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Magnetkupplung, insbesondere Magnetpulverkupplung Die Erfindung bezieht
sich auf eine elektromagnetisch erregte Kupplung, vorzugsweise Magnetpulverkupplung,
bei der das verfügbare Drehmoment in bestimmtem Zusammenhang mit dem Erregerstrom,
beispielsweise in linearer Abhängigkeit, steht. Eine derartige Kupplung ist in der
Zeichnung (Fig. 1) dargestellt. Die Kupplung 1 wird mit Gleichstrom über die Schleifringe
2 und 3 gespeist. Zur Erregung dient die Wicklung 4. Die Antriebswelle 5 läuft mit
der Drehzahl n1 und die angetriebene Welle 6 mit der Drehzahl n2. Bei konstanter
Erregung überträgt die Kupplung ein von der Drehzahl unabhängiges Drehmoment, wie
das Diagramm gemäß Fig. 2, MdII = f (n2), erkennen läßt. Nimmt man eine Maschine
an, deren Widerstandsmoment mit steigender Drehzahl abfällt, beispielsweise nach
Art einer Hyperbel gemäß der Kurve W = f (n2) nach Fig. 2, so wird -konstante Antriebsdrehzahl
n1 vorausgesetzt - die Kupplung 1 nur bei Synchronismus einen stabilen Drehzahlpunkt
haben. Liegt beispielsweise die Drehzahl rechts vom Schnittpunkt A der zwei in Fig.
2 wiedergegebenen Kennlinien, so läuft die Anlage bis zum Synchronismus (Punkt B)
hoch. Liegt die Drehzahl links vom Schnittpunkt A, so geht sie auf Null zurück.
Die zwei instabilen Bereiche sind mit » + « und » - « gekennzeichnet.
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Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, daß der Abtriebsteil oder
Antriebsteil in Form eines Magnetsystems ausgebildet ist, in dessen Feld sich in
Art eines elektrischen Generators ein auf dem Antriebsteil bzw. Abtriebsteil angebrachter
stromerzeugender Anker dreht, der die Kupplungswicklung mit einem dem Schlupf zwischen
Antriebs- und Abtriebsteil etwa proportionalen Strom speist. Eine derartige Einrichtung
ist beispielsweise aus der schweizerischen ; Patentschrift 173 584 bekanntgeworden.
Da der Widerstand des elektrischen Kreises als konstant angesehen werden kann, ist
das übertragbare Drehmoment in guter Näherung dem Schlupf proportional.
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Fig.3 zeigt, welchen Verlauf das Drehmoment relativ zu dem Widerstandsmoment
haben muß, damit der gewünschte Effekt auftritt (in der Figur sind das Drehmoment
MdII und das Widerstandsmoment W in Abhängigkeit von der Drehzahl n2 des Abtriebsteiles
aufgetragen). Bei kleinen Drehzahlen liegt das Drehmoment oberhalb des Widerstandsmomentes,
bei größeren Drehzahlen ist das Widerstandsmoment größer als das Drehmoment.
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Fig. 4 zeigt eine Kupplung, bei der der Abtriebsteil als Magnetsystem
ausgebildet ist. Der Abtriebsteil 7 ist in Form eines Dauermagneten ausgebildet
mit dem aus dem Nordpol NI, und dem Südpol SII bestehenden Magnetsystem. Der Antriebsteil
8 ist nach Art eines Ankers eines elektrischen Generators ausgebildet. Der vom Anker
gelieferte Strom dient nach Gleichrichtung durch den Gleichrichter 10 zur Speisung
der Erregerwicklung 4. In der Wicklung des Ankers 8 entsteht eine dem Schlupf zwischen
den Teilen 7 und 8 proportionale EMK, die einen mit der Drehzahl n2 des Abtriebsteils
abfallenden Strom gemäß Fig. 5 erzeugt. In Fig. 5 ist außer dem Erregerstrom Je,.,.
das ihm proportionale Drehmoment MdII sowie das Widerstandsmoment TV der Anlage
in Abhängigkeit von der Drehzahl aal bzw. in Abhängigkeit von dem Schlupf s aufgetragen.
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Fig.6 gibt den Anlaufvorgang der Anordnung wieder, wobei auch die
von Null aus anlaufende Antriebsseite berücksichtigt ist.
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Hierbei spielen sich folgende Verhältnisse ab: Die Antriebsseite läuft
zunächst gemäß der mit ni gekennzeichneten Kurve hoch. Auf Grund der gemäß Fit-.
5 angenommenen Charakteristik des Widerstandsmomentes W reicht das der Drehzahl
n1 in erster Näherung proportionale Drehmoment MdIi im Anfangsbereich nicht zum
Anfahren der Last an der Welle 6 (vgl. Fig. 4) aus. Die Kupplung schlüpft daher
so lange, bis das Drehmoment MdII größer ist als das Widerstandsmoment W. Das Widerstandsmoment
W der Lastseite ist im Ruhezustand konstant - vgl. gestrichelt gezeichnete Kurve
W = f (t) -, der Punkt, bei dem MdII = W ist, ist mit C gekennzeichnet.
Sobald dieser Zustand erreicht ist, beginnt die Sekundärseite entsprechend der Kurve
aal = f (t) hochzulaufen. Der Hochlauf erfolgt bis zu einer Drehzahl, die
einen Restschlupf gewährleistet, z. B. 30 0/o (vgl. Fig. 5).
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Analoge Verhältnisse ergeben sich, wenn der Antriebsteil 8 als Magnetsystem
ausgebildet wird und der den Erregerstrom liefernde Teil auf dem Abtriebsteil 7
befestigt ist.
