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Zentrifugalkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugalkupplung mit einem an der Antriebswelle mitdreh- bar angeordneten Gehäuse und wenigstens einer in diesem Gehäuse vorgesehenen Scheibe, die mit der
Abtriebswelle in Verbindung steht, wobei im Gehäuse eine zwischen diesem und der Scheibe wirksame Füllung aus körnigem od. ähnl. Material vorgesehen ist. Solche Kupplungen werden für das Anlaufen von durch einen Motor angetriebene Arbeitsmaschinen verwendet, insbesondere von Arbeitsmaschinen mit grossem Beharrungsvermögen.
Zentrifugalkupplungen im allgemeinen und solche, die mit Pulver oder körnigem Material arbeiten, sind bereits seit langem bekannt. Die Hauptaufgabe einer derartigen Kupplung besteht darin, beim Anlauf eines Maschinensatzes die Verbindung zwischen der Antriebsmaschine, die meist aus einem Asynchronmotor besteht, und der angetriebenen Maschine zu trennen.
Weitere Anforderungen, die an solche Kupplungen gestellt werden, sind folgende : a) Sie sollen die mechanischen Voraussetzungen schaffen, um eine bestimmte Maschine zum Anlauf zu bringen, deren Anlaufmoment grösser als das Anzugsmoment des Elektromotors ist und das der Motor erst überwinden kann, wenn er seine solle Drehgeschwindigkeit erreicht hat, was eben durch die Kupplung ermöglicht wird. b) Die bei kleinsten Drehzahlen eines Elektromotors auftretenden hohen Stromstärkensollenauf einen Minimalwert gedrosselt und zeitlich auf Bruchteile von Sekunden begrenzt werden.
Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn es sich um eine grössere Maschine mit beträchtlicher Leistung handelt. c) Es soll ein stufenloser, allmählicher Anlauf von Maschinen erzielt werden, die keine zu plotz- liche Beschleunigung erfahren dürfen, weil diese zu Beschädigungen führen könnte. d) Die Verwendbarkeit als Sicherheitsorgan, wenn das Widerstandsmoment eine zulässige Höhe übersteigt. In diesem Fall wird die Verbindung zwischen der Antriebs- und der Arbeitsmaschine durch die Kupplung getrennt, so dass beide Maschinen vor Beschädigungen bewahrt werden.
Von den bekannten Zentrifugalkupplungen sind für den gegenständlichen Zweck insbesondere jene Ausführungen geeignet, die aus einem an der Motorwelle sitzenden Gehäuse und auf dem angetriebenen Wellenstumpf aufgekeilten Scheiben bestehen, die im Gehäuse angeordnet sind, in welchem eine Füllung aus Pulver oder körnigem Material mit möglichst kugelförmigen Teilchen vorgesehen ist. Das im Gehäuse vorhandene Material überträgt das Drehmoment vom Gehäuse auf die direkt oder indirekt mit dem Abtrieb gekuppelten Scheiben. Das pulverförmige oder körnige Material verhält sich in gewissem Sinne wie eine Flüssigkeit und wirkt über Reibungskräfte, die durch Zentrifugalwirkung oder auf andere Weise, insbesondere auch aufgrund ihrer Trägheit, erzeugt werden, auf die mit der angetriebenen Welle fest verbundenen Scheiben.
Die bekannten Kupplungen weisen jedoch in verschiedenen Fällen auch Nachteile auf. Beispielsweisekann die unter a) genannte Anforderung, die an sich äusserst nützlich ist, der unter d) angeführten Anforderung nachteilig entgegenwirken ; denn eine entsprechend bemessene Kupplung überträgt schon nach wenigen Bruchteilen von Sekunden vom Augenblick des Einschaltens eines elektrischen Antriebs-
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motors an auf die Arbeitsmaschine ein beträchtliches Drehmoment, welches erhebliche Beschleunigun- gen hervorruft, die zu Brüchen oder sonstigen Schäden führen können.
Die Erfindung beseitigt nun die bei den bekannten Zentrifugalkupplungen auftretenden Nachteile und bewirkt, dass das Anzugsmoment nur allmählich ansteigt. Erfindungsgemäss wird dies dadurch er- reicht, dass bei der eingangs genannten Kupplungsbauart die Innenwand des Gehäuses mit mindestens einer blankpolierten ringförmigen Fläche versehen ist. Die beim Anlaufen zwischen dem körnigen Ma- terial und der Innenwand des Gehäuses auftretende Reibung wird dabei durch die glatte, blankpolierte
Ringfläche begrenzt und gesteuert. Dadurch ist die Grösse des übertragenen Drehmoments nicht wie bei den bisher bekannten Kupplungen ausschliesslich von der Drehzahl der mit dem Gehäuse verbundenen
Antriebswelle abhängig, sondern darüber hinaus auch eine Funktion der Zeitspanne, während der das körnige Material wirksam ist und das Drehmoment auf die Abtriebswelle überträgt.
