DE202010014918U1

DE202010014918U1 - Magnettreibscheibenwinde

Info

Publication number: DE202010014918U1
Application number: DE202010014918U
Authority: DE
Original assignee: Klug Ulrich Dipl-Ing (fh); Niemtschke Gunter Dipl-Ing (fh)
Current assignee: GRAEBNER, PETER, DIPL.-ING.PROF. DR.-ING. HABI, DE; Kluge Ulrich Dipl-Ing (fh) De; Niemtschke Gunter Dipl-Ing (fh) De
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-11-04

Abstract

Magnettreibscheibenwinde (1), umfassend zumindest eine angetriebene Treibscheibenwelle (2), auf welcher über eine Nabe (11) eine Magnettreibscheibe mit mindestens einem Magnettreibscheibenkranz platziert ist, wobei der Magnettreibscheibenkranz aus zwei magnetisch leitenden und zueinander beabstandeten Polscheiben (3) gebildet ist, zwischen denen mehrere Hochleistungspermanentmagnete (4) positioniert und sandwichartig eingeschlossen sind, und dass die Magnettreibscheibe in axialer Richtung jeweils von einer magnetisch nicht leitenden Bordscheibe (5) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem gemeinsamen Radius über den Umfang eines Kreises angeordneten Hochleistungspermanentmagnete (4) und die axial benachbart nebeneinander angeordneten Polscheiben (3) unter Verwendung einer als Magnetkäfig ausgebildeten magnetisch nicht leitenden druckfesten Distanzscheibe (8) zueinander beabstandet sind und dass die einander zugewandten Seiten der beiden Polscheiben (3)
– am radial äußeren seitlichen Umfang komplementär eine ringsegmentartige Ausnehmung zur Bildung einer Seilrille (6) aufweisen, die sich ausgehend vom Bereich der radialen Stirnseite der Polscheibe (3) bis hin zu den zueinander weisenden Innenseiten am Unterschnitt der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnettreibscheibenwinde mit einer bedeutend verbesserten und seilschonenden Kraftübertragung von der Treibscheibe auf ein Stahldrahtseil.
Als nicht abschließende Aufzählung von Anwendungsgebieten der Erfindung sind insbesondere zu nennen:

– Vorschaltwinden für Kranwinden in Baukranen und Mobilkranen zur Aufnahme von circa 80% bis 98% der Seilkräfte zur Entlastung der Trommeln in Trommelwinden, die nunmehr nur als Seilspeicher dienen,
– Kraftschlusserzeugung in Elektrozügen,
– Kraftschlusserzeugung in Havariewinden,
– Kraftschlusserzeugung in Rangierwinden,
– Kraftschlusserzeugung in Verholwinden,
– Kraftschlusserzeugung in diversen Montagewinden,
– Kraftschlusserzeugung in Kabelverlegwinden sowie zur
– Kraftschlusserzeugung in Fassadenpflege- und Montagewinden.