Der Restschlupf kann nachteilig sein, da laufend
Schlupfenergie in Wärme in der Kupplung umgesetzt wird. Gemäß der Erfindung wird
dieser Nachteil dadurch vermieden, daß man auf der Antriebswelle einen zweiten Anker
anordnet, der sich im Feld eines im Raum feststehenden Magnetsystems dreht und eine
zusätzliche Erregerspannung für die Magnetkupplung liefert. Dadurch entsteht ein
zusätzliches Moment, das bei konstanter Drehzahl des Antriebsteiles und gleichbleibender
Erregung konstant ist.
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Die Anordnung mit einem zweiten Anker ist in Fig. 7 dargestellt. Auch
in diesem Beispiel ist der Abtriebsteil 7 als Magnetsystem ausgebildet. Außer den
Teilen wie in der Anordnung nach Fig. 4, die in Fig. 7 mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet sind, enthält die Anordnung nach Fig. 7 erfindungsgemäß einen zweiten
Anker 11, der mit dem Anker 8 auf der Welle 5 angebracht ist und sich wie der Anker
8 in dem Feld eines Magneten (Pole SI, NI) dreht. Im Gegensatz zu den Polen NII,
SII stehen jedoch die Pole NI, SI still.
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Das Magnetsystem NI, SI kann mit Hilfe der Gleichspannungsquelle U
erregt werden. Zur Einstellung der Feldstärke dient der Widerstand 12. Der von dem
Anker 11 erzeugte Strom wird über den Gleichrichter 13, insbesondere einen Trockengleichrichter,
der Erregerwicklung 4 zugeführt.
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Im Betrieb ergeben sich Verhältnisse, wie sie Fig. 8 erkennen lassen.
Der Stromerzeuger NII, SII, 8 mit den rotierenden Polen ist nur während des Anfahrvorganges
wirksam - vgl. Kennlinie MdII=f(n2) -; im Synchronbetrieb jedoch liefert der Stromerzeuger
NI, SI, 11 den Erregerstrom für die Kupplung - vgl. Kennlinie MdI= f (n2) -. (Unter
Anfahrvorgang ist hier das Hochlaufen der Abtriebswelle 6 zu verstehen.) Der antreibende
(in der Zeichnung nicht dargestellte) Motor läuft bis zu einer gewissen Drehzahl
im Leerlauf hoch. Erst nach Erreichen eines Drehmomentes, das so groß ist wie das
Anfahrmoment der Last, erfolgt die Mitnahme des Abtriebsteils.
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Für beide Magnetsysteme NI-SI und NII-SII können permanente Magnete
verwendet werden. Es entsteht dadurch der Vorteil, daß man die Kupplung ohne Schleifringe
aufbauen kann, und weiterhin der Vorteil, daß sich die Kupplung auch dort verwenden
läßt, wo keine besondere Spannungsquelle zur Verfügung steht.
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Die in Fig. 7 dargestellte Anordnung ist so aufgebaut, daß das Magnetsystem
I durch eine Fremdspannungsquelle erregt wird. Hierbei kann man in vorteilhafter
Weise durch Verändern der Erregung des Magnetsystems jede beliebige Schlupfdrehzahl
stabil einsteuern. Durch die Tatsache, daß die Momentenkennlinie in allen Punkten
steiler verläuft als die Widerstandsmomentenlinie, wird die Drehzahl automatisch
konstant gehalten. Diese Verhältnisse sind in Fig. 9 dargestellt.
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Liegt eine relativ steil verlaufende Widerstandsmomentenkennlinie
vor, die das Zustandekommen des gewünschten Schnittpunktes zwischen - der Drehmomenten-
und der Widerstandsmomentenlinie erschwert, so ist es ratsam, die Erregung des Magnetsystems
mit den rotierenden Polen NI, und SII so auszulegen, daß das durch dieses Magnetsystem
erzeugte Drehmoment Md1I im Stillstand der Welle 6 (s= 100,0/o) größer ist als das
Widerstandsmoment W, und den Strom aus dem Anker 11 nicht zu-, sondern gegenzuschalten,
so daß eine Subtraktion der Kupplungserregerströme entsteht. Durch diesen Aufbau
kann die Drehmomentenlinie so weit gesenkt werden, daß sie unterhalb der Widerstandsmomentenlinie
liegt. Das zugehörige Diagramm ist in Fig. 10 wiedergegeben. Es ist ohne weiteres
zu erkennen, wie durch Änderung der Erregung des Magnetsystems NI-SI eine Parallelverschiebung
der Kurve MdII= f (n2) entsteht.
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Auf einfache Art läßt sich eine Automatisierung des Einsteuervorganges
erreichen.
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Der Anlaufvorgang unter Berücksichtigung des Hochfahrens der Antriebsseite
ist in Fig. 11 wiedergegeben, wobei die Momente und Drehzahlen wie in Fig. 6 in
Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen sind. Im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig.
6 läuft in der Anordnung nach Fig. 7 die Abtriebswelle 6 mit der Last entsprechend
der Kurve n2= f (t) bis zum Synchronismus hoch. Nach Anlauf der Lastseite
fällt das Widerstandsmoment W (im Stillstand W = Wo)
bis zur Erreichung
des synchronen Laufes ab. Von diesem Punkt ab wird das erforderliche Drehmoment
Md nur noch von dem Magnetsystem NI-SI aufgebracht; das Magnetsystem NII-SII ist
somit nur im Anlaufen an der Drehmomentenerzeugung beteiligt.