Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung zur

Drehmomentübertragung entlang einer Drehachse, mit zwei relativ zueinander drehbaren Kupplungsteilen, wobei ein antriebsseitiger Kupplungsteil einen antriebsseitigen Dauermagnet aufweist und ein abtriebsseitiger Kupplungsteil einen dem antriebsseitigen Dauermagnet entlang der Drehachse gegenüberliegenden und im Abstand davon angeordneten abtriebsseitigen Dauermagnet

aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine kompakte Magnetkupplung zwischen getrennten Funktionsbereichen ohne

Gehäusedurchführung .

Dieser Aufbau entspricht im Wesentlichen dem allgemein als Stirndrehkupplung bekannten Typ einer Magnetkupplung.

Charakteristisch für diesen Kupplungstyp sind die axial

benachbarten, häufig spiegelbildlich angeordneten, Dauermagnete der beiden Kupplungsteile. In der Regel sind die beiden

Kupplungsteile dabei durch eine ebene Trennfläche, welche senkrecht auf die Drehachse steht, getrennt. Eine bekannte

Alternative zu diesem Kupplungstyp ist die Zentraldrehkupplung, welche zwei koaxial ineinander angeordnete hohlzylinderförmige Kupplungsteile aufweist. Der grundsätzliche Aufbau beider

Kupplungstypen kann beispielsweise der EP 0 039 777 A2 entnommen werden. Zentraldrehkupplungen haben den Vorteil einer besseren Drehmomentübertragung, sind jedoch bei zunehmender

Miniaturisierung aufgrund der notwendigen dünnwandigen

hohlzylinderförmigen Kupplungsteile und entsprechend flache Dauermagnete nur schwierig und kostenintensiv herstellbar.

Andererseits zeigen Stirndrehkupplungen bei einer Verkleinerung der Baugröße eine überproportionale Verschlechterung der

Drehmomentübertragung, d.h. mit geringeren Kupplungsabmessungen sinkt nicht nur das verfügbare magnetisierte Volumen sondern auch der für das übertragene Drehmoment entscheidende Radius.

Ein mögliches Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen

Magnetkupplung, bei dem geringe Abmessungen der Kupplung

besonders wünschenswert sind, ist insbesondere die Verwendung als implantiertes Medizingerät, insbesondere als Blutpumpe, vorzugsweise als Herzblutpumpe bzw. als Herzkatheterpumpe vorgesehen. Eine derartige Blutpumpe ist bereits aus der

EP 0 904 117 Bl bekannt, wobei die dort gezeigte Magnetkupplung zwischen dem Antrieb und dem Pumpenläufer in an sich bekannter Weise als Stirndrehkupplung ausgeführt ist.

Gegenüber den bekannten Bauformen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Magnetkupplung vorzuschlagen, welche bei vorgegebenen, besonders kompakten Abmessungen einerseits einfacher und

kostengünstiger als vergleichbare Zentraldrehkupplungen

herstellbar ist und andererseits eine gegenüber herkömmlichen Stirndrehkupplungen gesteigerte Effizienz hinsichtlich des übertragenen Drehmoments aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Magnetkupplung der eingangs

angeführten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einer der Kupplungsteile ein zumindest teilweise ferromagnetisches

Umleitelement umfasst, welches mit dem Dauermagnet des

Kupplungsteils drehfest verbunden ist, wobei ein Teil des

Umleitelements radial außerhalb des gegenüberliegenden

Dauermagnets angeordnet ist. Das Umleitelement kann dabei - vergleichbar dem äußeren Kupplungsteil einer Zentraldrehkupplung - topf- bzw. hohlzylinderförmig ausgebildet sein und den jeweils anderen Kupplungsteil umfangseitig umgeben, d.h. es erstreckt sich vorzugsweise radial außerhalb beider Dauermagnete. Dabei kann das Umleitelement beispielsweise als dünnwandiger

Hohlzylinder ausgebildet sein, sodass bei gleichbleibenden

Abmessungen das magnetisierte Volumen der Stirndrehkupplung weitestgehend erhalten bleibt und zugleich zwischen dem

Umleitelement und dem im Abstand davon gegenüberliegenden

Dauermagnet ein einer Zentraldrehkupplung vergleichbar großes übertragbares Drehmoment erzielbar ist. Die

