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Elektromagnetische Induktionskupplung
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Luftspaltwerden, die, je nach dem Anwendungszweck der Erfindung, die Magnetspule in ihrer Wirkung unterstützen oder der Kraftwirkung dieser entgegen geschaltet sind. Derartige Kombinationen kommen zur Anwendung, wenn beispielsweise nach Abschaltung der Spule ein bestimmtes Haft- oder Bremsmoment stets vorhanden sein soll oder die Remanenz kompensiert werden muss.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke liegt mithin in der Überlagerung der eingangs geschilderten bekannten Wirbelstrom- und Induktions-Charakteristik.
Entsprechend dem gewünschten Drehmomentenverlauf können das Läufereisen sowie der Kurzschlusskäfig qualitativ und quantitativ unterschiedlich bemessen werden. Bei entsprechendem Verhältnis lässt sich ein Drehmomentenverlauf erzielen, der bei eintretendem Schlupf steil ansteigt und dann fast konstant bleibt. bis der Schlupf = l, d. h. Stillstand eines Kupplungsteiles erreicht wird. Damit sind die Möglichkeiten für die Benutzung der Kupplung als Drehzahlregelorgan gegeben.
Speziell diesem Verwendungszweck entsprechend ist die Scheibenbauart, d. h. die Anordnung des Luftspaltes senkrecht zur Kupplungsachse, besonders günstig, da die während der Drehzahlregelung auftretende Verlustwärme gut abgeführt werden kann. Hiezu ist der Rotorträger mit Luftdurchtrittsöffnungen und einem als Ventilator wirkenden Schaufelkranz versehen. Dank der Wirkung der beiden Polzahnkränze ist auch während des Regelbetriebes, bei dem beispielsweise der'Rotor mit geringerer Umdrehungszahl umläuft als das mit konstanter Drehzahl umlaufende Magnetsystem, eine gute Kühlung gesichert.
Gemäss vorliegender Erfindung ist die mit dem Antriebsorgan fest verbundene, die Schleifringe zur Stromübertragung tragende Nabe über einen elastischen oder starren Flansch mit dem Polsystem kraftschlüssig.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird von den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt im oberen Teil die Kupplung im Schnitt, im unteren Teil. in Ansicht, Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte nach der gebrochenen Linie A-A der Fig. l, Fig. 4 zeigt verschiedene Polformen, Fig. 5
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In der Fig. l, die die Kupplung teilweise im Schnitt zeigt, stellt 1 die Nabe mit einem angegossenen Kranz dar, welcher niitPolzähnen9versehen ist. Auf der Nabe befindet sich der Spulenkörper 3, der die Magnetwicklung 2 trägt. Mit der Nabe 1 ist der mit l* bezeichnete zweite Kranz fest verbunden, so dass ein U-fëirmiges Polsystem entsteht. Der Schleifringkörper 5 sitzt auf der Welle 7 des Antriebsorgans und bildet über die elastische Scheibe 4 den Kraftschluss zur Nabe. Er ist mittels Keil 8 gegen Verdrehung gesichert. Die Magnetspule 2 ist mit den Schleifringen 6 elektrisch verbunden. Auf der Welle 16 sitzt; mittels Keil 17 gegen Verdrehung gesichert, der Rotorträger 12, an dem der eigentliche Rotor 10 angebracht ist.
Der Rotor greift radial zwischen die Polzähne und bildet beidseitig gleiche Luftspalte von zirka 1 bis 4 mm. Das Rotoreisen 11 wird durchsetzt von einem Käfigsystem, dessen Stäbe 19 aus elektrisch gut leitendem Flachmaterial über die gesamte Länge des Rotors hinweggehen und mit den Kurzschlussringen 20, verbunden sind. Zur Erzielung einer den Rotor bespülenden Luftströmung ist auf dem dem Rotorträger abgekehrten Polkranz eine Abdeckung 21 vorgesehen in der Art, dass ein Luftaustrittspalt unter den Ventilator-Schaufeln 22 entsteht.-
Während der Rotation des angetriebenen Teiles und auch während der Rotation beider Kupplungsteile ergeben sich damit Kühlluftströmungen, die in der durch Pfeil angegebenen Weise die Kupplung durchströmen. Zu diesem Zweck sind im Rotorträger Durchbrüche 13 und 15 angeordnet.
Der Rotorträger 12 verfügt weiterhin über Verstärkungsrippen 14, die ausserdem für eine Vergrösserung der Abkühlfläche sorgen. Die Wälzlager 18 gestatten die Relativdrehung beider Kupplungsteile.
In den Fig. 2 und 3 sind die Anordnungen der Rotorstäbe veranschaulicht. Durch Auswahl eines Flachmaterials, welches sich über die gesamte Rotorlänge erstreckt, werden mit Hilfe der Kurzschlussringe Schleifen von erheblicher Länge in der Art eines Hochstabläufers von Asynchronmotoren gebildet.
