DE10215488A1

DE10215488A1 - Magnetisches Getriebe

Info

Publication number: DE10215488A1
Application number: DE2002115488
Authority: DE
Inventors: Uli Streich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Beschrieben wird ein magnetisches Getriebe, insbesondere für Gasturbinen, mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, die jeweils mit wenigstens einem Rotationskörper, insbesondere einer Kreisscheibe, drehfest verbunden sind. Die Rotationskörper sind entweder aus permanentmagnetischem Material ausgebildet und weisen auf einem Teilkreis angeordnete Magnetisierungsbereiche auf oder sind mit auf einem Teilkreis angeordneten Permanentmagneten bestückt. Dabei stehen die der Antriebswelle zugeordneten Magnetisierungsbereiche bzw. Permanentmagnete berührungslos in Wirkverbindung mit den der Abtriebswelle zugeordneten Magnetisierungsbereiche bzw. Permanentmagneten, wobei die Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungsbereiche bzw. der Permanentmagnete jeweils senkrecht zur Oberfläche des Rotationskörpers orientiert ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, n Abtriebswellen vorzusehen - wobei n ganzzahlig und größer/gleich zwei ist - die untereinander synchronisiert und relativ zur Antriebswelle in einer n-zählig axialsymmetrischen Anordnung angeordnet sind. Gemäß Vorschlag sind die Rotationskörper der Abtriebswellen hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften identisch ausgebildet und jeweils ein Rotationskörper einer jeden Abtriebswelle steht mit ein und demselben Rotationskörper der Antriebswelle in Wirkverbindung.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Getriebe, insbesondere für Gasturbinen, mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, die jeweils mit wenigstens einem Rotationskörper, insbesondere einer Kreisscheibe, drehfest verbunden sind, der seinerseits jeweils entweder aus permanentmagnetischem Material ausgebildet ist und auf einem Teilkreis angeordnete Magnetisierungsbereiche aufweist, oder jeweils mit auf einem Teilkreis angeordneten Permanentmagneten bestückt ist. Dabei stehen die der Antriebswelle zugeordneten Magnetisierungsbereiche bzw. Permanentmagnete berührungslos in Wirkverbindung mit den der Abtriebswelle zugeordneten Magnetisierungsbereichen bzw. Permanentmagneten, wobei die Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungsbereiche bzw. der Permanentmagnete jeweils senkrecht zur Oberfläche des Rotationskörpers orientiert ist.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die Wellenleistung von Gasturbinen entweder mit Zahnradgetrieben oder mit Zahnriemengetrieben abzugreifen. Dabei wird die Hauptanwendung der Erfindung auf dem Gebiet der Kleingasturbinen gesehen. Die hohe Drehzahl der Turbinen, die derzeit bei 80.000-90.000 Umdrehungen pro Minute liegt, führt dazu, daß die Komponenten der genannten Getriebe extrem hohen Belastungen ausgesetzt sind. Dementsprechend aufwendig und kostspielig ist deren Herstellung, da nur spezielle Werkstoffe und besondere Herstellungsverfahren zur Anwendung kommen. Trotz dieser speziellen Maßnahmen weisen die einzelnen Komponenten der genannten Getriebe nur eine geringe Lebensdauer auf, da sie aufgrund der extremen Belastung einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind. Infolge der geringen Lebensdauer wird in nachteiliger Weise auch die Zuverlässigkeit der genannten Komponenten stark eingeschränkt. Zudem unterliegen Zahnrad- und Zahnriemengetriebe unter den vorliegenden Betriebsbedingungen strengen Anforderungen, um ein einwandfreies Funktionieren zu gewährleisten. Hierzu gehören insbesondere eine sehr genaue Justierung, ein definiertes Zahnflankenspiel bzw. eine definierte Riemenspannung und eine insgesamt aufwendige Montage. Die dargelegten Randbedingungen führen insgesamt zu hohen Kosten bei Herstellung, Reparatur, Montage und Wartung der nach dem Stand der Technik eingesetzten Getriebe.