Magnetisierungsrichtung der Dauermagnete ist dabei vorzugsweise senkrecht auf die Drehachse ausgerichtet, d.h. die Magnetpole verlaufen in Umfangsrichtung von Süd nach Nord und liegen sich - jedenfalls bei einer zweipoligen Ausführung - bezüglich der Drehachse diametral gegenüber. Durch das Umleitelement werden radial von den Dauermagneten ausgehende magnetische Feldlinien gebündelt und die magnetische Kraft zwischen den Kupplungsteilen wegen des ferromagnetischen Materials des Umleitelements

zusätzlich verstärkt. Durch die Verdichtung der magnetischen Feldlinien im ferromagnetischen Material wird die magnetische Kraft zur Übertragung des Drehmoments vergrößert. Aufgrund des im Vergleich zu Zentraldrehkupplungen bei gleichen

Kupplungsabmessungen größeren Volumens der Dauermagneten kann vorteilhafter Weise eine geringere axiale Erstreckung und somit geringere radiale Querkräfte auf die Lager der Kupplungsteile erzielt werden.

Eine kompakte Herstellung der Magnetkupplung mit einer zugleich vergleichsweise guten Drehmoment-Übertragungsfähigkeit kann erzielt werden, wenn die beiden Dauermagnete jeweils 2-, 4- oder 6-polige Dauermagnete sind. Um die Übertragungsfähigkeit des Drehmoments der Magnetkupplung zu optimieren, wird insbesondere in Abhängigkeit vom Durchmesser der Kupplung die jeweilige

Polanzahl für beide Magnete festgelegt werden. Bei

verhältnismäßig großen Magnetkupplungen ist auch eine höhere Polanzahl möglich. Im Falle der 2-poligen Ausgestaltung können die Dauermagnete jeweils zwei halbzylinderförmige Magnetpole aufweisen .

Um einen magnetischen Kurzschluss im Umleitelement zu vermeiden, kann das Umleitelement zumindest eine diamagnetische Trennung aufweisen, welche das Umleitelement in zumindest zwei

ferromagnetische Abschnitte unterteilt. Im Fall eines

zweipoligen Dauermagnets kann die Trennung als diamagnetischer Trennstreifen entlang einer den Dauermagnet zentral und quer zur Magnetisierungsrichtung schneidenden Ebene ausgeführt sein, d.h. der Trennstreifen teilt das Umleitelement in zwei Hälften.

Wenn sich das Umleitelement an eine dem gegenüberliegenden

Dauermagnet abgewandten Rückseite des drehfest verbundenen

Dauermagnets erstreckt, kann die Magnetisierung des

Umleitelements und somit das übertragbare Drehmoment zusätzlich gesteigert werden. Darüber hinaus hat es sich als günstig herausgestellt, wenn das Umleitelement einen hohlzylinderförmigen Mantel aufweist und vorzugsweise mit einem auf im Wesentlichen halber Höhe des

Mantels angeordneten Zwischenboden ausgebildet ist. Das

Umleitelement weist in diesem Fall einen im Wesentlichen H- förmigen Längsschnitt auf, wobei der Zwischenboden den senkrecht auf die Drehachse liegenden Quersteg bildet, so dass beidseitig des Zwischenbodens topfförmige Ausnehmungen gebildet sind. In einer dieser Ausnehmungen ist ein Dauermagnet aufgenommen und drehfest verbunden.

Eine besonders hohe Konzentration von Magnetfeldlinien im

Umleitelement kann erzielt werden, wenn an einer dem

gegenüberliegenden Dauermagnet abgewandten Rückseite des

drehfest mit dem Umleitelement verbundenen Dauermagnets ein diamagnetisches Abschirmelement angeordnet ist. Dadurch können außerhalb der Kupplungsteile verlaufende Feldlinien vermieden und damit verbundene Verluste reduziert werden.

Weiters hat es sich als günstig herausgestellt, wenn an einer dem gegenüberliegenden Dauermagnet zugewandten Vorderseite des drehfest mit dem Umleitelement verbundenen Dauermagnets, insbesondere in einem um die Drehachse zentrierten Bereich, ein diamagnetisches Abschirmelement angeordnet ist, welches

vorzugsweise umfangsseitig bzw. radial außenseitig an das

Umleitelement anschließt. Mit einer derartigen Abschirmung kann eine Umlenkung des magnetischen Feldes in radial in größerem Abstand von der Drehachse befindliche Bereiche erzielt werden, sodass das bei gegebener Magnetkraft übertragene Drehmoment erhöht wird.

