseitiger Kupplungsmagnet, wobei der abtriebsseitige Kupplungsmagnet magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten gekoppelt ist; und
    • - ein Lagermagnetring, der gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten drehfest angeordnet ist, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich des Lagermagnetrings eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich.
  • Bei einer Antriebswelle kann es sich um ein stabförmiges Maschinenelement handeln, das zum Weiterleiten von Drehbewegungen und Drehmomenten sowie zur Lagerung von rotierenden Teilen verwendet wird. Bei einem Kupplungsmagneten kann es sich um eine Art Kuppelelement handeln, dessen Drehmoment-Übertragungsfunktion auf der Wirkung eines Magnetfeldes bzw. eines gekoppelten beruht. Bei einer Abtriebswelle kann es sich um ein Maschinenelement handeln, an welchem die über den Getriebemechanismus eingeleitete Leistung an dessen Wellenende in Form der Maschinenleistung abgegriffen werden kann. Bei einem Lagermagnetring kann es sich um einen zumindest teilweise ringförmig ausgeformten Magneten handeln, der eine Lagerung ohne Materialkontakt durch magnetische Kräfte ermöglicht. Insgesamt ist anzumerken, dass bei dem hier vorgestellten Ansatz günstigerweise Permanentmagneten als Magneten verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können der Lagermagnetring und der antriebsseitige oder abtriebsseitige Kupplungsmagnet Magnetpole aufweisen, die sich in axialer Richtung anziehen und sich in radialer Richtung abstoßend gegenüber stehen. Hierbei kann sich eine deutliche Reduzierung der Reibverluste ergeben, wobei Verbesserungen hinsichtlich Effizienz, Wärmeentwicklung und Verschleiß erzielt werden können.
  • Gemäß einer Ausführungsform können der antriebsseitige und der abtriebsseitige Kupplungsmagnet je zumindest Kupplungsmagneten-Teilbereiche mit unterschiedlicher Polarität aufweisen, insbesondere wobei die zwei Kupplungsmagneten-Teilbereiche in axialer Richtung angeordnet oder ausgerichtet sind. Dies kann eine verbesserte Mitnahmewirkung durch eine Optimierung bzw. Ausrichtung der Magnetflusslinien im Magnetkuppelelement zur Folge haben.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagermagnetring zumindest zwei Lagermagnetring- Teilbereiche unterschiedlicher Polarität umfassen, insbesondere wobei die zwei Lagermagnetring-Teilbereiche in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Hierbei kann ein solcher Aufbau von axial benachbarten und spiegelbildlich angeordneten Lagermagnetring-Teilbereichen kostengünstiger und einfacher hergestellt werden und/oder eine verbesserte Lagerungsfunktion.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagermagnetring zumindest einen Teilbereich des antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten umgeben. Hierbei kann zwischen dem Lagermagnetring und dem im Abstand davon gegenüberliegenden antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten eine vergleichsweise große Abstoßkraft und somit eine stabile Lagerungsfunktion erzielt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagermagnetring-Teilbereich einen Winkelversatz zu dem gegenüberliegenden Kupplungsmagneten-Teilbereich des antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten aufweisen. Hierbei kann der Winkelversatz dazu dienen, die bei anliegendem Drehmoment gegeneinander entstehende Verdrehung der beiden Wellen bei der Lagerung zu kompensieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagermagnetring radial von dem antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten umgeben sein. Hierbei können die radial vom dem antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten ausgehenden Magnetfelder gebündelt und die magnetische Kraft zwischen den einzelnen Teilen des Magnetkuppelelements verstärkt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagermagnetring von dem antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten durch einen rohrförmigen Teilbereich eines Gehäuseelementes getrennt ist. Hierbei kann eine Medientrennung erfolgen, speziell, wenn das Magnetkuppelelement in fluidumströmten Bereichen eingesetzt werden soll.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Gehäuseelement aus einem nicht-magnetischen Metall oder Material gefertigt und/oder nicht-drehend oder nicht-drehbar ausgeformt sein. Mit einem solchen Gehäuseelement können Verluste aufgrund einer Ummagnetisierung des Gehäuseelements vermieden werden.