Bei Zahnriemenantrieben ist als weiterer Nachteil die Biegebelastung der Turbinenwelle durch die Zugkräfte des Riemens anzusehen.

Da bei vorgenannten Wellenleistungen die Gasturbinen heute in der Regel in ihrer Größe überdimensioniert sind und mit verminderter Drehzahl laufen, um Gebiete mit brauchbarer Lebensdauer zu erhalten, geht die Tendenz dahin, kleinere Turbinen einzusetzen. Mit Verkleinerung der Turbinen steigt jedoch auch die Drehzahl des Turbinenläufers an. In naher Zukunft werden daher Turbinen zum Einsatz kommen, deren Drehzahlen bei 120.000 bis 150.000 Umdrehungen pro Minute liegen. An Vorrichtungen zur Leistungsabnahme von der Turbinenwelle werden dann noch wesentlich größere Anforderungen gestellt, die mit den heute eingesetzten Zahnrad- und Zahnriemengetrieben jedoch kaum zu erfüllen sind.

Im Rahmen vorliegender Erfindung sind dem Stand der Technik insbesondere auch die bekannten Magnetgetriebe zu zurechnen.

In der DE 42 23 827 wird ein Getriebe angegeben, das zwei zueinander parallele Wellen aufweist, von denen jede mit einem Scheibenrad ausgerüstet ist. Die Scheibenräder sind mit ringförmig angeordneten Permanentmagneten bestückt, die in Umfangsrichtung wechselnde Polarität aufweisen. Dabei sind die Magnete bei wenigstens einem Scheibenrad in axialer Richtung in zwei Ebenen angeordnet, so daß zwischen den Magneten der beiden Ebenen ein Luftspalt entsteht, in den die Magnete des anderen Scheibenrades berührungslos eingreifen. Verwandte Ausführungen sind auch der DE-AS 10 24 461 zu entnehmen.

Diesen bekannten Anordnungen haftet jedoch der Nachteil an, daß die Antriebswelle nicht frei von Querkräften und/oder axialen Kräften und/oder um eine zur Wellenachse senkrechte Richtung wirkenden Momenten ist. Für den Einsatz bei Gasturbinen sind diese Magnetgetriebe daher nicht geeignet.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein insbesondere für den Einsatz an Gasturbinen geeignetes Magnetgetriebe anzugeben, das die Nachteile bekannter Getriebe vermeidet und auch für die hohen Drehzahlbereiche der künftigen Gasturbinengeneration einsetzbar ist. Dabei ist der Aufwand bei Herstellung, Reparatur, Montage und Wartung des Getriebes vergleichsweise gering und der Verschleiß der Getriebekomponenten auf ein Minimum reduziert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

- n Abtriebswellen, mit n ganzzahlig und größer/gleich zwei, vorgesehen sind,
die untereinander synchronisiert
und relativ zur Antriebswelle in einer n-zählig axialsymmetrischen Anordnung angeordnet sind,
- die Rotationskörper der Abtriebswellen hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften identisch ausgebildet sind,
- und jeweils ein Rotationskörper einer jeden Abtriebswelle mit ein- und demselben Rotationskörper der Antriebswelle in Wirkverbindung steht.

Magnetgetriebe weisen üblicherweise eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle auf, die drehfest jeweils mit wenigsten einem Rotationskörper, vorzugsweise einer Scheibe, verbunden sind, die ihrerseits jeweils entlang eines Teilkreises mit Magneten bestückt sind. Dabei sind Antriebs- und Abtriebswelle in einem solchen Abstand zueinander angeordnet, daß die auf deren Rotationskörpern angeordneten Magnete berührungslos in Wirkverbindung miteinander treten. In Abweichung zu Getrieben nach dem Stand der Technik sind bei vorliegendem Getriebe mehrere Abtriebswellen vorgesehen, die einem wesentlichen Gedanken der Erfindung entsprechend bezüglich der Antriebswelle in einer n-zählig axialsymmetrischen Anordnung angeordnet sind. Dabei ist n gleich der Anzahl der Abtriebswellen und kann alle Werte größer/gleich 2 annehmen. Geht man beispielsweise von drei Abtriebswellen aus, ist gemäß vorliegender Erfindung vorgesehen, daß die drei Wellen jeweils in einem Winkelabstand von 120 Grad um die Antriebswelle herum angeordnet sind. Dabei ist es für die Erfindung unerheblich, ob die Wellen parallel zur Antriebswelle ausgerichtet sind oder mit der Antriebswelle jeweils einen Winkel größer Null Grad einschließen.