Unter einer Magnettreibscheibenwinde im Sinne der Erfindung soll eine Vorrichtung verstanden werden, die Kräfte auf ein Seil überträgt und das Seil nur befördert und führt, nicht aber gleichzeitig speichert. Gattungsgemäße Winden werden daher auch als Durchlaufwinden bezeichnet, die als Vorschaltwinden einsetzbar sind und die nachfolgende Seiltrommel nur als Seilspeicher und nicht als primärer Antrieb ausgebildet ist.
Die Kraftübertragung von der Treibscheibe auf das Seil erfolgt durch Reibung und wird bisher durch zusätzliche Druckfedern, spezielle Seilklemmvorrichtungen, eine hohe Zahl von Umschlingungen oder durch Keilrillen mit kleinem Keilwinkel erzeugt.
Der Stand der Technik für Treibscheibenwinden ist somit durch Lösungen charakterisiert, die das Coulomb'sche Reibungsgesetz unter Nutzung einer homogenen Rille unter Anwendung der klassischen Eytelwein'schen Gleichung der technischen Auslegung zugrunde legen.
Im Beanspruchungsbereich für die Schachtförderung im Bergbau sind Lösungen nach der DE 33 12 522 A1 , DE 36 26 045 A1 , DE 39 23 192 A1 , DE 1 202 587 B und der DE 1 120 702 B bekannt, die die Treibfähigkeit des Systems Seil-Treibscheibe durch Rilleneinlagen unterschiedlicher Werkstoffe erhöhen.
Weiterhin sind im Stand der Technik Lösungsansätze beispielsweise aus dem Bergbau bekannt, die Kraftübertragung unter Einsatz von Elektromagneten zu verbessern. In der DE 34 67 27 C wird dazu ausgeführt, dass die das Lastorgan aufnehmende Rille der Treibscheibe aus Segmentstücken besteht, die als Polschuhe einer Reihe von Elektromagneten mit wechselnder Polarität ausgebildet sind, deren Kraftlinienfluss von einem Pol zum benachbarten Pol durch das Lastorgan geführt wird.
Für Kabelverholanlagen auf Kabelverlegeschiffen ist aus der US 3 512 757 A eine Lösung bekannt, die Magnete in den Ableitscheiben von Winden zum Einsatz bringt. In diesen Fällen kommen traditionelle Magnete zum Einsatz, die erheblichen Platzbedarf und technischen Zusatzaufwand erfordern und demzufolge nur bei Einseilbetrieb mit großen Abmessungen eingesetzt werden können.
Die Nutzung von Kraftlinienfeldern zur Erhöhung der Treibfähigkeit ist auch aus dem Bergbau für Verholwinden für den Einseilbetrieb bekannt.
Den Lösungen nach dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass diese konstruktiv und kostenaufwändig sind und dass die Seilbeanspruchung in den Rillen, insbesondere durch die Deformation der Seile, sehr hoch ist und die Lebensdauer der Seile dadurch sinkt. Weiterhin erfordern die bekannten Lösungen einen hohen Platzbedarf und verteuern die Anlagentechnik.
Die vorliegende Erfindung hingegen entwickelt die in der DE 20 2004 013 767 U1 offenbarte Hochleistungstreibscheibe weiter.
Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der Übertragungskräfte in Treibscheibenwinden auf das anzutreibende Seil, insbesondere unter extremen Beanspruchungsverhältnissen, wie sie bei hohen Seilkraftverhältnissen und/oder kleinen Durchmesserverhältnissen von Treibscheibe zu Seil vorliegen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Magnettreibscheibenwinde gelöst, die zumindest eine angetriebene Treibscheibenwelle aufweist, auf welche über eine Nabe eine Magnettreibscheibe mit mindestens einem einrilligen Magnettreibscheibenkranz platziert ist, wobei der Magnettreibscheibenkranz aus zwei magnetisch leitenden und zueinander beabstandeten Polscheiben und einer zwischenliegenden Distanzscheibe gebildet ist. Von den Polscheiben ist eine für den Südpol und die andere für den Nordpol der Permanentmagnete. Zwischen den Polscheiben sind mehrere Hochleistungspermanentmagnete positioniert und sandwichartig von den Polscheiben eingeschlossen. Die Magnettreibscheibe wird in axialer Richtung jeweils von einer magnetisch nicht leitenden Bordscheibe begrenzt. Insbesondere ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem gemeinsamen Radius über den Umfang eines Kreises verteilt angeordneten Hochleistungspermanentmagnete und die axial benachbarten nebeneinander angeordneten Polscheiben unter Verwendung einer als Magnetkäfig ausgebildeten magnetisch nicht leitenden druckfesten Distanzscheibe zueinander beabstandet sind. Die einander zugewandten Seiten der beiden Polscheiben weisen am radial äußeren seitlichen Umfang komplementär eine ringsegmentartige Ausnehmung zur Bildung einer Seilrille auf, die sich ausgehend vom Bereich der radialen Stirnseite der Polscheibe bis hin zu den zueinander weisenden Innenseiten am Unterschnitt der Seilrille erstrecken.
Die beiden Polscheiben weisen auf den einander zugewandten Innenseiten mit dem Unterschnitt eine Ausnehmung zur kraftschlüssigen Aufnahme der Distanzscheibe und radial nach innen versetzt eine Ausnehmung zur beabstandeten Aufnahme der Hochleistungspermanentmagnete auf.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Distanzscheibe durch eine ringförmige Abstandshalternase zur Beabstandung der Polscheiben ausgeprägt, die zur Kraftaufnahme in axialer Richtung zwischen den beiden Polscheiben und zur Abdichtung eines Polscheibenspaltes vorgesehen ist.
Die Permanentmagnete sind auf einer gemeinsamen Umfangslinie der Polscheiben vorzugsweise äquidistant verteilt angeordnet. Die Beabstandung erfolgt, wie bereits ausgeführt, unter Verwendung einer als Magnetkäfig ausgebildeten magnetisch nicht leitenden druckfesten Distanzscheibe.
