DE202004003035U1 - Hystereseeinheit - Google Patents

Abstract

Hystereseeinheit (1) mit einem ersten Bauteil in Form einer Trägerplatte (16), die auf einer Welle (2) sitzt und an einer Stirnseite eine ringförmige Magnetscheibe (17) trägt, und mit einem zweiten, ein Gehäuse (4) bildenden Bauteil, mit dem ein Magnetträger (5) fest verbunden ist, an dem flache Permanentmagnete (6 bis 13) auf einem Kreis so angeordnet sind, dass jeweils eine Polfläche eines Permanentmagneten (6 bis 13) der Magnetscheibe (17) zugewandt ist sowie mit dieser einen schmalen Spalt (26) bildet und dass in Umfangsrichtung des Kreises benachbarte Polflächen eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei die Welle (2) mittels Wälzlager (3) in dem Gehäuse (4) drehbar gelagert ist, sodass sich das erste Bauteil (16) relativ zum zweiten Bauteil (4) um eine Drehachse (28) drehen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem Kunststoff besteht, in dem der Magnetträger (5) in einem Spritzgussverfahren eingegossen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hystereseeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Unter Hystereseeinheiten werden im Folgenden sowohl Hysteresebremsen als auch Hysteresekupplungen verstanden. Die Arbeitsweise von Hystereseeinheiten beruht auf einer magnetischen Kraftwirkung sich anziehender Pole im Synchronlauf und auf einem ständigen Ummagnetisieren eines magnetisch halbharten Materials, nämlich eines Hystereserings bzw. einer Magnetscheibe, im Schlupfbetrieb.
• Aus der DE 28 21 973 A1 ist eine Hystereseeinheit bekannt, die ein erstes angetriebenes Bauteil in Form einer Trägerplatte aufweist, an der eine flache, ringförmige Magnetscheibe befestigt ist. Dieser Magnetscheibe gegenüberliegend sind auf entsprechendem Abstand mehrere Permanentmagnete auf einem Kreis auf einem Magnetträger angeordnet, wobei in Richtung des Kreises die Polarität der Pol flächen abwechselt. Die Permanentmagnete können Magnete aus seltenen Erden oder aus anderen Materialien sein, z.B. Alnico-Magnete oder Neodymmagnete. Außerdem sind verschiedene Materialien für die Magnetscheibe verfügbar, die sämtlich dadurch charakterisiert sind, dass sie eine hohe Koerzitivkraft und eine hohe Remanenz aufweisen. Die Permanentmagnete sind auf der Trägerplatte aus magnetisierbarem Werkstoff befestigt, die als Rückschlussplatte dient und an einem zweiten Bauteil befestigt ist, das ein Gehäuse bildet. Die Trägerplatte mit der Magnetscheibe ist relativ zum Gehäuse mit dem Magnetträger und dem Permanentmagneten drehbar gelagert, indem die Trägerplatte auf das Ende einer Welle, die durch Wälzlager im Gehäuse gelagert ist, aufgeschraubt und durch eine Mutter gesichert ist. Die Wälzlager haben einen bedeutenden Abstand voneinander und sind durch Federringe und den Magnetträger im Gehäuse fixiert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hystereseeinheit so zu gestalten, dass sie kostengünstig hergestellt werden kann und im Dauerbetrieb im Wesentlichen wartungsfrei arbeitet. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Nach der Erfindung besteht das Gehäuse aus einem Kunststoff, in dem der Magnetträger in einem Spritzgussverfahren eingegossen ist. Um den Magnetträger im Kunststoff auch formschlüssig sowohl axial als auch in Umfangsrichtung zu verankern, besitzt der Magnetträger am inneren Umfang einen oder mehrere Vorsprünge und/oder mindestens eine Vertiefung, in die die Kunststoffmasse eingespritzt wird. Die Permanentmagnete stehen axial am Magnetträger vor und bil den zwischeneinander Zwischenräume, die teilweise durch die Kunststoffmasse ausgefüllt werden. Die Kunststoffmasse bildet in diesem Bereich Stege, die zusätzlich zur Verankerung des Magnetträgers dienen, sodass dieser von allen Seiten von der Kunststoffmasse umfasst und gehalten wird.