Nimmt man zur Vereinfachung der weiteren Darlegung zueinander parallele Wellen und als Scheiben ausgebildete Rotationskörper an, dann ist jede der Abtriebswellen mit wenigstens einer koaxial zur Welle angeordneten Scheibe ausgestattet, die in der Regel gleich groß ausgebildet sind. Wesentlich hierbei ist jedoch, daß die Scheiben hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften einander identisch sind, d. h. von Scheibe zu Scheibe sind Anzahl, Stärke, Durchmesser und gegenseitiger Abstand der Magnete und die Durchmesser der Teilkreise, entlang derer die Magnete angeordnet sind, einander gleich. Je eine Scheibe der Abtriebswellen tritt in Wirkverbindung mit ein- und derselben Scheibe der Antriebswelle, die ihrerseits auf einem in der Regel wesentlich kleineren Teilkreis angeordnete Magnete aufweist.

Die Wirkverbindung zwischen den Scheiben von Antriebs- und Abtriebswellen wird in an sich bekannter Weise hergestellt. Hiernach sind die Wellen so zueinander angeordnet, daß beide Scheiben sich berührungslos soweit überlappen und deren Magnete - durch einen Luftspalt voneinander getrennt - einander gegenüberstehen. Dabei ist die Polung der Magnete in der Regel so gewählt, daß einander gegenüber liegende Polflächen unterschiedliche Polarität aufweisen.

Wird eine der Wellen in Drehbewegung versetzt, dann überträgt sich diese Bewegung aufgrund der zwischen den Scheiben wirkenden Magnetkräfte auf die andere Scheibe. Im Fall vorliegender Erfindung wird durch die Drehung der Antriebswelle eine Bewegung mehrerer Abtriebswellen veranlaßt, wobei die Bewegung der einzelnen Wellen synchron zueinander verläuft. Das Verhältnis aus der Anzahl der Magnete der der Antriebswelle zugeordneten Scheibe und der mit dieser Scheibe wechselwirkenden Scheibe einer jeden Abtriebswelle ergibt das Untersetzungsverhältnis des Getriebes. Für die bevorzugte Verwendung des Getriebes an Gasturbinen sind hierbei hohe Untersetzungen vorgesehen, um die extrem hohen Tourenzahlen des Turbinenläufers auf leichter beherrschbare Tourenzahlen zu reduzieren. Dementsprechend weisen die der Antriebswelle zugeordnete Scheibe eine geringe, die den Abtriebswellen zugeordneten Scheiben jeweils eine hohe Anzahl an Magneten auf.

Nach einem Kerngedanken der Erfindung sind die Abtriebswellen axialsymmetrisch bezüglich der Antriebswelle angeordnet. Dieser symmetrische Aufbau des Magnetgetriebes führt dazu, daß die zwischen den Scheiben von Abtriebswellen und Antriebswelle herrschenden Magnetkräfte ebenfalls axialsymmetrisch bezüglich der Antriebswelle ausgebildet sind. Die vorteilhafte Folge hiervon ist, daß die Resultierende aller auf die Antriebswelle einwirkenden Radialkräfte gleich Null ist. Auf die Antriebswelle des erfindungsgemäßen Magnetgetriebes wirken somit weder in radiale Richtung weisende Kräfte noch Quermomente um eine zur Wellenachse senkrechte Achse ein. Die in diesem Sinne kräftefreie Ankopplung von Antriebs- und Abtriebswelle macht vorliegendes Magnetgetriebe für Einsatzfälle mit extrem hochtourig laufenden Antriebswellen, wie bei Gasturbinen, besonders geeignet.