Bei einrilligen Magnettreibscheiben sind die beiden Polscheiben jeweils nur auf der einander zugewandten Seite mit den Ausnehmungen zur Bildung der Seilrille sowie zur Bildung der Aufnahmen für die Distanzscheibe und die Hochleistungspermanentmagnete ausgeführt.
Zur Ausbildung einer mehrrilligen Magnettreibscheibe sind mehrere einrillige Treibscheibenkränze für eine Magnettreibscheibenwinde vorgesehen, die in axialer Richtung nebeneinander unter Beachtung der jeweilig angestrebten magnetischen Polarität platziert und mittels nicht magnetisch leitender Schraubbefestigungen axial gegen ein Verschieben auf der Nabe gesichert sind.
Bei mehrrilligen Magnettreibscheiben sind die dann breiteren inneren Polscheiben jeweils beidseitig mit den Ausnehmungen zur kraftschlüssigen Aufnahme der Distanzscheibe und zur beabstandeten Aufnahme der Hochleistungspermanentmagnete sowie mit der Ausnehmung zur komplementären Bildung der Seilrille ausgestaltet.
Besonders vorteilhaft einsetzbar ist eine erfindungsgemäße Magnettreibscheibenwinde, wenn hinter dieser in Seillaufrichtung eine Seiltrommel oder ein Seiltopf angeordnet ist, in die das Seil mit der verbleibenden Restkraft auf- oder einläuft, wobei Seiltrommel oder Seiltopf jeweils als Seilspeicher ausgeführt sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere hintereinander platzierte und angetriebene Treibscheibenwellen mit jeweils mindestens einer einrilligen Magnettreibscheibe vorgesehen, wobei die Treibscheibenwellen einen gemeinsamen oder jeweils einen eigenen Antrieb beispielsweise in Gestalt eines Permanentmagnetmotors aufweisen.
Die Anordnung und die Geometriegestaltung der Hochleistungspermanentmagnete innerhalb der jeweiligen käfigartigen Distanzscheibe erfolgt in Abhängigkeit der magnetischen Kennwerte sowie des Anwendungsgebietes der Magnettreibscheibenwinde. Die Magnettreibscheibe weist eine mit der Treibscheibenwelle formschlüssig gekoppelte magnetisch nicht leitende Nabe hoher Festigkeit auf, auf welcher die Polscheiben justiert und arretiert sind.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Seilrille als Rundrille mit einem Unterschnittwinkel in einem Richtwertbereich zwischen 10° und 105°.
Besonders günstig für die vielen Einsatzgebiete der Magnettreibscheibenwinde ist die Auswahl von Hochleistungspermanentmagneten vom Typ Nd Fe B mit einem an der Aufgabenstellung orientierten Energiegehalt als Richtwert von 200 kJ/m³ bis ≥ 500 kJ/m³, vorzugsweise von 385 KJ/m³.
Zum Zwecke der Erhöhung der magnetischen Kraftübertragung sind nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung seilschonende Andruckvorrichtungen vorgesehen, die das Seil zusätzlich in die Seilrille drücken und damit eine Erweiterung des Einsatzgebietes der Magnettreibscheibenwinde bewirken.
Die Anordnung der Hochleistungspermanentmagnete in den Distanzscheiben erfolgt derart, dass die Achse des Magnetfeldes und damit die Magnetkraft vorwiegend senkrecht zur Seillängsachse gerichtet ist.
Die zwei Bauteile des geteilten Treibscheibenkranzes, also die beiden Polscheiben, werden im Bereich der Magneten rechts und links von der Distanzscheibe aufgelegt und vorwiegend durch die Magnetkräfte gehalten. Der Magnetschluss erfolgt nach Komplettierung der Magnettreibscheibe und deren Einbau durch das dann in der Seilrille aufliegende Seil.
Die Anzahl der erforderlichen Magnete, deren magnetische und geometrische Gestaltung und die konstruktive Ausführung der Rille und des Treibscheibenkranzes werden berechnet, wie nachfolgend ausgeführt wird.
Die Berechnung der Treibfähigkeit wird unter Nutzung von experimentell ermittelten magnetischen Kennwerten q'_M durchgeführt. Dabei wird entsprechend der zu lösenden Aufgabe und den jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten die maximal mögliche Anzahl der Hochleistungspermanentmagnete in gleichem Abstand in der Distanzscheibe angeordnet.
Es sind, wie bereits offenbart, einrillige und mehrrillige Konstruktionen möglich. Der Magnetfluss wird durch die Polscheiben auf das Stahldrahtseil fokussiert. Abstrahlungen nach außen und in die Antriebswelle beziehungsweise seitlich angeordnete weitere Konstruktionen werden durch geeignete Materialauswahl. vermieden.
Das Paket eines Treibscheibenkranzes einer beispielsweise einrilligen Magnettreibscheibe, bestehend aus Magnetsegmenten, zwei Polscheiben und einer Distanzscheibe zur Aufnahme der Magnetsegmente, wird deshalb konstruktiv vorzugsweise von einer aus magnetisch schlecht oder nicht leitendem Werkstoff bestehenden Bordscheibenkonstruktion und der magnetisch nicht oder schlecht leitenden Nabe eingeschlossen.
Durch diese spezielle Vorgehensweise gelingt es, die für die Coulomb'sche Reibkraft bedeutungsvolle Normalkraft bedeutend zu erhöhen. Durch die in einer Distanzscheibe angeordneten Hochenergie-Permanentmagnete wird die Normalkraft aus den Seilkräften von einer durch die Magnetkräfte erzeugten Normalkraft überlagert. Für diese Aussagen gilt gemäß nachfolgender Gleichung, dass neben den klassischen Seilkräften nach Euler beziehungsweise Eytelwein jetzt zusätzlich senkrecht auf die Rillenflanken wirkende Magnetkräfte wirken, was nachfolgend mathematisch und physikalisch untersetzt wird. dF_N = F_S·dρ + q'_M· D / 2 ·dρ (A)
Es bedeuten:

FN:: Normalkraft in der Rille
dφ:: kleiner Umschlingungswinkel
FS:: Seilkraft in N
qM':: magnetische Linienkraft in Rillenumfangsrichtung in N/mm
D:: Treibscheibendurchmesser in mm

F(φ) = F₂·e^μ·φ + q_M'· D / 2 ·(e^μ·φ – 1) (A')

Zur Anwendung kommen die oben genannten Hochenergie-Permanentmagnete, die bezogen auf Kräfte und Form dem Einsatzfall entsprechend, nach der jeweils dann dazu auszuführenden Berechnung angepasst, zu fertigen sind. Die Anzahl der Magnete, ihre Form, Stärke und Anordnung hängen von der gewünschten Treibfähigkeit der Paarung Treibscheibe-Seil ab.
Dieser technische Ansatz ermöglicht es, Rundrillen der neuen Treibscheibe mit unterschnittenen Rundrillen mindestens mit Treibfähigkeiten auszustatten, die die von Keilrillen traditioneller Konstruktionen bei definiertem Keilwinkel und erreichbaren Verschleißzustand übertreffen, und im Gegensatz zu bekannten Keilrillen einen stark reduzierten Rillenverschleiß durch geringe spezifische Pressung und hohe Seillebensdauer, bezogen auf die jeweilige Auslegung, gewährleisten.
Für die Lösung von extremen Anforderungen bezogen auf die erforderliche Kraftübertragung sind auch Rundrillen mit breitem Unterschnitt mit dem im Patent vorgestellten neuen Ansatz und wahlweise zusätzlichen Anpresskräften ausrüstbar. Damit ist es möglich, bedeutend höhere Treibfähigkeiten als bei Keilrillen dauerhaft zu realisieren. Die Optimierung der Treibscheibenauslegung bezogen auf