Für eine Drehmomentübertragung zwischen getrennten

Funktionsbereichen, z.B. bei Pumpenanwendungen mit einem im Pumpmedium gelagerten Pumpenläufer, ist es günstig, wenn die beiden Kupplungsteile hermetisch getrennt sind. Eine solche hermetische Trennung kann etwa durch eine hermetische Wand zwischen den beiden Kupplungsteilen erzielt werden, welche Wand weder magnetisch noch elektrisch leitend sein sollte. Diese muss nicht zwingend Teil eines Gehäuses der Kupplung sein, kann aber beispielsweise an ein Gehäuse anschließen. Grundsätzlich kann die vorliegende Magnetkupplung aber auch ohne hermetische

Trennung, beispielsweise für Sicherheitskupplungen, d.h. zur Begrenzung des übertragenen Drehmoments, eingesetzt werden.

Im Zusammenhang mit einer hermetischen Trennung der

Kupplungsteile ist es vorteilhaft, wenn zur hermetischen

Trennung der beiden Kupplungsteile zumindest einer der

Kupplungsteile in einem im Wesentlichen nichtmagnetischen und elektrisch nicht leitenden Gehäuse untergebracht ist. Mit einem solchen Gehäuse können Verluste aufgrund einer Ummagnetisierung des Gehäuses bzw. induzierte Wirbelströme im Gehäuse vermieden werden .

Die vorliegende Magnetkupplung kann besonders vorteilhaft in einer Pumpe mit einem Antrieb und einem Pumpenläufer verwendet werden, wobei der Pumpenläufer über die Magnetkupplung mit dem Antrieb verbunden ist. Die so erzielte Pumpe kann besonders kompakt ausgeführt sein, bei zugleich relativ hohem übertragenem Drehmoment mit einer entsprechend vorteilhaften Pumpleistung.

Eine Verwendung, bei der besonders kompakte Abmessungen der Pumpe erforderlich sind, betrifft implantierte Medizingeräte, insbesondere Blutpumpen, vorzugsweise Herzblutpumpen. Zugleich ist eine hermetische Trennung des Antriebs vom Pumpenläufer vorteilhaft, wobei zugleich ein möglichst hohes Drehmoment übertragen werden soll. Diese Anforderungen werden von der hier vorgeschlagenen Magnetkupplung besonders gut erfüllt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen dabei im Einzelnen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Magnetkupplung zur Übertragung eines Drehmoments mit einem rückseitig

kegelstumpfförmig abgeschrägten Umleitelement ;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Magnetkupplung gemäß Fig. 1, wobei die beiden Kupplungsteile durch ein Gehäuse getrennt sind;

Fig. 3 eine Seitenansicht auf eine Rückseite des

antriebsseitigen Kupplungsteils gemäß Fig. 1 und Fig. 2, jedoch ohne Gehäuse;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Variante der

Magnetkupplung gemäß Fig. 2 mit einem diamagnetischen

Abschirmelement an einer Vorderseite des antriebsseitigen

Kupplungsteils ;

Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht einer Variante einer Magnetkupplung zur Übertragung eines Drehmoments mit einem

Umleitelement ohne eine rückseitige kegelstumpfförmige

Abschrägung des Umleitelements;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Magnetkupplung gemäß Fig. 5, wobei die beiden Kupplungsteile durch ein Gehäuse getrennt sind und mit einem diamagnetischen Abschirmelement an einer Rückseite des antriebsseitigen Kupplungsteils;

Fig. 7 eine Seitenansicht auf eine Rückseite des

antriebsseitigen Kupplungsteils gemäß Fig. 5 und Fig. 6 ohne Gehäuse ;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Magnetkupplung gemäß Fig. 5, wobei das Umleitelement einen Zwischenboden aufweist, welcher an einer Vorderseite des antriebsseitigen Kupplungsteils angeordnet ist und mit einer diamagnetischen Abschirmung an dessen Rückseite;

Fig. 9 eine Seitenansicht auf eine Rückseite des

antriebsseitigen Kupplungsteils gemäß Fig. 5 und Fig. 8 ohne Gehäuse ;

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine Magnetkupplung gemäß Fig. 8, wobei die diamagnetische Abschirmung durch einen

ferromagnetischen Boden ersetzt ist; und

Fig. 11 eine Seitenansicht auf eine Rückseite des

antriebsseitigen Kupplungsteils gemäß Fig. 5 und Fig. 10 ohne Gehäuse .