Als wesentlicher Vorteil bei einer Anwendung zur Abnahme der Wellenleistung erweist sich auch die berührungslose Kopplung von Turbinenwellen und Magnetgetriebe. Sie führt dazu, daß die Ausrichtung der Turbinenwelle relativ zu den Komponenten des Getrieben keine hohe Präzision erfordert. Hierdurch wird der Grenzwert für die maximal zulässigen Umdrehungszahlen wesentlich erhöht, so daß Getriebe der vorgeschlagenen Art auch für zukünftige Turbinengenerationen mit wesentlich gesteigerten Umdrehungszahlen des Turbinenläufers einsetzbar sind.

Die berührungslose Kopplung verringert auch den Aufwand bei Montage und Reparatur in erheblichem Umfang. Die Kopplung zwischen Turbine und Getriebe wird bei der vorgeschlagenen Ausführung des Getriebes einfach dadurch hergestellt, daß anstelle der Verdichtermutter die als Wellenstumpf ausgebildete Antriebswelle mit zugehöriger Scheibe auf die Turbinenwelle aufgesetzt wird. Hierbei ist keinerlei Konstruktionsänderung an der Turbine erforderlich. In manche Anwendungsfällen ist eine Umstellung des Turbinenrades von Schub- auf Wellenleistungsturbine zu empfehlen, die jedoch meist nicht zwingend erforderlich ist.

Für den Einsatz bei hohen Tourenzahlen wirkt sich ebenfalls als Vorteil aus, daß das erfindungsgemäße Getriebe nur wenige bewegliche Teile aufweist. Insbesondere sind die hohen Touren ausgesetzten Komponenten im allgemeinen auf eine mit Magneten besetzte Scheibe der Antriebswelle beschränkt, die zudem in der Regel einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweist. Die schnell bewegten Massen des Getriebes fallen hierdurch sehr gering aus, wodurch dessen Einsatz bei hohen Touren begünstigt wird.

Die geringe Anzahl von beweglichen Teilen führt darüber hinaus auch

- zu einem geringen Verschleiß des Getriebes
- zu geringen Leistungsverlusten aufgrund der geringen Reibung
- und zu einem konstruktiv einfachen Aufbau des Getriebes.

Dabei wirken sich der geringe Verschleiß und die geringen Leistungsverluste vorteilhaft auf die laufenden Betriebskosten aus. Der geringe Verschleiß führt darüber hinaus gegenüber herkömmlichen Getrieben zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer und somit zu einer wesentlich höheren Zuverlässigkeit der Komponenten und des Getriebes insgesamt. Infolge des einfachen Aufbaus lassen sich Getriebe der vorgeschlagenen Art auch kostengünstig herstellen.

Im Ergebnis weisen Getriebe gemäß vorliegender Erfindung, insbesondere bei deren Einsatz an Gasturbinen, eine hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringen Kosten für Herstellung, Reparatur, Montage und Wartung auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die genannten Rotationskörper jeweils als ebene Kreisscheiben ausgebildet, deren Wirkungsweise im vorangehenden Teil der Beschreibung bereits hinreichend dargelegt wurde.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind auch Rotationskörper vorgesehen, die jeweils als

- Zylinder
- oder Kegel
- oder Kegelstümpfe
- oder Walzen
- oder Walzen und ebene Kreisscheiben

ausgebildet und drehfest mit den jeweiligen Wellen verbunden sind. Diese Elemente wirken bei dem erfindungsgemäßen Getriebe in vergleichbarer Weise zusammen, wie Zahnräder bei einem Zahnradgetriebe. Dabei sind jedoch anstelle der Zähne auf jedem Rotationskörper entlang eines Teilkreises Permanentmagnete vorgesehen und Antriebs- und Abtriebswelle sind so angeordnet, daß die Magnete der ihnen zugeordneten Rotationskörper sich einander gegenüberstehen, ohne sich jedoch zu berühren. Der Luftspalt zwischen den einander gegenüber liegenden Magneten wird dabei möglichst klein gehalten, da die zwischen beiden Wellen übertragbaren Momente um so größer werden, je kleiner die Größe des Luftspaltes ist. Die Orientierung der Magnetisierung ist jeweils senkrecht zur Oberfläche der sich einander gegenüber stehenden Bereiche der Rotationskörper ausgebildet, wobei die an beiden Ufern des Luftspaltes gegenüber liegenden Magnete in der Regel entgegengesetzte Polung aufweisen. Es gilt auch bei den angeführten Rotationskörpern, daß anstelle der Permanentmagnete die Körper selbst aus permanentmagnetischem Material ausgebildet sein können und auf einem Teilkreis angeordnete Magnetisierungsbereiche aufweisen.