Der dargestellte Rotor weist eine extrem grosse Hochstabausführung auf, da die "Stäbe" hiebei Plat- ten sind, die, ebenfalls senkrecht zum Magnetfluss liegend, den gesamten Raum zwischen beiden Luftspalten einnehmen und dabei die bekannten Stromverdrängungseffekte erzielen. Die dritte Möglichkeit "Doppelstäbe" besagt eine Anordnung von zwei Stäben im Rotoreisen in unmittelbarer Nähe der beiden Luftspalte und zwei Stäbe eventuell anderer Querschnittsgrösse, zwischen den erstgenannten vorgesehen.
Das heisst, dass vier Stäbe hintereinanderliegend in jeder Rotorteilung vorhanden sind.
Fig. 4 stellt verschiedene, zur Erzielung bestimmter Charakteristiken geeignete Polformen dar.
Fig. 5. lässt die Zunahme des Drehmoments mit steigender Relativdrehzahl beider Kupplungsteile erkennen. Kurve"a"bedeutet den Verlauf einer reinen Wirbelstromkupplung, während"b"den Verlauf der typischen Induktions-Kupplung mit hohem Kippmoment, ähnlich den Asynchronmotoren, darstellt.
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Fig. 6 charakterisiert den Drehmomentenverlauf einer sogenannten Synchronkupplung. Hierin wird klar ersichtlich, dass das grösste übertragbare Moment bei Gleichlauf beider Kupplungsteile vorhanden ist.
Fig. 7 zeigt die Drehmomentenlinie der erfindungsgemässen Kupplung. In ihr sind physikalisch die Wirbelstrom- und Asynchrorl-Drehmomentenkennlinie überlagert und ergeben also einen steilen Anstieg und einen annähernd gleichbleibenden Wert bei zunehmender Relativdrehzahl.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt besonders in dem hohen Drehmoment bei maximaler Rela- tivdrehzahl, welches auch bei Verkleinerung des Schlupfes fast konstant bleibt. Erst bei sehr kleinem
Schlupf fällt das Drehmoment stark ab. Diese Erscheinung befähigt die Kupplung, Drehzahlregelungen über einen weiteren Bereich zu übernehmen. Das schon bei Maximalschlupf vorhandene grosse Drehmo- ment verleiht der Kupplung eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit, die besonders bei schnellen Umsteue- rungen von grosser Bedeutung sein kann.
Je nach Ausführung des Erfindungsgedankens, als Bremse oder als Kupplung, und entsprechend der ge- wünschten Charakteristik kann das Rotoreisen massiv sein oder aus Einzelblechen bestehen, wie es im i Elektromotoren-und Transformatorenbau üblich ist. Im ersten Fall ist der Anteil der Wirbelstromverluste grösser als beim zweiten Fall. Da die Wirbelstromverluste bekanntlich Einfluss nehmen auf die Drehmo- menten-Charakteristik, besteht durchMaterial-Auswahl auch eine Möglichkeit zur Veränderung des Kenn- linienverlaufes des Gegenstandes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Induktionskupplung oder Bremse, bestehend aus einer angetriebenen, zentral angeordneten auf einer magnetisch leitenden Nabe sitzenden Gleichstrom-Spule, welche mit den beidseitig vorgesehenen kraft- schlüssig verbundenen Polplatten ein U-förmiges Magnetsystem bilden, in dessen kreisringförmigem Luft- spalt der an einer Glocke befestigte, zwei gleich grosse Luftspalte innerhalb des magnetischen Kreises bil- dende Läufer als Abtrieb wirkt, welcher Läufer sich aus elektrisch und magnetisch gut leitendem Material zusammensetzt und in dem sich im Bereich der Schlupfdrehzahlen starke Wirbelströme bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenläufer aus kompakten Segmenten (11) aus magnetisch gut leitendem
Material gebildet ist, die, in gleichen Abständen zueinander angeordnet, einen Ring bilden,
der in axia- ler Richtung von den beiden gleich grossen Luftspalten begrenzt wird und in radialer Richtung der Höhe der Polzähne (9) gleicht, während die Abstände der Segmente durch querschnittgleiche Stäbe bzw. Plat- ten aus elektrisch gut leitendem Material ausgefüllt sind, die ausserhalb des magnetischen Weges mit je einem innen und aussen an den Segmenten fest anliegenden Ring aus ebenfalls elektrisch gut leitendem
Material verbunden sind, derart" dass ein Kurzschlusskäfig entsteht, bei dem die Anzahl der Segmente grundsätzlich von der Anzahl der Magnetpolpaare abweicht.