Der Anlauf der Ar- beitsmaschine erfolgt dadurch innerhalb einer bestimmten Zeitspanne allmählich, wobei das Verhalten bestimmter Motortypen, beispielsweise von Asynchronmotoren mit Kurzschlussläufer, deren Drehmo- ment-Drehzahl-Kennlinie eine erhebliche Einbuchtung aufweist, praktisch abgeändert wird.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Zentrifugalkupplung im Schnitt, Fig. 2 ein Diagramm mit der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines gewöhnlichen Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer sowie mit den Übergangskurven des in Abhängigkeit von der Zeit übertragenen Drehmoments und in Fig. 3 ist schliesslich ein der Fig. 2 ähnliches Diagramm dargestellt, das das Verhalten eines Asynchronmotors, dessen Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eine beträchtliche Einbuchtung aufweist, zeigt.
Gemäss Fig. 1 besteht die Kupplung aus einem Gehäuse 1, das an der Antriebswelle 2 mitdrehbar befestigt ist. In diesem Gehäuse befindet sich eine Füllung aus körnigem Material 3 oder Pulver, in das eine auf der angetriebenen Welle 4 sitzende Scheibe 5 eintaucht. Die Scheibe 5, die auf der Abtriebswelle 4 beispielsweise aufgekeilt ist, ist zur Achse der Welle 4 geneigt angeordnet.
Eine solche Zentrifugalkupplung überträgt beim Anlaufen von der Antriebswelle 2 auf die Abtriebswelle 4 ein der Kurve T in Fig. 2 entsprechendes Drehmoment, das ausschliesslich von der vom Gehäuse 1 im jeweiligen Augenblick erreichten Drehzahl abhängig ist. Unter diesen Umständen erfolgt der Anzug eines über eine solche Kupplung an eine beliebige Arbeitsmaschine angekuppelten Antriebsmotors praktisch augenblicklich, weil der Motor aufgrund der Kupplung beim Anlaufen durch die Arbeitsmaschine praktisch nicht belastet wird, so gross oder schwer diese auch sein mag, und derselbe daher sofort seine dem Schnittpunkt D in Fig. 2 entsprechende Drehzahl erreicht. Der Motor überträgt somit praktisch augenblicklich-nur wenige Bruchteile von Sekunden nach der Stromeinschaltung-das gesamte dem Punkt D in Fig. 2 entsprechende Drehmoment.
Dieses plötzlich einsetzende grosse Drehmoment kann in bestimmten Fällen eine übermässige Beschleunigung der Maschine hervorrufen.
Erfindungsgemäss ist nun wenigstens ein Teil der Innenwandung des Gehäuses 1 der in Fig. 1 dargestellten Zentrifugalkupplung, insbesondere der Umfang, geglättet und auf Hochglanz poliert, so dass das körnige Material 3 unter geringer Reibung oder unter vorherbestimmter Reibung auf diesen geglättetenFlächen gleiten kann. Durch diese einfache Massnahme ergibt sich überraschenderweise eine besondere Eigenart der Kupplung, die darin besteht, dass in den in Fig. 2 durch die Kurven t, t, t. t4 und t angedeuteten Augenblicken des Anlaufvorganges die Kupplung bei gleicher Drehzahl ihrer Scheibe 5 (und der Abtriebswelle 4) verschiedene Drehmomente überträgt, die nur allmählich auf den durch die Kurve T dargestellten Wert anwachsen.
Dadurch entsteht ein allmählicher und sanfterer Anlauf als bei den bisher bekannten Ausführungen, was von andern Zentrifugalkupplungen meistens unberechtigterweise behauptet wird.
Die allmähliche Zunahme des durch die erfindungsgemässe Kupplung übertragenen Drehmoments erlaubtdieLösung des wichtigen Problems, das auftritt, wenn Asynchronmotoren sehr hoher Leistung zur Verwendung gelangen, deren Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie die aus Fig. 3 ersichtliche Einbuchtung aufweist. In diesem Fall würde bei Verwendung einer Kupplung, deren Drehmomentverlauf von der Zeit unabhängig und nur von der Drehzahl abhängig ist sowie von Anfang an der Kurve T entspricht, der Motor aufgrund der Kupplung auf eine Drehzahl gebracht werden, die nicht dem Punkt D sondern lediglich dem Punkt A in Fig. 3 entsprechen würde. Die Zentrifugalkupplung würde somit verhindern, dass der Motor seine richtige Nenndrehzahl erreicht, was jedenfalls nachteilig wäre.
Zu beachten ist ausserdem, dass ein anderer Betriebspunkt die Stelle B sein könnte. Dieser Betriebspunkt B wäre
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jedoch unstabil und würde nicht verhindern, dass der Motor seine dem Punkt D entsprechende Drehzahl erreicht. Da aber die dem Punkt A entsprechende Drehzahl unter derjenigen des Punktes B liegt, ist diese Überlegung eigentlich belanglos.
Wie bereits erwähnt, sieht die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemässe Kupplung ausser einer geglätteten, blankpolierten Innenfläche des Gehäuses 1 eine unter einem bestimmten Winkel zur Abtriebswelle 4 geneigte Anordnung der Scheibe 5 vor. Durch diese Massnahme wird das geschilderte Ver- halten der erfindungsgemässenZentrifugalkupplung verbessert und kann verschiedenen Anforderungen angepasst werden.