Die zwischen Antriebs- und Abtriebswelle übertragbaren Momente hängen von etliche Parametern ab, wie Stärke, Durchmesser und gegenseitigem Abstand der Magnete, Größe des Luftspaltes und der Zahl der miteinander wechselwirkenden Magnete. Während die konstruktiven Möglichkeiten bei den erstgenannten Parametern nur einen vergleichsweise geringen Spielraum lassen, kann die Größe der übertragbaren Momente jedoch weitgehend durch die Zahl der in Eingriff stehenden Magnete gesteuert werden. Vorliegende Erfindung weist daher Ausführungsformen auf, bei denen die Antriebswelle und/oder die Abtriebswellen mehrere Rotationskörper aufweisen, die jeweils berührungslos in Wirkverbindung miteinander stehen. Diese Körper sind auf einer Welle jeweils hintereinander angeordnet und stehen in der Regel ebenso vielen Körpern auf der anderen Welle gegenüber. Bei Ausbildung der Rotationskörper als Scheiben stellt sich diese Lösung dann so dar, daß auf einer Wellen axial versetzt mehrere Scheiben angeordnet sind, die sich in einem gewissen Bereich mit ebenfalls mehreren Scheiben der anderen Welle überlappen, wobei im Überlappungsbereich zwischen jeweils benachbarten Scheiben jeweils ein geringer Luftspalt vorhanden ist. Jede der Scheiben ist entlang eines Teilkreises mit Magneten bestückt, welche im Überlappungsbereich über die Luftspalte hinweg in Wechselwirkung mit den Magneten der jeweils benachbarten Scheiben treten. Bei der dargelegten Ausführungsform ist die Größe der übertragbaren Momente direkt proportional zur Zahl der wechselwirkenden Rotationskörper.

Bei einer vorteilhaften Varianten der dargelegten Ausführung sind die Rotationskörper als Kreisscheiben ausgebildet und je zwei Scheiben einer jeden Abtriebswelle mit ein- und derselben Scheibe der Antriebswelle in Wirkverbindung. Diese Ausführung führt zu einer Verdoppelung der übertragbaren Momente gegenüber der Ausführung mit je einer Scheibe auf Antriebswelle und Abtriebswellen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung liegt darin, daß durch sie keinerlei axiale Kräfte auf die Antriebswelle übertragen werden. Dieser Sachverhalt rührt daher, daß jeweils eine Scheibe einer Welle in axialer Richtung symmetrisch zwischen zwei Scheiben der anderen Welle eingeschlossen ist. Daher heben sich in axialer Richtung auftretende Kräfte in ihrer Wirkung gegeneinander auf. Für hochtourige Anwendung wird insbesondere die Ausführung mit zwei Scheiben auf der Abtriebswelle und je einer Scheibe auf den Antriebswellen empfohlen.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswellen parallel zur Antriebswelle ausgerichtet sind. Die Rotationskörper bei dieser Ausführung können entweder als Zylinder oder als Kreisscheiben ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in einem sehr einfachen Aufbau des Getriebes begründet. Das Gehäuse dieses Getriebes wird in diesem Fall einfach durch zwei zueinander parallele nichtmagnetische Getriebeplatinen gebildet, die mittels Abstandhalter auf Abstand gehalten werden, wobei die beiden Platinen die Lager der Wellen aufnehmen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Abtriebswellen zu einander synchronisiert sind. Eine relativ "weiche" Synchronisierung der Abtriebswellen erfolgt bereits dadurch, daß die Rotationskörper aller Abtriebswellen magnetisch gleich ausgebildet sind und wenigsten je ein Rotationskörper einer jeden Abtriebswelle mit ein- und demselben Rotationskörper der Antriebswelle in Wirkverbindung steht. Durch diese Ausbildung weisen alle Abtriebswellen jeweils die gleiche Umdrehungszahl auf, wenn sie durch die Antriebswelle in Bewegung versetzt werden. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist jedoch auch eine mechanische Zwangssynchronisierung zwischen den Abtriebswellen vorgesehen. Die vorgeschlagene Synchronisierung trägt in vorteilhafter Weise mit zu einem stabilen, schwingungsfreien Lauf des Getriebes auch bei hohen Tourenzahlen bei.