– die Magnetkraft, geometrische Form der Hochenergie-Permanentmagnete, Festlegung weiterer physikalischer Kennwerte, Anzahl und Anordnung der Magnete einerseits und
– die Gestaltung der Polscheiben aus magnetisch leitenden Werkstoffen andererseits,

Die Lösung erfordert einen modifizierten Ansatz der Eytelwein'schen beziehungsweise Eulergleichung:
mit:

F1,F2:: Seilkräfte
φ(p):: Verzögerungsfaktor
e:: Basis der natürlichen Logarithmen
μ:: scheinbarer Reibwert
β:: geometrischer Umschlingungsbogen

F₁ = F₂·e^μβ + q'_M· D / 2 (e^μβ – 1) (C)

Es bedeuten:

e:: Basis der natürlichen Logarithmen
β:: geometrischer Umschlingungsbogen
μ:: Reibungswert für die jeweilige Rillenform auf Grundlage des Reibwertes μ₀ der Bewegung Stahl/Stahl mit μ₀ = 0,09
q'M:: magnetische Linienkraft in Umfangsrichtung der Treibscheibenrille in N/mm
d:: Seildurchmesser in mm
D:: Treibscheibendurchmesser in mm
z:: Anzahl der Seile
i:: Einscherung
F2: kleine Seilkraft, also F₂ < F₁

Die Gleichung (D) belegt, dass die Treibfähigkeit der Magnettreibscheibe unter anderem abhängig ist von:

– der Vorspannkraft F₂
– dem scheinbaren Reibwert in der Treibscheibenrille μ dem Treibscheibenumschlingungswinkel β
– der magnetischen Linienkraft q_M'
– vom Treibscheibendurchmesser D und Seildurchmesser d bezüglich deren Einfluss auf q_M'.

Hauptanwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Magnettreibscheibenwinde, die durch das Hintereinanderschalten einer Anzahl von „n” ein- oder mehrrilligen angetriebenen Magnettreibscheiben mit jeweils separatem Antrieb entsteht, sind:

– Vorschaltwinden für Trommelantriebe mit dem Ziel, die Seilkraft in den Trommelwinden auf das technisch sinnvolle Maß zu reduzieren, um Seilschäden zu minimieren,
– Elektrozüge mit Leichtbauseiltrommeln oder neu gestalteten Seiltöpfen als Seilspeicher
– Havariewinden
– Rangierwinden
– Theaterwinden
– Montagewinden
– Kabelverlegewinden
– Montagewinden für Aufzüge und Fassaden.

Die Kraftübertragung wird durch die genannten Maßnahmen wesentlich verbessert. Die damit verbundenen erfindungsgemäßen Vorteile sind:

– Masseeinsparungen im Seiltrieb durch vergrößertes und technisch übertragbares F₁/F₂-Verhältnis, Ermöglichung des extremen Leichtbaus in den beteiligten Baugruppen,
– mögliche Reduzierung des erforderlichen Treibscheibendurchmessers,
– Reduzierung der Seildurchmesser infolge verringerter Beanspruchungen, da Verschleiß durch geringe Dehnung und Rutsch im Bereich der Treibscheibe weitgehend reduziert wird.
– Bedingt durch einen kleineren Treibscheibendurchmesser und den Einsatz getriebeloser Permanentmagnetmotoren als Einzelantrieb pro Magnettreibscheibe ergeben sich hohe Wirkungsgrade und damit eine
– Reduzierung des Energieaufwandes, jeweils verbunden mit den zugehörigen wirtschaftlichen Vorteilen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigen:
1: Schnitt durch eine mehrrillige Magnettreibscheibe für Magnettreibscheibenwinden mit Teilung des Treibscheibenkranzes,
2: Beispiel für die Ausführung einer Distanzscheibe,
3: vergrößerter Querschnitt einer Distanzscheibe,
4: Explosionsdarstellung einer zweirilligen Magnettreibscheibe und
5: vergrößerter Querschnitt eines Magnettreibscheibenkranzes.
In 1 ist eine Magnettreibscheibenwinde 1 mit einer mehrrilligen Magnettreibscheibe mit jeweils geteilten Treibscheibenkränzen im Längsschnitt dargestellt. In der gezeigten Ausgestaltung sind vier Seilrillen 6 realisiert. Die Magnettreibscheibenwinde 1 ist zusammengesetzt aus der Magnettreibscheibe sowie der Nabe 11 und der Treibscheibenwelle 2. Die relativen bezugspunktabhängigen Angaben radial und axial beziehen sich immer auf die Lage und Anordnung der Treibscheibenwelle 2.
Auf der magnetisch nicht oder schlecht leitenden Nabe 11 sind in axialer Richtung Polscheiben 3 angeordnet, zwischen denen die Hochleistungspermanentmagnete angeordnet sind. Begrenzt wird die Magnettreibscheibe in axialer Richtung beidseitig durch Bordscheiben 5, welche aus magnetisch nicht oder schlecht leitendem Werkstoff ausgeführt sind. Zwischen den Polscheiben 3 sind am Umfang die Seilrillen 6 ausgestaltet. Die Magnettreibscheibe wird als Paket aus den Bordscheiben 5 sowie den dazwischen angeordneten Polscheiben 3 und den hier nicht dargestellten Distanzscheiben durch Schraubbefestigungen 7 verspannt und gehalten.
In 2 ist ein Beispiel für die Ausführung einer Distanzscheibe 8 in der Seitenansicht dargestellt. Die Distanzscheibe 8 besteht aus einem magnetisch nicht oder schlecht leitendem Werkstoff in welche sternförmig radial Ausnehmungen zur Aufnahme der Hochleistungspermanentmagnete ausgeführt sind.
In 3 ist der vergrößerte Bereich aus 2 im Querschnitt A dargestellt. Die Distanzscheibe 8 weist an ihrem äußeren Umfang mittig eine Abstandshalternase 10 auf, die in eingebautem Zustand der Distanzscheibe 8 den Spalt zwischen den Polscheiben dimensioniert. Die sich ergebende stufenartige Kontur zu beiden Seiten des Distanzringes 8 hat in Bezug auf die beidseitig anliegenden nicht dargestellten Polscheiben beabstandende und dichtende Funktion.
In 4 ist eine Explosionsdarstellung einer zweirilligen Magnettreibscheibe gezeigt. Die Bordscheiben 5 begrenzen die Magnettreibscheibe jeweils in axialer Richtung. Die Nabe 11 stellt formschlüssig die Verbindung zur Kraftübertragung zwischen der nicht dargestellten Treibscheibenwelle 2 und den Polscheiben 3 her, wobei letztere von der Nabe 11 formschlüssig aufgenommen und zugleich zentriert werden.