  • Es wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerungsfunktion vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • Bereitstellen des an einer Antriebswelle angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagneten, des an einer Abtriebswelle angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagneten, sowie des Lagermagnetrings; und
    • Montieren des an der Antriebswelle angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagneten, des an einer Abtriebswelle angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagneten sowie des Lagermagnetrings derart, dass der abtriebsseitige Kupplungsmagnet magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten gekoppelt wird sowie der Lagermagnetring gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten drehfest angeordnet wird, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich des Lagermagnetrings eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich, um ein Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion herzustellen.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
  • Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
  • Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Variante eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Variante eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    • 5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Magnetkuppelelements 100 mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Das Magnetkuppelelement 100 umfasst ein Gehäuseelement 103, ein an einer Antriebswelle 106 angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagnet 109, einen an einer Abtriebswelle 112 angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagnet 115 sowie einen Lagermagnetring 118. Die unterschiedlichen Pole der Kupplungsmagneten 109 und 115 sowie des Lagermagnetrings 118 sind mit unterschiedlichen Farben gekennzeichnet, wobei der Nordpol mit einem „N“ und der Südpol mit einem „S“ dargestellt ist.
  • Der abtriebsseitige Kupplungsmagnet 115 ist magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten 109 gekoppelt. Der antriebsseitige und abtriebsseitige Kupplungsmagnet 109 und 115 weisen je zumindest Kupplungsmagnet-Teilbereiche 121, 124, 127, 130 mit unterschiedlicher Polung auf, wobei die Kupplungsmagnet-Teilbereiche 121, 124, 127, 130 insbesondere in axialer Richtung angeordnet sind. Der Lagermagnetring 118 umfasst ebenso zumindest zwei Lagermagnetring-Teilbereiche 133, 136 unterschiedlicher Polung, wobei auch die zwei Lagermagnetring-Teilbereiche 133 und 136 insbesondere in axialer Richtung angeordnet sind. Der Lagermagnetring 118 umgibt zumindest einen Teilbereich 127 und 130 des antriebsseitigen Kupplungsmagneten 109. Der Lagermagnetring 118 ist gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten 109 und 115 drehfest angeordnet, wobei je ein Lagermagnet-Teilbereich 133 und 136 des Lagermagnetrings 118 eine gleiche Polung oder Polarität aufweisen, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich 133 und 136 gegenüberliegende Kupplungsmagneten-Teilbereich 127 und 130. Der Lagermagnetring 118 und der antriebsseitige Kupplungsmagnet 109 weisen Magnetpole auf, die sich in axialer Richtung anziehen und in radialer Richtung abstoßend gegenüberstehen.
  • Die Antriebswelle 106, bei der es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um eine Motorwelle handelt, und die Abtriebswelle 112 tragen je magnetische Dipole, womit sich ein vorzugsweise achsparalleler magnetischer Fluss ergibt. Da sich unterschiedliche Pole anziehen, wird bei sich drehender Antriebswelle 106 die Abtriebswelle 112 in Rotationsrichtung mitgenommen. Die dabei auftretende Axialkraft wird mit einem hier nicht dargestellten Axiallager abgefangen. Auch magnetische Rückschlussscheiben sind in der 1 nicht dargestellt. Je nach anliegendem Drehmoment verdrehen sich dabei die beiden Wellen 106 und 112 um einige Winkelgrade gegeneinander.
  • Um eine Radiallagerfunktion darzustellen, wird der Lagermagnetring 118 drehfest derart mit einem der Kupplungsmagneten, wobei es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um den antriebsseitigen Kupplungsmagneten 109 handelt, verbunden, sodass sich radial abstoßende Pole gegenüberstehen. Somit zentriert sich der Lagermagnetring 118 zum antriebsseitigen Kupplungsmagneten 109. Wenn diese Lagerung achsparallel verlängert wird, kann mit dieser Anordnung die komplette Radiallagerung einer Welle übernommen werden. Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass die Kupplungsmagnete 109 und 115 gegenüber den Lagermagnetring 118 deutlich stärker ausgelegt sind, um die Drehmomentübertragung zu gewährleisten. So kann sichergestellt werden, dass die abstoßenden bzw. anziehenden Kräfte der Kupplungsmagneten 109 und 115 nicht in der Lage sind, eine Verdrehung des Lagermagnetrings 118 auf der Welle zu denen im Gehäuseelement 103 zu erzeugen, was zu einer anziehenden Kraft zwischen den Lagerungsmagneten führen würde. Die Kupplungsmagnete 109 und 115 sowie der Lagermagnetring 118 können dabei grundsätzlich auch 2-, 4-, 6- usw. polig magnetisiert sein.
