DE1775272A1

DE1775272A1 - Elektromagnetische Vorrichtung zur UEbertragung von Dreh- oder Bremsmomenten

Info

Publication number: DE1775272A1
Application number: DE19681775272
Authority: DE
Inventors: Lothar Fritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-07-23
Filing date: 1968-07-23
Publication date: 1971-05-27

Description

" Elektromagnetische Vorrichtung zur Übertragung von Dreh- oder Bremsmomenten " Die Erfindung betrifft elektromagnetische Vorrichtungen zur Übertragung von Dreh- oder Bremsmomenten, wie Elektromagnet-Kupplungen oder -Bremsen. Elektromagnet-Kupplungen und -Bremsen dienen zur mechanischen Kraftübertragung und sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Kraftübertragungsteil und einem zur Betätigung benÜtzten Elektromagneten. Die vom Elektromagneten erzeugte Magnetkraft preßt eine Ankerplatte an die Polflächen des Magnetkörpers an und die Übertragung der Magnetkraft auf die Reibflächen oder Druckfedern erfolgt auf verschiedene Weise.
Grundsätzlich besteht beim Elektromagneten die Aufgabe, die Anordnung der einzelnen Bestandteile so zu treffen, daß eine hohe Zugkraft gewährleistet ist. Die Zugkraft eines Elektromar;neten ist eine l'unktion der Normalkomponente der Induktion (hy) in der Polfläche und ihre Größe für jeden Punkt derselben: Die Nachteile der bekannten Elektromagneten werden an Hand von Fig.1 der Zeichnung erläutert. Fig.1 zeigt einen Schnitt durch einen runden Elektromagneten und seine Ankerplatte. Der dargestellte Elektromagnet weist ein Magnetjoch 1, einen Mittelpol 2, einen Außenpol 3, eine magnetisch nichtleitende Erregerwicklung 5 und Polflächen 2a, 3a, an denen die Ankerplatte 4 anliegt auf. Da gleichzeitig der Magnetkörper der Antriebsteil und die Ankerplatte der Abtriebsteil einer Kupplung ist, wirken die Pol-Flächen als Reibflächen für die Kraftübertragung. Im oberen Teil der Figur 1 ist ein stark vereinfachtes Bild des inneren Magnetfeldes eingezeichnet.
Es ist klar zu erkennen, daß nicht alle Feldlinien auf ihrem Weg vom Magnetjoch 1 zur Ankerplatte lk, den Mittelpol 2 und den Außenpol 3 benutzen. Ein Teil der Feldlinien durchsetzt, unter hohen magnetischen Verlusten, die unmagnetische Erregerwicklung 5. Daher ist die Normalkomponente der Induktion By nur in den Polflächen 2a und 3a relativ groß. In allen Punkten der Kreisringfläche zwischen rTittelpolfläche 2a und AuBenpolfläche 3a, ist By klein und geht durch Null an einer Stelle, die in Fig.1 durch eine gestrichelte Linie L1 gekennzeichnet ist. Eine Aasnahme bilden die Randflächen dieses Kreisringes, weil sich dort der Einfluß der Polkanten bemerkbar macht.
Bei gut dimensionierten Elektromagneten für Kupplungen und Bremsen ist der Anteil der Ferromagnetischen-Flächen an der Gesamtpolfläche, selten größer als 305. Der Anteil der Kreisringfläche (c a. 70/#'0 der Gesamtpolfläche) an der Gesamtzugkraft ist sehr gering und liegt bei max. 106.