• Durch das Spritzgussverfahren wird die Fertigung der Hystereseeinheit wesentlich vereinfacht. Dabei werden zweckmäßigerweise gleichzeitig die Wälzlager mit eingegossen, sodass zusätzliche Sicherungsvorkehrungen, z.B. Federringe, entfallen. Ferner ist es zweckmäßig, für den Anschluss weiterer Bauteile, z.B. Lagerrollen für Transportbänder sowie andere Transporteinrichtungen oder Spindeln, Gewindehülsen in das Gehäuse einzugießen, durch die ein dauerhafter Anschluss der Bauteile gewährleistet ist. Zum Einsparen von Gewicht und zum besseren Verteilen von Werkstoff beim Spritzgießen sind in gering belasteten Bereichen des Gehäuses Aussparungen vorgesehen.
• In gleicher Weise wie das Gehäuse kann die Trägerplatte im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt werden, wobei die Magnetscheibe in die Kunststoffmasse eingegossen wird. Diese besitzt für diesen Zweck Hinterschneidungen und/oder Bohrungen, durch die sie in der Kunststoffmasse dauerhaft formschlüssig verankert ist, sodass sie sich auch bei häufigen Temperaturwechseln im Dauereinsatz nicht löst.
• Die Trägerplatte kann auf dem Ende der Welle aufgegossen sein. Zweckmäßigerweise besitzt sie jedoch eine eingegossene Hülse. Diese besitzt als Formschlusselemente am Umfang Ringnuten und/oder Vertiefungen, die sie in der Kunststoffmasse in axialer Richtung und Umfangsrichtung sichert. Die Hülse besitzt nach außen hin einen Kragen mit einem Gewinde, mit dem sie auf das Ende der Welle aufgeschraubt ist. Zur Sicherung der Hülse und damit zur Sicherung der Einstellung der Hystereseeinheit besitzt die Welle im Gewindebereich eine Abflachung, gegen die der Kragen nach der Justierung gepresst wird, sodass sie sich nicht mehr lösen kann. Eine grobe Voreinstellung kann durch eine Schulter erreicht werden, die sich an einem Bund der Welle anlegt und somit einen minimalen Spalt zwischen dem Permanentmagneten und dem Magnetring einstellt.
• Als Kunststoff für diesen Anwendungsfall ist Polyamid geeignet, insbesondere vom Typ PA6, PA66 + PA6 oder ein PA66/PA6. Das Polyamid kann in Form von Legierungen, Polyblends und/oder Copolymerisate vorliegen und gegebenenfalls durch Glasfaser und/oder Kohlefaser verstärkt sein.
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
• Es zeigen:
• 1 einen Längsschnitt durch eine magnetische Hystereseeinheit entsprechend der Linie I–I in 2 und
• 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II–II in 1.
• In einem Gehäuse 4 aus Kunststoff einer Hystereseeinheit 1 ist ein Magnetträger 5 eingegossen. Zur formschlüssigen Verankerung in der Kunststoffmasse besitzt er an seinem inneren Umfang mindestens einen Vorsprung 31 und an seinem äußeren Umfang im wesentlichen radial verlaufende Vertiefungen 32, z.B. Sacklöcher. Der Magnetträger 5 dient als Rückschlusselement für den Magnetkreis der Permanentmagnete 6 bis 13, die an einer Stirnfläche 14 auf einem Kreis mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Zwischenräume zwischen den Permanentmagneten 6 bis 13 werden teilweise von der Kunststoffmasse ausgefüllt, die so in diesem Bereich Stege 15 bildet. Die freien Polflächen der Permanentmagnete 6 bis 13 weisen zu einer Magnetscheibe 17, die axial mit den Permanentmagneten 6 bis 13 einen geringen Spalt 26 bildet und in einer Trägerplatte 16 aus Kunststoff eingegossen ist, wobei die zu den Permanentmagneten weisende Stirnfläche frei bleibt. Die Magnetscheibe 17, z.B. aus Alnico, ist durch Hinterschneidungen 18 und Bohrungen 19, die entsprechend konisch ausgebildet sind, in der Kunststoffmasse formschlüssig verankert, sodass sie sich auch im Dauerbetrieb unter Temperaturschwankungen und Umweltbelastungen nicht löst.