  • Das vorliegende Magnetkuppelelement 100 kann besonders vorteilhaft bei Antrieben aller Art, bei denen die Übertragung eines Drehmoments ohne Benutzung einer durch eine Dichtung abzudichtenden Welle erforderlich ist und gleichzeitig eine Radiallagerung des abtriebsseitigen Kupplungsmagneten 115 erforderlich ist. Dies ist beispielsweise bei Dosier- und Mikropumpen zum Antrieb von impellerförmigen Laufrädern der Fall. Ein besonderer Vorteil ist bei Antrieben geboten, bei denen antriebs- und abtriebsseitig eine Medientrennung angestrebt wird.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Variante eines Magnetkuppelelements 100 mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem in 2 gezeigten Magnetkuppelelement 100 kann es sich beispielsweise um eine Variation des in 1 gezeigten Magnetkuppelelements 100 handeln.
  • Das Magnetkuppelelement 100 umfasst das Gehäuseelement 103, den an der Antriebswelle 106 angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagnet 109, den an der Abtriebswelle 112 angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagnet 115 sowie den Lagermagnetring 118. Die unterschiedlichen Pole der Kupplungsmagneten 109 und 115 sowie des Lagermagnetrings 118 sind mit unterschiedlichen Farben gekennzeichnet, wobei der Nordpol hellgrau und der Südpol dunkelgrau dargestellt ist. Der abtriebsseitige Kupplungsmagnet 115 ist magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten 109 gekoppelt. Der Lagermagnetring 118 ist gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten 109 und 115 drehfest angeordnet, wobei der Lagermagnet-Teilbereich 133 und 136 des Lagermagnetrings 118 eine gleiche Polung aufweist, wie der dem Lagermagnet-Teilbereich 133 und 136 gegenüberliegende Kupplungsmagneten-Teilbereich 127 und 130. Ein Lagermagnetring-Teilbereich 201 weist einen Winkelversatz 203 auf.
  • Der Lagermagnetring-Teilbereich 136 weist den Winkelversatz 203 zu dem gegenüberliegenden Kupplungsmagneten-Teilbereich 130 des antriebsseitigen Kupplungsmagneten 109 auf. Um die bei anliegendem Drehmoment gegeneinander entstehende Verdrehung der beiden Wellen 106 und 112 und der Kupplungsmagnete 109 und 115 bei der Lagerung zu kompensieren, kann diese auch bei der winkelseitigen Zuordnung vorgehalten werden. Durch einen zusätzlichen Lagermagnetring 118, der winkelversetzt zu einem der Kupplungsmagneten 109 oder 115 angebracht wird, kann erreicht werden, dass sich neben den in axialer Richtung anziehenden Magnetpolen, welche die Kupplungsfunktion übernehmen, auch abstoßende Pole in radialer Richtung gegenüberstehen, welche damit die Lagerfunktion darstellen.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Variante eines Magnetkuppelelements 100 mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem in 3 gezeigten Magnetkuppelelement 100 kann es sich beispielsweise um eine Variation des in 1 und 2 gezeigten Magnetkuppelelements 100 handeln.