Zwischen zwei Polscheiben 3 ist jeweils eine Distanzscheibe 8 mit den darin gehalterten Hochleistungspermanentmagneten 4 angeordnet. Die Distanzscheiben 8 werden von einer korrespondierenden Ausnehmung in der Polscheibe 3 von dieser teilweise aufgenommen. Die Ausnehmungen sind bei symmetrischer Ausführung der beiden benachbarten Polscheiben 3 hälftig in jedes Bauteil eingebracht. Die dargestellten ringförmigen Bauelemente, wie Bordscheiben 5 sowie die Polscheiben 3 als auch die Distanzscheiben 8, werden über dargestellte und nicht näher bezeichnete Bohrungen mittels Schraubbefestigung zu einem Treibscheibenpaket verbunden. Die Distanzscheiben 8 werden über die nicht dargestellten Schraubbefestigungen mittels Abstandshalterringen 12 zwischen den Polscheiben 3 positioniert.
In 5 ist schließlich ein vergrößerter Ausschnitt eines Magnettreibscheibenkranzes einer einrilligen Magnettreibscheibe im Querschnitt dargestellt. Die Magnettreibscheibe wird gebildet aus zwei in axialer Richtung beabstandeten Polscheiben 3 sowie einer zwischen diesen angeordneten Distanzscheibe 8. Der Polscheibenspalt 13 wird dabei bestimmt durch die Dicke der Abstandshalternase 10 der Distanzscheibe 8. Die Positionierung der Distanzscheibe 8 in den Polscheiben 3 erfolgt über eine stufenförmige Ausnehmung in den Polscheiben 3, wodurch die Distanzscheibe 8 zentriert und gleichzeitig zwischen den Polscheiben 3 gehalten wird. Dabei wird gleichzeitig erreicht, dass der Polscheibenspalt 13 an seinem der Seilrille abgewandten Ende durch die Abstandshalternase 10 der Distanzscheibe 8 verschlossen und gedichtet wird, sodass keine magnetischen Partikel über den Polscheibenspalt 13 zu den Hochleistungspermanentmagneten 4 gelangen können.
Damit werden über die Distanzscheibe 8 mehrere Funktionen realisiert. Zum einen werden die Hochleistungspermanentmagnete 4 gehalten und geführt, zum Weiteren werden die Polscheiben 3 durch die Abstandshalternase 10 zueinander beabstandet. Darüber hinaus wird der Polscheibenspalt 13 durch die Distanzscheibe 8 sowohl über die Abstandshalternase 10 als auch über das Verspringen der Distanzscheibe 8 in der Ausnehmung in der Polscheibe 3 labyrinth- beziehungsweise stufenartig gedichtet.
Der Polscheibenspalt 13 endet in der Seilrille 6 und bildet den Unterschnitt derselben. In der Ausnehmung der Seilrille 6 auf beiden Seiten der sich gegenüberliegenden Polscheiben 3 wird das magnetisch leitende Seil 9 geführt und angetrieben.
Mit der Erfindung sind eine Reihe von Vorteilen erzielbar.
Zunächst ist in besonderer Weise herauszustellen, dass sich durch den Einsatz der Magnettreibscheibenwinde allein oder in Kombination mit Trommelwinden als Seilspeicher in Mobil- und Baukranen, Elektrozügen und Rangieranlagen bereits dadurch Vorteile ergeben, dass die Magnettreibscheibenwinde kleinere Abmessungen aufweist und damit ein reduzierter Materialeinsatz zu verzeichnen ist. Weiterhin vorteilhaft ist, dass es zu einer bedeutsamen Erhöhung der Seillebensdauer bei Mobil- und Baukranen in Kombination mit Trommelwinden als Seilspeicher kommt.
Ebenso technologisch vorteilhaft ist, dass ein reduzierter Fertigungsprozess im Vergleich zum Stand der Technik bei klassischen Durchlaufwinden für die Magnettreibscheibenwinden erforderlich ist.
Als ökonomische Vorteile sind zu verzeichnen, dass es im günstigsten Fall zu einer Reduzierung der Seilkosten für Bau- und Mobilkrane im Betrieb auf etwa 20 bis 25% kommt, weil Schäden im Speicherbereich durch Einziehen des Seiles in tieferliegende Windungen unter hohen Kräften vermieden werden. Weiterhin reduzieren sich die Kranstillstandzeiten infolge seilschonender Konstruktion und damit reduzierter Anzahl von Seilwechseln, wodurch abhängig vom Einsatz der Krane erhebliche ökonomische und technologische Vorteile entstehen.
Bezugszeichenliste