Bei der Anordnung der Magnete auf den Rotationskörpern bzw. den Scheiben sind prinzipiell zwei unterschiedliche Varianten möglich. Variante eins ist dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem der Rotationskörper von Antriebswelle und Abtriebswellen die Magnetisierungsrichtung von Magnet zu Magnet wechselt und die in Wirkverbindung tretenden Magnete der den Abtriebswellen und der der Antriebswelle zugeordneten Rotationskörper jeweils die gleiche Magnetisierungsrichtung aufweisen. Bei der zweiten Variante dagegen weisen benachbarte Magnete auf jedem der Rotationskörper von Antriebswelle und Abtriebswellen die gleiche Magnetisierungsrichtung auf und die in Wirkverbindung tretenden Magnete sind gegensätzlich gepolt.

Die Ausbildung nach Variante eins führt dazu, daß die in Wirkverbindung tretenden Magnete sich gegenseitig anziehen, während bei der zweiten Variante die genannten Magnete sich gegenseitig abstoßen. Beide Ausbildungen führen zu einer zuverlässigen Kopplung zwischen den jeweiligen Wellen bzw. deren zugeordneten Rotationskörpern. Für hochtourige Anwendungen wird insbesondere die Ausführung nach Variante zwei empfohlen, da Getriebe mit derart angeordneten Magneten eine deutlich bessere Laufruhe aufweisen. Die einander abstoßenden Magnet "kämmen" in diesem Fall wie Zahnflanken von Zahnrädern ineinander. Dabei läßt sich durch die Vorgabe des Teilkreisdurchmessers und des Abstandes zwischen benachbarten Magneten in vorteilhafter Weise eine Art Zahnflankenspiel einstellen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes weist zwei Abtriebswellen auf, die parallel zur Antriebswelle ausgerichtet sind. Dabei ist jede Abtriebswelle mit zwei, die Antriebswelle mit einem als Kreisscheibe ausgebildeten Rotationskörpern ausgestattet. Durch diese Maßnahme erreicht man, dass die Massen der mit hoher Drehzahl rotierenden Turbinenwelle gering gehalten werden. Die Wellen sind in axialer Richtung so zueinander angeordnet, daß die den Antriebswellen zugeordneten Scheiben mit einem geringen Luftspalt zwischen den Scheiben der Abtriebswelle zu liegen kommen und in radialer Richtung sich soweit überlappen, daß die mit einander wechselwirkenden Magnete in optimale Wirkverbindung miteinander treten.

Die geforderte axialsymmetrische Anordnung der Abtriebswellen relativ zur Antriebswelle führt dazu, daß beide Abtriebswellen von der Antriebswelle aus gesehen in einem Winkelabstand von 180 Grad zueinander angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß sie mit einem geringen materiellen Aufwand eine von Radialkräften und Axialkräften freie Turbinenwelle zur Verfügung stellt. Zudem zeichnet sie sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus, ist daher sehr kostengünstig herzustellen.

Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Anwendung des vorgeschlagenen Getriebes zur Abnahme der Wellenleistung an Gasturbinen werden an die Antriebswelle und die ihr zugeordneten Rotationskörper hohe, wenn auch beherrschbare, Anforderungen gestellt. Um den hohen Belastungen dieser Elemente gerecht zu werden, sieht die Erfindung eine Ausbildung dieser Elemente, insbesondere der Rotationskörper, aus nichtmagnetischen Tragschieben für handelsübliche Permanentmagnete entsprechender Zugfestigkeit vor. Das Material muss in der Lage sein, den hohen Fliehkraftbelastungen standzuhalten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes anhand einer schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt senkrecht zu den An- und Abtriebswellen entsprechend der in Fig. 2 angedeuteten Schnittführung CD
Fig. 2 einen Schnitt parallel zu den An- und Abtriebswellen entsprechend der in Fig. 1 angedeuteten Schnittführung AB
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist das dargestellte Magnetgetriebe zwei Abtriebswellen 1, 1' auf, die parallel zur Antriebswelle 2 ausgerichtet sind. Alle Wellen sind drehfest mit als Scheiben ausgebildeten Rotationskörpern verbunden, wobei die Abtriebswellen 1, 1' jeweils eine Scheibe 3, 3', die Antriebswelle zwei Scheiben 4, 5 tragen. Die Wellen sind so zueinander angeordnet, daß die den Abtriebswellen 1, 1' zugeordneten Scheiben 3, 3' mit einem geringen axialen Luftspalt 6 zwischen den Scheiben 4, 5 der Antriebswelle 2 zu liegen kommen und in radialer Richtung sich überlappen. Jede der Scheiben ist entlang eines Teilkreises 7, 7' bzw. 8 mit Permanentmagneten 9 bestückt, die pro Scheibe jeweils die gleiche Magnetisierungsrichtung +/- aufweisen. Wie Fig. 2 zeigt ist die Ausrichtung der Magnete auf den beiden der Antriebswelle 2 zugeordneten Scheiben 4, 5 so gewählt, daß sich die Magnete von Scheibe 3 bzw. 3' und Scheibe 4 und 5 im Luftspalt 6 jeweils mit gleichen Polflächen +/+ bzw. -/- einander gegenüberstehen.
Die vorgegebenen Magnetisierungsrichtungen führen dazu, daß die im Luftspalt 6 in Wirkverbindung tretenden Magnete sich gegenseitig abstoßen. Wie Fig. 1 zeigt, nehmen die in Wechselwirkung stehenden Magnete der Scheiben 3, 3' daher jeweils eine zwischen den Magneten der Scheiben 4, 5 liegende Position ein. Die einander abstoßenden Magnet "kämmen" in diesem Fall wie Zahnflanken von Zahnrädern ineinander.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine mechanische Synchronisation der Abtriebswellen 1, 1' z. B. mittels eines Zahnriemens vorgesehen. Die Synchronisation ist unter dem Bezugszeichen 10 angedeutet, er läuft über die mit den Abtriebswellen 1, 1' drehfest verbundenen Zahnriemenscheiben 11, 11'. Die Synchronisierung zwischen den Abtriebswellen trägt ebenfalls zu einem ruhigen, schwingungsfreien Lauf des Getriebes bei.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Abtriebswellen 1, 1' in einer axialsymmetrischen Anordnung um die Antriebswelle 2 herum angeordnet. Für den vorliegenden Fall mit zwei Abtriebswellen bedeutet dies, daß beide Abtriebswellen 1, 1' von der Antriebswelle 2 aus gesehen einen Winkelabstand von 180 Grad aufweisen, d. h. daß alle Wellen in einer Ebene liegen. Diese Ausführung stellt sicher, daß die Antriebswelle 2 frei von Radialkräften und Axialkräften ist. Zudem zeichnet sie sich durch eine sehr einfachen Aufbau aus, ist daher kostengünstig herzustellen.