In Fig. 1 ist eine Magnetkupplung 1 dargestellt, welche eine Antriebswelle 2 mit einer Abtriebswelle 3 zur berührungslosen Übertragung eines Drehmoments M, M' verbindet. Die beiden Wellen 2, 3 liegen auf einer gemeinsamen Drehachse 4, sodass ein antriebsseitiger Kupplungsteil 5 relativ zu einem

abtriebsseitigen Kupplungsteil 6 drehbar gelagert ist. Der abtriebsseitige Kupplungsteil 6 umfasst einen abtriebsseitigen zweipoligen Dauermagnet 7, welcher drehfest mit der

Abtriebswelle 3 verbunden ist, insbesondere auf die

Abtriebswelle 3 aufgesteckt ist (vgl. Fig. 2) . Der

abtriebsseitige Dauermagnet 7 ist umfangseitig von einem im Wesentlichen topfförmigen Umleitelement 8 mit einem

hohlzylinderförmigen Mantel 8' und einem den Mantel 8' an einem Ende abschließenden, scheibenförmigen, im Wesentlichen flachen Boden 8'' (vgl. Fig. 2) umgeben. Dabei ist zwischen dem

abtriebsseitigen Dauermagnet 7 und dem Umleitelement 8 ein

Abstand bzw. Spalt vorgesehen, sodass der abtriebsseitige

Kupplungsteil 6 berührungslos mit dem antriebsseitigen

Kupplungsteil 5 gekoppelt ist. Das Umleitelement 8 besteht größtenteils aus ferromagnetischem Material. Der Mantel 8' des Umleitelements 8 ist lediglich in einem schmalen Winkelbereich durch eine diamagnetische Trennung 9 unterbrochen und die

Trennung 9 erstreckt sich außerdem quer über den Boden 8''. Die Trennung 9 teilt das Umleitelement 8 im Wesentlichen in zwei ferromagnetische Hälften bzw. Halbschalen. Eine durch die

Trennung 9 verlaufende Schnittebene steht somit senkrecht auf eine Magnetisierungsrichtung des mit dem Umleitelement 8 verbundenen antriebsseitigen zweipoligen Dauermagnets 10 (vgl. Fig. 2) . Die ferromagnetischen Abschnitte 11, 12 des

Umleitelements 8 sind daher entsprechend dem antriebsseitigen Dauermagnet 10 magnetisiert . Im Fall von mehrpoligen

Dauermagneten 7, 10 wären entsprechende zusätzliche Trennungen im Umleitelement 8 erforderlich, um eine optimale Magnetisierung des Umleitelements 8 zu ermöglichen. Mit der antriebsseitig kegelstumpfförmigen Abschrägung 13 des Umleitelements 8 wird ein möglichst homogener Magnetfeldgradient im Umleitelement 8 erzielt, bzw. werden etwaige durch Inhomogenitäten an den Kanten hervorgerufene Magnetisierungsverluste reduziert.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigte Magnetkupplung 1 im

Längsschnitt dargestellt, wobei zusätzlich der antriebsseitige Kupplungsteil 5 durch ein Gehäuse 14 vom abtriebsseitigen

Kupplungsteil 6 getrennt ist. Das Gehäuse 14 bildet dabei eine hermetische Trennung zwischen den Funktionsbereichen der beiden Kupplungsteile 5, 6. Das antriebsseitige Kupplungsteil 5 mit dem antriebsseitigen Dauermagnet 10 und dem Umleitelement 8 ist drehbar im Gehäuse 14 aufgenommen, wobei das Gehäuse 14 der topfförmigen Ausnehmung im Umleitelement 8 annähernd bis zu einer Vorderseite 15 des antriebsseitigen Dauermagnets 10 folgt und selbst eine entsprechend kleinere topfförmige Ausnehmung 16 zur Aufnahme des abtriebsseitigen Kupplungsteils 6 bildet. Da der Innendurchmesser des Mantels 8' des Umleitelements 8 naturgemäß größer als der Außendurchmesser des darin drehbar angeordneten gegenüberliegenden Kupplungsteils 6 bzw. dessen Dauermagnets 7 ist und zugleich der Dauermagnet 10 des mit dem Umleitelement 8 verbundenen Kupplungsteils 5 den Mantel 8' vorteilhafter Weise radial vollständig ausfüllt, ist dessen Außendurchmesser im Allgemeinen größer als jener des

gegenüberliegenden Dauermagnets 7. Durch den Boden 8'' des Umleitelements 8 aus ferromagnetischem Material werden etwaige zur Rückseite des Dauermagnets 10 austretende Feldlinien über das Umleitelement 8 zur Vorderseite umgelenkt und tragen somit zur Drehmomentübertragung bei. Wie weiters in Fig. 2

ersichtlich, sind die beiden Dauermagnete 7, 10 auf die jeweils zugeordneten Wellen 3, 2 aufgesteckt bzw. entlang der Drehachse 4 von den Wellen 3, 2 durchsetzt.