  • Das Magnetkuppelelement 100 umfasst das Gehäuseelement 103, den an der Antriebswelle 106 angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagnet 109, den abtriebsseitigen Kupplungsmagnet 115 sowie einen Lagermagnetring 118. Die unterschiedlichen Pole der Kupplungsmagneten 109 und 115 sowie des Lagermagnetrings 118 sind mit unterschiedlichen Farben gekennzeichnet, wobei der Nordpol hellgrau und der Südpol dunkelgrau dargestellt ist. Der Lagermagnet-Teilbereich 133 und 136 des Lagermagnetrings 118 weist eine gleiche Polung bzw. Polarität auf, wie der dem Lagermagnet-Teilbereich 133 und 136 gegenüberliegende Kupplungsmagneten-Teilbereich 121 und 124.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Lagermagnetring 118 radial von dem abtriebsseitigen Kupplungsmagneten 115 umgeben. Zwischen dem Lagermagnetring 118 und dem abtriebsseitigen Kupplungsmagneten 115 befindet sich ein rohrförmiger Teilbereich 303, beispielsweise ein dünnwandiger Hohlzylinder, des Gehäuseelements 103, der den Lagermagnetring 118 von dem abtriebsseitigen Kupplungsmagnet 115 trennt. Das Gehäuseelement 103 ist hierbei aus einem nicht-magnetischen Metall gefertigt und/oder nicht-drehend ausgeformt. Durch das Gehäuseelement 103 erfolgt eine Medientrennung, sodass, beispielsweise bei einem Pumpenantrieb, das zu pumpende Medium nicht in das Innere des Motors gelangen kann.
  • Ganz allgemein kann ferner ausgeführt werden, dass die relative Stärke der Magneten zueinander, insbesondere die Relation zwischen zusätzlichen (Lager-) Magnetring und antriebs- und abtriebsseitigen (Kupplungs-) Magneten derart ausgelegt sind, dass, wie vorstehend beschrieben, bei axial gelagerter Welle die abstoßenden Kräfte des Lagermagnetfelds auch zu Drehmomenten und damit zur Schwächung der Kupplungsfunktion führen. Daher sollten die Kupplungsmagnete derart ausgelegt sein, dass deren bei Verdrehung entstehendes Drehmoment immer dominant ist. Die anziehenden bzw. abstoßenden Axialkräfte sowie auftretende Strömungskräfte (am Beispiel einer Pumpe) sollten weitgehend ausbalanciert bzw. durch das erwähnte Axiallager (z. B. Kugel- oder Gleitlager) abgefangen werden. Beispielhafte Abmessungen der einzelnen Magnetelemente können in der Größenordnung der gesamten Kupplung in der angedachten Anwendung bei Baulängen von 3 bis 5 mm und Durchmessern von ca. 6 mm liegen. EineMagnetstärke der Magnete, die hier zum Einsatz kommen können, können bei ca. 1,4 Tesla liegen und (temperaturahängig) Koerzitivfeldstärken von -1600 bis 0 kA/m aufweisen.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 kann unter Verwendung der in 5 vorgestellten Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens 400 zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerfunktion ausgeführt werden.
  • In einem Schritt 403 werden der an einer Antriebswelle angeordnete antriebsseitige Kupplungsmagnet, der an einer Abtriebswelle angeordnete abtriebsseitige Kupplungsmagnet sowie der Lagermagnetring bereitgestellt. Schließlich werden in einem Schritt 406 der an einer Antriebswelle angeordnete antriebsseitige Kupplungsmagnet, der an einer Abtriebswelle angeordnete abtriebsseitige Kupplungsmagnet und des Lagermagnetrings derart montiert, dass der abtriebsseitiger Kupplungsmagnet magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten gekoppelt wird, sowie der Lagermagnetring gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten drehfest angeordnet wird, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich des Lagermagnetrings eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich, um ein Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion herzustellen.
  • 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 500 zum Ausführen eines Verfahrens zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 500 ist hierbei eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines Magnetkuppelelements mit magnetischer Lagerfunktion in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
  • Die Vorrichtung 500 umfasst eine Bereitstelleinrichtung 503 und eine Montiereinrichtung 506. Die Bereitstelleinrichtung ist hierbei ausgebildet ein Herstellsignal 509 an die Montiereinrichtung 506 bereitzustellen, um der Montiereinrichtung das Signal zur Montage der einzelnen Bauelemente des Magnetkuppelelements zu geben. Die Bereitstelleinrichtung 503 ist ferner ausgebildet, um den an einer Antriebswelle angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagnet, weiterhin den an einer Abtriebswelle angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagneten und schließlich den Lagermagnetring bereitzustellen. Die Montiereinrichtung 506 ist ausgebildet, um das Herstellsignal 509 zu empfangen, um den an der Antriebswelle angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagneten, ferner den an der Abtriebswelle angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagneten und schließlich den Lagermagnetring derart zu montieren, dass der abtriebseitge Kupplungsmagnet magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten gekoppelt wird und der Lagermagnetringgegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten drehfest angeordnet wird, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich des Lagermagnetrings eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich, um ein Magnetkuppelelement mit magnetischer Lagerungsfunktion herzustellen.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims (13)

  1. Magnetkuppelelement (100) mit magnetischer Lagerungsfunktion, wobei das Magnetkuppelelement (100) folgende Merkmale aufweist: - ein an einer Antriebswelle (106) angeordneter antriebsseitiger Kupplungsmagnet (109); - ein an einer Abtriebswelle (112) angeordneter abtriebsseitiger Kupplungsmagnet (115), wobei der abtriebsseitiger Kupplungsmagnet (115) magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten (109) gekoppelt ist; und - ein Lagermagnetring (118), der gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) drehfest angeordnet ist, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich (133, 136) des Lagermagnetrings (118) eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich (133, 136) gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich (127, 130).