• Die freien Polflächen der Permanentmagnete 6 bis 13 besitzen in Umfangsrichtung des Magnetträgers 5 abwechselnd eine entgegengesetzte Polarität, sodass sich der Magnetfluss zweier benachbarter Permanentmagnete, z.B. des Permanentmagneten 6 und 7, über den Magnetträger 5, den Spalt 26 und die Magnetscheibe 17 schließt. Dadurch ergeben sich ein bestimmtes Synchronmoment oder Haltemoment sowie ein Schlupfmoment, die im Wesentlichen von der Größe und den Werkstoffen der Permanentmagnete 6 bis 13 und der Magnetscheibe 17 sowie von der Weite des Spalts 26 abhängen.
• Die Trägerplatte 16 ist relativ zum Magnetträger 5 drehbar gelagert, indem sie auf einem Ende einer Welle 2 sitzt, die über Wälzlager 3 im Gehäuse 4 um eine Drehachse 28 drehbar gelagert ist. Dazu besitzt die Trägerplatte 16 eine Hülse 20, die im Spritzgussverfahren in die Trägerplatte 16 eingegossen ist. Vertiefungen 21 am Umfang der Hülse 20 sichern diese sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung formschlüssig in der Trägerplatte 16. Die Hülse 20 weist ferner im Bereich eines nach außen weisenden Kragens 33 ein Innengewinde auf, mit dem sie auf ein entsprechendes Gewinde eines Gewindezapfens 22 am Ende der Welle 2 aufgeschraubt und justiert wird. Dadurch kann die Weite des Spalts 26 variiert werden. Die Stellbewegung über das Gewinde wird durch eine Schulter 24 begrenzt, die am Ende der Stellbewegung an einem Bund 25 der Welle 2 anliegt. Die genaue Justierung der Trägerplatte erfolgt über das Gewinde in Abhängigkeit von dem gewünschten Übertragungsverhalten der Hystereseeinheit 1, wobei die Einstellung dadurch fixiert wird, dass der Kragen 33 der Hülse 20 gegen eine Abflachung 23 des Gewindezapfens 22 gepresst wird und somit eine weitere Verdrehung der Hülse 20 verhindert.
• Die Kugellager 3, deren Lagerringe axial aneinander liegen und die sich mit ihren inneren Lagerringen an dem Bund 25 der Welle 2 axial abstützen, sind im Bereich ihrer äußeren Lagerringe im Gehäuse 4 eingegossen. Da die Kugel lager 3 eng beieinander liegen, können sich unterschiedliche Wärmedehnungen auf das Lagerspiel kaum auswirken.
• Das Gehäuse 4 überdeckt axial teilweise die Trägerplatte 16 und besitzt in diesem Bereich am äußeren Umfang eine abgesetzte Passfläche, über die eine Schutzkappe 27 geschoben ist. Diese schützt die Hystereseeinheit von dieser Seite gegenüber Umwelteinflüssen. Die Schutzkappe 27 wird zweckmäßigerweise aus Kunststoff hergestellt. Die erfindungsgemäße Hystereseeinheit 1 ist somit besonders geeignet für den Dauereinsatz, insbesondere zum Antrieb von Transportrollen in Förderanlagen.
