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Magnetisches Getriebe zur berührungslosen Übertragung von Kräften
Die Erfindung betrifft ein magnetisches Getriebe zur berührungslosen, d. h. zur
wartungs-, verschleiß-und verlustfreien Übertragung von Kräften, vorzugsweise großer
Drehmomente.
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Die bekannte berührungslose Übertragung von Kräften bei den Dauermagnetkupplungen
legt den Gedanken nahe, diese Art der Kraftübertragung auch für Getriebe beziehungsweise
Zahnräder auszunutzen. Der wesentliche Unterschied zwischen Kupplungen und Getrieben
hinsichtlich der Übertragung der Kräfte besteht darin, daß bei den Kupplungen die
Drehmomente parallel gerichtet sind, das heißt, beide Drehachsen auf einer Geraden
liegen und der Umlauf der Kupplungsteile gleichgerichtet ist, während bei den Getrieben
die Drehmomente nicht parallel, im speziellen Fall genau antiparallel gerichtet
sind, das heißt, die Drehachsen der Zahnräder liegen parallel zueinander und der
Umlauf der Zahnräder ist entgegengesetzt gerichtet.
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Es besteht nun die Möglichkeit, magnetische Abstoßungskräfte zwischen
den Zähnen der Zahnräder eines Getriebes wirken zu lassen, die eine Berührung der
Zähne verhindern. Die Ausnutzung dieses Prinzips ist bereits bekannt. Die auf diese
Weise übertragbaren Kräfte sind jedoch gering. Zur reibungslosen Übertragung von
Drehmomenten sind ferner schon eine Reihe von Vorrichtungen vorgeschlagen worden,
bei denen die Kräfte mit Hilfe der Anziehung zwischen ungleichnamigen Polen übertragen
werden, da sich dann die ungleichnamigen magnetischen Ladungen aufeinander zubewegen.
Bei den bisher bekannten Vorrichtungen, die eine berührungslose Kraftübertragung
ermöglichen sollen, wird jedoch dieser Zweck in einer nur unvollkommenen Weise erreicht.
Entweder berühren sich die einander gegenüberstehenden Zahnräder, was eine unerwünschte
Reibung zwischen ihnen zur Folge hat, oder die Vorrichtungen ermöglichen nur eine
Übertragung verhältnismäßig geringer Kräfte, so daß bei Überlastung die Kraftübertragung
abreißt. In diesem Falle wird auf jeder Achse ein weiteres Zahnrad benötigt, wobei
beide Zahnräder ineinandergreifen, sich aber nur bei Überlastung berühren und damit
ein Abreißen der Kraftübertragung verhindern. Die Anwendung solcher zusätzlicher
Hilfszahnräder als Überlastungsschutz erfordert auch ein ebenfalls bekannter Vorschlag
zur Kraftübertragung zwischen zwei ungleichachsigen Wellen mittels magnetischer
Kraftlinien, bei dem die Kraftlinien zwischen der treibenden und der angetriebenen
Welle durch die seitlichen Begrenzungsflächen nebeneinander angeordneter, sich übergreifender,
auf Naben, Scheiben, Radkränzen od. dgl. sitzender schaufelartiger Vorsprünge übergeführt
werden und eine drehende Bewegung hervorbringen, sobald infolge gegenseitiger Verschiebung
der seitlichen Begrenzungsflächen in der Drehrichtung, also bei abnehmender überdekkung
dieser Flächen, eine Schräglage der Kraftlinien eintritt.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile, die mit den bisher
bekannten magnetischen Getrieben verbunden sind, zu beseitigen. Ihr Ziel ist es,
ein magnetisches Getriebe zu schaffen, das unter Vermeidung einer Berührung -der
Zähne die Übertragung verhältnismäßig großer Kräfte ermöglicht und bei dem diese
Kraftübertragung ohne Anwendung zusätzlicher Zahnräder erfolgt.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein magnetisches Getriebe,
das aus einem Antriebs-Magnetsystem und einem angetriebenen Magnetsystem besteht,
bei denen jeweils auf einer unmagnetischen Achse ein axial magnetisierter Ring aus
Dauermagnetwerkstoff sitzt; auf dem zwei aus weichmagnetischem Werkstoff bestehende
Zahnräder angebracht sind, deren nordpolare Zähne und südpolare Zähne so weit über
den magnetisierten Ring greifen, daß ihre Stirnflächen in benachbarten, parallel
zueinander verlaufenden Ebenen liegen. Die besondere Ausbildung besteht darin, daß
bei einem derartigen Getriebe erfindungsgemäß die Zähne des einen Zahnrades auf
die Lücken zwischen den Zähnen des anderen Zahnrades des gleichen Magnetsystems
gerichtet sind, daß die als Antriebs- und Abtriebsseite dienenden Magnetsysteme
so weit einander angenähert sind, daß die Zähne des einen Magnetsystems wie bei
normalen Zahnrädern in die
Lücken zwischen den Zähnen der Zahnräder
des anderen Magnetsystems eingreifen und daß die Stirnflächen der nordpolaren Zähne
des einen Magnetsystems beim Ineinandergreifen den Stirnflächen der südpolaren Zähne
des anderen Magnetsystems gegenüberstehen.
