DE1042730B - Magnetkupplung, insbesondere Magnetpulverkupplung - Google Patents

Magnetkupplung, insbesondere Magnetpulverkupplung

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Publication number
DE1042730B
DE1042730B DEL17139A DEL0017139A DE1042730B DE 1042730 B DE1042730 B DE 1042730B DE L17139 A DEL17139 A DE L17139A DE L0017139 A DEL0017139 A DE L0017139A DE 1042730 B DE1042730 B DE 1042730B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coupling
magnet system
armature
clutch
magnetic
Prior art date
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Pending
Application number
DEL17139A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Theodor Thierfelder
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication of DE1042730B publication Critical patent/DE1042730B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D37/00Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive
    • F16D37/02Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive the particles being magnetisable
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D37/00Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive
    • F16D2037/002Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive characterised by a single substantially axial gap in which the fluid or medium consisting of small particles is arranged

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig.6 gibt den Anlaufvorgang der Anordnung wieder, wobei auch die von Null aus anlaufende Antriebsseite berücksichtigt ist.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auf einfache Art läßt sich eine Automatisierung des Einsteuervorganges erreichen.
  • 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.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Magnetkupplung, insbesondere Magnetpulverkupplung, bei der der Abtriebsteil oder der Antriebsteil in Form eines Magnetsystems ausgebildet ist, in dessen Feld sich ein auf dem Antriebsteil bzw. Abtriebsteil angebrachter stromerzeugender Anker dreht, der die Kupplungswicklung mit einem dem Schlupf zwischen Antriebs-und Abtriebsteil annähernd proportionalen Strom speist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (5) ein zweiter Anker (11) angeordnet ist, der sich im Feld eines fest im Raum stehenden Magnetsystems (NI-SI) dreht und eine zusätzliche Erregerspannung für die Erregerwicklung (4) der Kupplung (1) liefert.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromerzeugenden Anker (8, 11) sich in Magnetfeldern (NII-SII, NI-SI) drehen, die von Dauermagneten erzeugt werden.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (NI-S1) mit Hilfe einer fremden Gleichspannungsquelle (U) erregt wird.
  4. 4. Kupplung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Widerstand (12) zur Einstellung des Stromes für die Erregerwicklung des Magnetsystems (NI-SI).
  5. 5. Kupplung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Anker (11) in dem feststehenden Magnetsystem (NI-S1) gelieferte Strom für die Kupplungswicklung (4) dem von dem Anker (8) in dem rotierenden Magnetsystem (NII-S1,) entgegengerichtet ist.
  6. 6. Kupplung nach Anspruch 3 oder 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzielung einer automatischen Einsteuerung der Drehzahl. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 674 293; schweizerische Patentschrift Nr. 173 584.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH173584A (de) * 1932-09-13 1934-11-30 Menzel Alfred Selbsterregendes, elektromagnetisches Induktionsgetriebe für wechselnde Belastung.
DE674293C (de) * 1936-03-13 1939-04-12 Walter Otto Sich selbsttaetig regelndes elektrodynamisches Getriebe

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH173584A (de) * 1932-09-13 1934-11-30 Menzel Alfred Selbsterregendes, elektromagnetisches Induktionsgetriebe für wechselnde Belastung.
DE674293C (de) * 1936-03-13 1939-04-12 Walter Otto Sich selbsttaetig regelndes elektrodynamisches Getriebe

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