• Zur Befestigung weiterer Bauelemente sind in dem Gehäuse 4 Gewindehülsen 29 eingegossen. Ferner weist das Gehäuse 4 in gering beanspruchten Bereichen Aussparungen 30 auf. Durch diese wird das Gewicht reduziert und das Material beim Spritzgießen besser in der Form verteilt. Ferner können Spannungsspitzen im Gehäuse 4 abgebaut werden.

Claims (18)

1. Hystereseeinheit (1) mit einem ersten Bauteil in Form einer Trägerplatte (16), die auf einer Welle (2) sitzt und an einer Stirnseite eine ringförmige Magnetscheibe (17) trägt, und mit einem zweiten, ein Gehäuse (4) bildenden Bauteil, mit dem ein Magnetträger (5) fest verbunden ist, an dem flache Permanentmagnete (6 bis 13) auf einem Kreis so angeordnet sind, dass jeweils eine Polfläche eines Permanentmagneten (6 bis 13) der Magnetscheibe (17) zugewandt ist sowie mit dieser einen schmalen Spalt (26) bildet und dass in Umfangsrichtung des Kreises benachbarte Polflächen eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei die Welle (2) mittels Wälzlager (3) in dem Gehäuse (4) drehbar gelagert ist, sodass sich das erste Bauteil (16) relativ zum zweiten Bauteil (4) um eine Drehachse (28) drehen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem Kunststoff besteht, in dem der Magnetträger (5) in einem Spritzgussverfahren eingegossen ist.
2. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmasse zwischen den an der Stirnseite des Magnetträgers (5) vorstehenden Permanentmagneten (6 bis 13) Stege (15) bildet und somit den Magnetträger (5) von allen Seiten umfasst.
3. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (5) am inneren oder äußeren Umfang mindestens einen Vorsprung (31) oder mindestens eine Vertiefung (32) besitzt.
4. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (3) in dem Gehäuse (4) aus Kunststoff eingegossen sind.
5. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (3) Kugellager sind, deren Lagerringe aneinander liegen.
6. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anschluss weiterer Bauteile in dem Gehäuse (4) Gewindehülsen (29) eingegossen sind.
7. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in gering belasteten Bereichen des Gehäuses (4) Aussparungen (30) vorgesehen sind.
8. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (16) aus einem Kunststoff besteht, in dem die Magnetscheibe (17) in einem Spritzgussverfahren eingegossen ist, wobei die Stirnfläche der Magnetscheibe (17) frei bleibt, die den Permanentmagneten (6 bis 13) zugewandt ist.
9. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (16) durch Hinterschneidungen (18) und/oder Bohrungen (19) in der Kunststoffmasse formschlüssig verankert ist.
10. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (19) konisch ausgebildet sind.
11. Hystereseeinheit (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerplatte (16) eine Hülse (20) aus Metall eingegossen ist, die auf die Welle (2) geschraubt ist.
12. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) einen nach außen vorstehenden Kragen (33) besitzt, der zur Verdrehsicherung nach der Montage gegen eine Abflachung (23) der welle (2) gepresst wird.
13. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) mit einer Schulter (24), die dem Magnetträger (5) zugewandt ist, an einem Bund (25) der Welle (2) anliegt.
14. Hystereseeinheit (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) an ihrem Umfang im Bereich der Kunststoffmasse mindestens eine Vertiefung (21) aufweist.
15. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) die Trägerplatte (16) axial überdeckt und an dieser Seite eine Schutzkappe (27) aufweist, die die Trägerplatte (16) und das entsprechende Ende der Welle (2) abdeckt.
16. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyamid vom Typ PA6, PA66+PA6 oder ein PA66/PA6 ist.
17. Hystereseeinheit (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid in Form von Legierungen, Polyblends und/oder Copolymerisate vorliegt.
18. Hystereseeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff durch Glasfaser und/oder Kohlefaser verstärkt ist.