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In der Zeichnung sind in Form eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
der Aufbau und die Wirkungsweise eines magnetischen Getriebes dargestellt, das zur
berührungslosen Übertragung auch großer Kräfte bzw. Drehmomente geeignet ist. Es
zeigt F i g. 1 die schematische Draufsicht eines solchen magnetischen Getriebes,
F i g. 2 den Schnitt nach der Linie A -A der F i g. 1 durch zwei sich gegenüberstehende
und ineinander eingreifende Zahnräder nach F i g. 1 und F i g. 3 a, 3 b und 3 c
die Abwicklung der Zahnkränze der Magnetsysteme beim Ineinandergreifen sowie den
Fluß der Magnetlinien zwischen den beiden Magnetsystemen.
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Das Antriebsmagnetsystem I besteht, wie aus F i g. 1 ersichtlich,
aus einer unmagnetischen Achse l a, auf der ein axial magnetisierter Ring 2 a aus
Dauermagnetwerkstoff angebracht ist, auf dem zwei aus weichmagnetischem Werkstoff
bestehende Zahnräder 3 a und 4 a sitzen, wobei die Zähne 5 a, 6 a, 7 a usw.
des Zahnrades 3 a den Nordpol und die Zähne 8a, 9a, 10 a usw.
des Zahnrades 4 a den Südpol des Magnetsystems l bilden. Wie ersichtlich
greifen die Zähne 5 a, 6 a, 7 a usw. und 8 a, 9 a, 10 a usw. der beiden
Zahnräder weit über den magnetisierten Ring 2a, so daß ihre Stirnflächen
11 a und 12a in benachbarten, parallel zueinander verlaufenden
Ebenen liegen. Die Zähne 5 a, 6 a, 7 a usw. des nordpolaren Zahnrades 3 a
sind auf die Lücken zwischen den Zähnen 8 a, 9 a, 10 a usw. des südpolaren Zahnrades
4 a gerichtet. Um große Kräfte übertragen zu können, muß der Ring 2a im Arbeitspunkt
eine große Induktion haben. Dabei kann seine Koerzitivfeldstärke gering sein. In
diesem Falle muß das ganze aus Dauermagnetring 2a und den Zahnrädern 3a und
4a
bestehende Magnetsystem magnetisiert werden. Dem Magnetsystem I (Antriebssystem)
steht ein gleich aufgebautes Magnetsystem II (angetriebenes System) gegenüber. Wie
F i g. 2 zeigt, sind die Magnetsysteme I und 1I so weit einander angenähert, daß
die Zähne 5 a, 6 a, 7 a usw. der Zahnräder 3 a und 4 a des Magnetsystems
I wie bei normalen Zahnrädern in die Lücken zwischen den Zähnen 5b, 6b, 7b
usw. der Zahnräder 3 b und 4 b des Magnetsystems 1I eingreifen, ohne sich
jedoch gegenseitig zu berühren. Wie die Abwicklung eines Teiles der Zahnkränze der
Magnetsysteme I und 1I in F i g. 3 a erkennen iäßt, stehen dabei einerseits die
Stirnflächen 11a der nordpolaren Zähne 5a, 6a, 7a usw. des Magnetsystems
I jeweils genau den Stirnflächen 12b der südpolaren Zähne 8 b, 9b,
10b usw. des Magnetsystems II gegenüber, während andererseits die Stirnflächen 11
b der nordpolaren Zähne 5 b, 6 b, 7 b
usw. des Magnetsystems II genau
den Stirnflächen 12a der südpolaren Zähne 8a, 9a, 10a usw. des Magnetsystems
l gegenüberstehen. Die auf diese Weise übertragbaren Drehmomente sind sehr groß,
da hier mit der Anziehungskraft zwischen ungleichnamigen gesättigten Weicheisenzähnen
gearbeitet wird. Wie F i g. 3 b veranschaulicht, nimmt die Anziehungskraft mit steigender
Größe der Stirnflächen 11a, 12a und 11b, 12b, mit abnehmendem Abstand
a zwischen den Stirnflächen 11 a, 12 b und 11 b,
12a und mit
zunehmendem Abstand b zwischen den Zähnen auf einem Zahnrad zu. Das übertragbare
Drehmoment kann dabei vergrößert werden, indem bei geringem Abstand b zwischen den
Zähnen eines Zahnrades die Zähne zu den Stirnflächen 11 a, 12 a bzw. 11 b, 12 b
hin verjüngt werden, wie es F i g. 3 c zeigt, da durch diese Maßnahme die Feldliniendichte
pro Flächeneinheit vergrößert und damit auch der magnetische Fluß von Stirnfläche
zu Stirnfläche gesteigert wird. Zusätzlich zu den Anziehungskräften, die zwischen
den Zähnen der Magnetsysteme I und II wirken, treten noch zwischen den ineinandergreifenden,
gleichsinnig magnetisierten Zähnen 5a, 6a,
7 a usw. und 5 b, 6 b,
7 b usw. bzw. 8 a, 9 a, 10 a usw. und 8 b, 9 b, 10 b usw. der
beiden Magnetsysteme Abstoßungskräfte auf, deren Beitrag zur gesamten übertragenen
Kraft jedoch nicht sehr groß ist. Diese Abstoßungskräfte sind um so größer, je kleiner
der Abstand b zwischen den Zähnen eines Zahnrades und damit auch zwischen den gleichnamig
gepolten Zähnen der beiden Magnetsysteme ist.