  2. Magnetkuppelelement (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Lagermagnetring (118) und der antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagnet (109, 115) Magnetpole aufweisen, die sich in axialer Richtung anziehen und sich in radialer Richtung abstoßend gegenüber stehen.
  3. Magnetkuppelelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der antriebsseitige und der abtriebsseitige Kupplungsmagnet (109, 115) je zumindest Kupplungsmagnet-Teilbereiche (121, 124, 127, 130) mit unterschiedlicher Polarität aufweisen, insbesondere wobei die zwei Kupplungsmagnet- Teilbereiche (121, 124, 127, 130) in axialer Richtung angeordnet oder ausgerichtet sind.
  4. Magnetkuppelelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lagermagnetring (118) zumindest zwei Lagermagnetring-Teilbereiche (133, 136) unterschiedlicher Polarität umfasst, insbesondere wobei die zwei Lagermagnetring-Teilbereiche (133, 136) in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.
  5. Magnetkuppelelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lagermagnetring (118) zumindest einen Teilbereich des antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) umgibt.
  6. Magnetkuppelelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lagermagnetring-Teilbereich (201) einen Winkelversatz (203) zu dem gegenüberliegenden Kupplungsmagnet-Teilbereich (130) des antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) aufweist.
  7. Magnetkuppelelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lagermagnetring (118) radial von dem antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) umgeben ist.
  8. Magnetkuppelelement (100) gemäß Anspruch 7, wobei der Lagermagnetring (118) von dem antriebsseiteigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) durch einen rohrförmigen Teilbereich (303) eines Gehäuseelementes (103) getrennt ist.
  9. Magnetkuppelelement (100) gemäß Anspruch 8, wobei das Gehäuseelement (103) aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt und/oder nicht-drehend oder nicht-drehbar ausgeformt ist.
  10. Verfahren (400) zum Herstellen eines Magnetkuppelelements (100) mit magnetischer Lagerungsfunktion gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen (403) des an einer Antriebswelle (106) angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagneten (109), des an einer Abtriebswelle (112) angeordneten abtriebseitigen Kupplungsmagneten (115) sowie des Lagermagnetrings (118); und - Montieren (406) des an der Antriebswelle (106) angeordneten antriebsseitigen Kupplungsmagneten (109), des an der Abtriebswelle (112) angeordneten abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (115) und des Lagermagnetrings (118) derart, dass der abtriebsseitige Kupplungsmagnet (115) magnetisch mit dem antriebsseitigen Kupplungsmagneten (109) gekoppelt wird sowie der Lagermagnetring (118) gegenüber dem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Kupplungsmagneten (109, 115) drehfest angeordnet wird, wobei zumindest ein Lagermagnet-Teilbereich (133, 136) des Lagermagnetrings (118) eine gleiche Polarität aufweist, wie ein dem Lagermagnet-Teilbereich (133, 136) gegenüberliegender Kupplungsmagneten-Teilbereich (127, 130), um das Magnetkuppelelement (100) mit magnetischer Lagerungsfunktion herzustellen.
  11. Vorrichtung (500), die eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens (400) gemäß Anspruch 10 in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
  12. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (400) gemäß Anspruch 10 auszuführen und/oder anzusteuern.
  13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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