verstärkt werden. Weiterhin ist aus Fig.1 ersichtlich, daß im Magnetkreis an verschiedenen Stellen, eine starke Sättigung auftritt. Diese kritischen Stellen sind durch die gestrichelten Linien L'1 und 12 gekennzeichnet. Diese starke Sättigung erhöht die -magnetischen Verluste im Elektromagneten und schwächt, die Induktion in der gesamten Polfläche. Eine Verstärkung der in der Linie L2 liegenden Stellen ist bei allen bekannten Elektromagnet-AusfÜhrunggen mit Rücksicht auf die Größe der Erregerwicklung nicht möglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Elektromagneten für Kupplungen und Bremsen zu schaffen, bei dem die Zugkraft auf die Ankerplatte erheblich gesteigert ist. Durch die Erfindung wird ein Elektromagnet geschaffen, der in der Fläche zwischen den ferromagnetischen Polen eine hohe Induktion aufweist, geringe magnetisch Verluste an den kritischen Stellen des Magnetkreises zu verzeichnen hat und dadurch zur Übertragung von höheren Dreh- und Bremsmomenten geeignet ist. Die Erfindung kennzeichnet sich in erster Linie dadurch, daß Teile der Erregerwicklung aus elektrisch isolierten, ferromagnetischen heitern ausgeführt sind, die im Wickelraum des Elektromagneten so angeordnet sind, daß diese magnetischleitenden Teile der Erregerwicklung als Verstärkung des Eisenquerschnittes von mindestens einem Teil des Magnetkreises, wie Pole oder Magnetjoch wirken, jedoch keine magnetische Brücke zwischen zwei magnetischen Gegenpolen bilden, und daß gemeinsam mit den unmagnetischen Teilen der Erregerwicklung vom Erregerstrom durchflossen werden und bei der. Erregung des Magnetkreises mitwirken.
Weiterhin ist zur Lösung der vorbezeichneten Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß Teile des Magnetkreises wie Pole und Magnetjoch als isolierte ferromagnetische heiter ausgebildet und vom Erregerstrom zusätzlich durchflossen sindw Erfindungsgemäß werden Teile der Erregerwicklung aus ferromagnettischen heitern ausgeführt, so daß diese Teile der Erregerwicklung eine doppelte Funktion erfüllen. Sie sind Bestandteil des Magnetkreisen den sie erheblich verstärken und gleichzeitig Träger einer elektrischen Strömung, die zur Erregung des Magnetkreises beiträgt. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß wegen der erfindungsgemäßen Anordnung einer Teilwicklung aus magnetisierbarem Werkstoff unmittelbar um einen Magnetpol, dieser Teil der Erregerwicklung einen geringen magnettischen Widerstand aufweist. Dadurch wirkt dieser Wicklungsteil als Teil des Magnetpolen und wird durch Feldlinien in derselben Richtung durchsetzt.
Im einzelnen lassen sich erfindungsgemäß Blektromagnete auf verschiedene Weise gestalten. Eine bevorzugte nach weiterer Lehre der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet! daß der Magnetkreis zumindest bereichsweise (z. B. Pole oder Magnetjoch)

von By fallen nur langsam zu den Polkanten hin ab. Infolgedessen zeichnet sich dieser Elektromagnet durch größere Zugkräfte aus, als der vergleichbare nach Fig.1. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Elektromagneten nach der Erfindung dargestellt, und zwar veranschaulicht Fig.2 einen senkrechten Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektromagnet-Einflächen-Kupplung, Fig.3 einen senkrechten Teilschnitt durch eine besondere Ausführungsform einer Spule einer Erregerwicklung gemäß der Erfindung, Fig.4 einen senkrechten Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektromagnet-Lamellen-Federdruckbremse, und Fig.5 in Sprengdarstellung Teile eines in besonderer Weise gestalteten Magnetkreises mit ferromagnetischen Leitern. Der Magnetkreis einer in Fig.2 dargestellten Elektromagnet-Linflächen-Kupplung, besteht aus folgenden Dynamostahlguß-Teilen: ein Mittelpol 6, ein Magnetjoch 7 und ein Außenpol B. Als Erregerwicklung sind eine Spule 10 aus magnetisch leitendem Material und eine Spule 11 aus Aluminium- oder Kupferdraht konzentrisch um den Mittelpol angeordnet. Eine Mittelpolplatte 6a bedeckt sowohl den Mittelpol 6 als auch die erfindungsgemäße angeordnete Spule 10 aus magnetisch leitendem Material.
Der Magnetkreis des Elektromagneten wird durch eine Ankerplatte 9 kurzgeschlossen. Diese Figur läßt erkennen, daß die magnetisch leitende Spule 10 als Verstärkung des PIittelpoles 6 wirkt. In Verbindung mit der Mittelpolplatte 6a erzeugt die erfindungsgemäß ausgebildete Spule 10, hohe Induktionen in der Randfläche der Mittelpolplatte 6a. Als Reibflächen für die Kraftübertragung, wirken der Reibring 12 und der Reibbelag 12a. Durch Anordnung von. mehreren .Reibflächen kann die in Fig.2 gezeigte Reibungskupplung entscheidend verkleinertwerden. Wird die Elektromagnet-Einflächen-Kupplung durch Zwischenschalten von magnetisch durchfluteten Immellen zu einer Kupplung mit mehreren Reibflächen ergänzt, so ergibt sich eine äußerst günstige Ausnutzung des Bauraumes.
Ein in Fig.3 dargestellter senkrechter der Wicklung 10 gemäß Fig.2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Teilwicklung, aus magnetisch leitendem Materials gemäß der Erfindung. Wie die Figur erkennen läßt, ist diese Spule aus einem Band 13 und einer Isolationsauf- oder -zwischenlage 14`(die gleichzeitig aufgewickelt werden) hergestellt. So kann z. b. die Isolationsauf- oder "z*ischenlage 14 aus leitender, nicht ferrdmagnetischer Folie 14a als,Träger mit Isolationsschicht 14b zoB. Oxydschicht, bestehen. Bei einem solchen Aufbau ist es zweckmäßig, die leitende, nichtferromagnetische Folie 14a mit dem ferromagnetischen Band 13 parallel zu schalten, wodurch eine Verbesserung des elektrischen Zeitwertes des@Teiles 10 der Erregerwicklung erreicht wird. Der Magnetkreis einer in Fig.4 dargestellten Elektromagnet-Zamellen-Federdruckbremse, besteht hauptsächlich aus isolierten, ferromagnetischen Leitern 15, 16, 17. Der restliche Teil des Magnetkreises: Mittelpol 6, Magnetjoch ? und Außenpol 8 sind aus Dynamostahlguß gefertigt. Dünne Isolierschichten trennen die induzierten Teile 6, 7, 8 des Magnetkreises von den ferromagnettischen Leitern 15, 16, 17. Im Elektromagneten sind die erfindungsgemäß ausgebildeten Teile des Magnetkreises aus magnetisch leitendem Material 15, 169 17 so angeordnet, daß sie alle Teile de.s Magnetkreises 6, 7, 8 verstärken, ohne jedoch eine magnetische Brücke zwischen dem Mittelpol 6,15 und dem Außenpol 8,17 zu bilden.' Eine Mittelpolplatte 6a bedeckt sowohl den Mittelpol 6 als auch die erfindungsgemäße Spule 15 aus magnetisch leitendem Ifaterial. Eine Spule 11 aus Aluminium-. oder Kupferdraht, ist konzentrisch um den Mittelpol 6,15 angeordnet.
Der Magnetkreis des Elektromagneten wird durch eine Ankerplatte 9 kurzgeschlossen. Diese Elektromagnet-Ausführungsform weist sehr hohe Zugkräfte auf. Als Reibflächen für die Kraftübertragung, wirken die Außenlamellen 18 und die Innenlamellen 18a. Die Ankerscheibe 9 hat bei dieser Bauart nur die Aufgabe, den Magnetfluß zu führen und die, in Fig.4 nicht dargestellten Druckfedern zusammen zu pressen. In der Fig.5 ist eine Auführungsform von isolierten, ferromagnetischen Leitern. des Magnetkreises oder der Erregerspule dargestellt, bei der ferromagnetische Blechscheiben 19 verwendet werden. Wie aus der Sprengdarstellung nach Fig.5 ersichtlich, sind in den Scheiben 19, aus ferromagnetischem Werkstoff, Schrägschlize und in den Isolierscheiben 20 radiale Schlitze eingearbeitet, die die dargestellte Zusammensetzung ermöglichen. Nach dem Zusammenpressen bilden die Teile 19,20 isolierte, ferromagnetische heiter, wobei jedes Blech 19 eine Windung bildet.