In Fig. 3 ist die Magnetkupplung 1 mit Blick auf den Boden 8'' des Umleitelements 8 dargestellt, wobei die quer über den Boden 8'' verlaufende diamagnetische Trennung 9, welche den Boden 8'' in zwei halbkreisförmige Hälften teilt, ersichtlich ist.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 2 erweiterte Variante der Magnetkupplung 1, wobei die Vorderseite 15 des mit dem

Umleitelement 8 verbundenen Dauermagnets 10 mit einem

diamagnetischen Abschirmelement 17 versehen ist. Durch das Abschirmelement 17 wird einem Schluss der magnetischen

Feldlinien zwischen den beiden Dauermagneten 7, 10 bei geringen Radien, d.h. in der Nähe der Drehachse 4, entgegengewirkt. Dadurch wird eine Verschiebung der wirkenden Magnetkraft zu größeren Radien, insbesondere zum Umleitelement 8, und somit eine effizientere Drehmomentübertragung erzielt.

Bei den im Folgenden beschriebenen Varianten der Magnetkupplung 1, welche der in Fig. 5 gezeigten schaubildlichen Ansicht entsprechen, ist im Unterschied zu Fig. 1 konstruktionsbedingt an der Rückseite des Umleitelements 8 keine kegelstumpfförmige Abschrägung vorgesehen. Ansonsten ist der grundsätzliche Aufbau identisch mit der in Fig. 1 gezeigten Magnetkupplung 1.

In Fig. 6 und 7 ist eine Variante der Magnetkupplung 1 gezeigt, bei der der ferromagnetische Boden 8'' des Umleitelements 8 (vgl. Fig. 2 und 4) durch ein diamagnetisches Abschirmelement 18 an der Rückseite 19 des mit dem Umleitelement 8 verbundenen Dauermagnets 10 ersetzt ist. Durch das Abschirmelement 18 werden rückseitig austretende Feldlinien des Magnetfelds zwischen den Dauermagneten 7, 10 der beiden Kupplungsteile 5, 6 vermieden, sodass an der Außen- und Vorderseite ein entsprechend höheres Magnetfeld erzielt wird. Eine Trennung 9 wie beim

ferromagnetischen Boden 8'' (vgl. Fig. 3) ist bei dem

Abschirmelement 18 nicht erforderlich. Zur Befestigung des

Abschirmelements 18 im Umleitelement 8 weist der Mantel 8' des Umleitelements 8 am geschlossenen Ende eine Verjüngung 20 auf, in welche das Abschirmelement 18 eingepasst ist. Der Mantel 8' umgibt demzufolge sowohl den damit drehfest verbundenen

Dauermagnet 10 und den gegenüberliegenden Dauermagnet 7 als auch das Abschirmelement 18.

Eine weitere alternative Aus führungs form der Magnetkupplung 1 ist in Fig. 8 und 9 gezeigt, wobei das Umleitelement 8 hier anstelle des Bodens 8'' einen Zwischenboden 21 etwa auf halber Höhe des Mantels 8' aufweist. Der Zwischenboden 21 weist - wie der Boden 8'' (vgl. Fig. 3) - einen quer durch die Drehachse 4 verlaufenden Trennstreifen 22 auf. Beidseitig des Zwischenbodens 21 bildet das Umleitelement 8 somit topfförmige Ausnehmungen 23, 24 aus, wobei in die antriebsseitige Ausnehmung 23 der

antriebsseitige Dauermagnet 10 und im Anschluss daran ein scheibenförmiges diamagnetisches Abschirmelement 25 aufgenommen und drehfest verbunden ist. Die abtriebsseitige Ausnehmung 24 umgibt dementsprechend den abtriebsseitigen Dauermagnet 7.

Gegenüber der in Fig. 6 gezeigten Variante der Magnetkupplung 1 bietet die Variante gemäß Fig. 8 eine bessere Formstabilität des Umleitelements 8 und somit eine höhere mechanische Belastbarkeit der Magnetkupplung 1 im Sinne der Fertigung.

Die in Fig. 10 und 11 gezeigte Variante der Magnetkupplung 1 entspricht im Wesentlichen der in Fig. 8 und 9 gezeigten

Ausführungsform, wobei lediglich anstelle des diamagnetischen Abschirmelements 25 ein ferromagnetischer Boden 26 vergleichbar dem Boden 8' ' des Umleitelements 8 gemäß Fig. 2 und 3 in die antriebsseitige Ausnehmung 23 eingesetzt ist. Der eingesetzte Boden 26 weist dabei zweckmäßig ebenfalls einen diamagnetischen Trennstreifen 27 auf, welcher den Boden 26 in zwei

halbkreisförmige Hälften teilt und so einen Schluss des

magnetischen Kreises zwischen den beiden Polen des Dauermagnets 10 über die Rückseite des Kupplungsteils 5 verhindert.