Claims

1. Magnetisches Getriebe, insbesondere für Gasturbinen, mit
einer Antriebswelle (2),
und einer Abtriebswelle (1, 1')
die jeweils mit wenigstens einem Rotationskörper, insbesondere einer Kreisscheibe (3, 3', 4, 5), drehfest verbunden sind,
der seinerseits jeweils entweder aus permanentmagnetischem Material ausgebildet ist und auf einem Teilkreis angeordnete Magnetisierungsbereiche aufweist,
oder jeweils mit auf einem Teilkreis (7, 7', 8) angeordneten Permanentmagneten (9) bestückt ist,
wobei die der Antriebswelle zugeordneten Magnetisierungsbereiche bzw. Permanentmagnete berührungslos (6) in Wirkverbindung mit den der Abtriebswelle zugeordneten Magnetisierungsbereichen bzw. Permanentmagneten stehen
und die Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungsbereiche bzw. der Permanentmagnete jeweils senkrecht zur Oberfläche des Rotationskörpers orientiert ist
dadurch gekennzeichnet, daß
n Abtriebswellen (1, 1'), mit n ganzzahlig und größer/gleich zwei, vorgesehen sind,
die untereinander synchronisiert
und relativ zur Antriebswelle (2) in einer n-zählig axialsymmetrischen Anordnung angeordnet sind,
die Rotationskörper (3, 3') der Abtriebswellen (1, 1') hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften identisch ausgebildet sind,
und jeweils ein Rotationskörper (3 bzw. 3') einer jeden Abtriebswelle (1 bzw. 1') mit ein- und demselben Rotationskörper (4, 5) der Antriebswelle (2) in Wirkverbindung steht.

2. Magnetisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die in Wirkverbindung stehenden Rotationskörper vorzugsweise jeweils als
ebene Kreisscheiben (3, 3' und 4, 5)
oder Zylinder
oder Kegel
oder Kegelstümpfe
oder Walzen
oder Walzen und ebene Kreisscheiben
ausgebildet sind.

3. Magnetisches Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) und/oder die Abtriebswellen (1, 1') jeweils mehrere Rotationskörper (4, 5) aufweisen.

4. Magnetisches Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotationskörper als Kreisscheiben (3, 3', 4, 5) ausgebildet sind
und zwei Scheiben (4, 5) der Antriebswelle (2) mit je einer Scheibe (3 bzw. 3') einer jeden Abtriebswelle (1, 1'),
oder je zwei Scheiben einer jeden Abtriebswelle mit ein- und derselben Scheibe der Antriebswelle in Wirkverbindung stehen.

5. Magnetisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswellen (1, 1') parallel zur Antriebswelle (2) ausgerichtet sind.

6. Magnetisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierung der Abtriebswellen (1, 1') durch einen Zahnriemen (10) erfolgt.

7. Magnetisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß
auf jedem der Rotationskörper von Antriebswelle und Abtriebswellen die Magnetisierungsrichtung von Magnet zu Magnet wechselt,
und die in Wirkverbindung tretenden Magnete der den Abtriebswellen und der der Antriebswelle zugeordneten Rotationskörper jeweils die gleiche Magnetisierungsrichtung aufweisen.

8. Magnetisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß
auf jedem der Rotationskörper von Antriebswelle und Abtriebswellen die Magnetisierungsrichtung von Magnet zu Magnet gleich ist,
und die in Wirkverbindung tretenden Magnete der den Abtriebswellen und der der Antriebswelle zugeordneten Rotationskörper jeweils die entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen (Fig. 1 + Fig. 2).

9. Magnetisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß
n = 2 ist, d. h. zwei Abtriebswellen (1, 1') vorgesehen sind,
die parallel zur Antriebswelle (2) ausgerichtet sind,
1 jede Abtriebswelle (1 bzw. 1') mit mindestens zwei als Kreisscheiben (3 bzw. 3') ausgebildeten Rotationskörper,
und die Antriebswelle (2) mit vorzugsweise einem als Kreisscheibe (4, 5) ausgebildeten Rotationskörper ausgestattet ist.

10. Verwendung des magnetischen Getriebes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Abnahme der Wellenleistung an Gasturbinen eingesetzt wird.

11. Magnetisches Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotationskörper (4, 5) aus nichtmagnetischen Material vorzugsweise aus
Aluminium
oder Titan
oder Kohlerfaserstoffen
ausgebildet sind.