Claims

A n s.p r ü c h e 1) Elektromagnetische Vorrichtung zur Übertragung von Dreh- oder Bremsmomenten mit beliebig ausgestaltetem Magnetkreis und mindestens einer Erregerwicklung mit einer oder mehreren Spulen aus isolierten Kupfer- oder Aluminiumdrähten: dadurch gekennzeichnet, daß Teile (Spulen 10, 'i5, 16, 17) der Erregerwicklung aus elektrisch isolierten, ferromagnetischen heitern ausgeführt sind, die im Wickelraum des Elektromagneten so angeordnet sind, daß diese magnetisch leitenden Teile (Spulen 10, 15, 169 17) der Erregerwicklung als Verstärkung des Eisenquerschnittes von mindestens einem Teil des Magnetkreisen, wie Pole (6# $) oder Magnetjoch ,(7)

4) Elektromagnetische Vorrichtung zur Übertragung von Dreh- oder Bremsmomenten nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß die ferromagnetischen Teile (Spulen 10, 15, 16, 17) der Erregerwicklung oder des Magnetkreises aus Wicklungen aus ferromagnetischem Band (13) mit Isolationsauf- oder -Zwischenlagen (14) bestehen. 5) Elektromagnetische Vorrichtung zur Übertragung von Dreh- oder Bremsmomenten nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnete daß die Isolationsauf- oder -Zwischenlagen (14) aus leitender, nichtferromagnetischer Folie. (14a) als Träger mit Isolationsschicht (14b), z. B. Oxydschicht, besteht, wobei die Folie (14a) mit dem ferromagnetischen Band (13) parallel geschaltet sein kann. 6) Elektromagnetische Vorrichtung zur Übertragung von Dreh- oder Brernsmomenten nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnete daß die ferromagnetischen Teile (Spulen 10, 15, 16, 17) der Erregerwicklung oder des Magnetkreises aus ringartigen ferromagnetischen Blechscheiben (19) und Isolationsscheiben (20) gebildet sind, wobei die elektrisch leitende Verbindung der Blechscheiben durch Schlitzen und entsprechendes Abbiegen der einen Schlitzenden beim Zusammenpressen des Scheibenpaketes hergestellt ist