1: Magnettreibscheibenwinde
2: Treibscheibenwelle, Antriebswelle
3: Polscheibe aus magnetisch leitendem Werkstoff
4: Hochleistungspermanentmagnete
5: Bordscheibe aus magnetisch nicht oder schlecht leitendem Werkstoff
6: Seilrille
7: Schraubbefestigungen
8: Distanzscheibe aus magnetisch nicht oder schlecht leitendem Werkstoff, Distanzring
9: Seil
10: Abstandshalternase
11: Nabe
12: Abstandshalterring
13: Polscheibenspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3312522 A1 [0006]
- DE 3626045 A1 [0006]
- DE 3923192 A1 [0006]
- DE 1202587 B [0006]
- DE 1120702 B [0006]
- DE 346727 C [0007]
- US 3512757 A [0008]
- DE 202004013767 U1 [0011]

Claims

Magnettreibscheibenwinde (1), umfassend zumindest eine angetriebene Treibscheibenwelle (2), auf welcher über eine Nabe (11) eine Magnettreibscheibe mit mindestens einem Magnettreibscheibenkranz platziert ist, wobei der Magnettreibscheibenkranz aus zwei magnetisch leitenden und zueinander beabstandeten Polscheiben (3) gebildet ist, zwischen denen mehrere Hochleistungspermanentmagnete (4) positioniert und sandwichartig eingeschlossen sind, und dass die Magnettreibscheibe in axialer Richtung jeweils von einer magnetisch nicht leitenden Bordscheibe (5) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem gemeinsamen Radius über den Umfang eines Kreises angeordneten Hochleistungspermanentmagnete (4) und die axial benachbart nebeneinander angeordneten Polscheiben (3) unter Verwendung einer als Magnetkäfig ausgebildeten magnetisch nicht leitenden druckfesten Distanzscheibe (8) zueinander beabstandet sind und dass die einander zugewandten Seiten der beiden Polscheiben (3) – am radial äußeren seitlichen Umfang komplementär eine ringsegmentartige Ausnehmung zur Bildung einer Seilrille (6) aufweisen, die sich ausgehend vom Bereich der radialen Stirnseite der Polscheibe (3) bis hin zu den zueinander weisenden Innenseiten am Unterschnitt der Seilrille (6) erstrecken, – die beiden Polscheiben (3) auf den einander zugewandten Innenseiten eine Ausnehmung zur kraftschlüssigen Aufnahme der Distanzscheibe (8) und radial nach innen versetzt eine Ausnehmung zur beabstandeten Aufnahme der Hochleistungspermanentmagnete (4) aufweisen.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzscheibe (8) eine ringförmige Abstandshalternase (10) zur Beabstandung der Polscheiben (3), zur Kraftaufnahme in axialer Richtung zwischen den beiden Polscheiben (3) und zur Abdichtung eines Polscheibenspaltes (13) aufweist.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Polscheiben (3) bei mehrrilligen Magnettreibscheiben beidseitig Ausnehmungen zur formschlüssigen Aufnahme der Distanzscheibe (8) und zur beabstandeten Aufnahme der Hochleistungspermanentmagnete (4) aufweisen.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Seillaufrichtung dahinter angeordnete Seiltrommel oder ein Seiltopf angeordnet ist, in die das Seil mit der verbleibenden Restkraft auf- oder einläuft und die jeweils als Seilspeicher vorgesehen ist.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer mehrrilligen Magnettreibscheibe mehrere einrillige Treibscheibenkränze vorgesehen sind, die in axialer Richtung nebeneinander unter Beachtung der jeweilig angestrebten magnetischen Polarität platziert und mittels nicht magnetisch leitender Schraubbefestigungen (7) axial gegen ein Verschieben auf der Nabe (11) gesichert sind.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hintereinander platzierte angetriebene Treibscheibenwellen (2) mit jeweils mindestens einer einrilligen Magnettreibscheibe angeordnet sind, wobei die Treibscheibenwellen (2) einen gemeinsamen oder jeweils einen eigenen Antrieb in Gestalt eines Permanentmagnetmotors aufweisen.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und Geometriegestaltung der Hochleistungspermanentmagnete (4) innerhalb der jeweiligen käfigartigen Distanzscheibe (8) in Abhängigkeit der magnetischen Kennwerte sowie des Anwendungsbereichs der Magnettreibscheibenwinde (1) erfolgt.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnettreibscheibe eine mit der Treibscheibenwelle (2) formschlüssig gekoppelte magnetisch nicht leitende Nabe (11) hoher Festigkeit umfasst, auf welcher die Polscheiben (3) verdrehungssicher arretiert sind.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilrille (6) als Rundrille mit einem Unterschnittwinkel in einem Bereich zwischen 10° und 105° ausgebildet ist.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Hochleistungspermanentmagnete (4) Magnete vom Typ Nd Fe B, mit einem an der Aufgabenstellung orientierten Energieinhalt in kJ/m³ eingesetzt werden.
Magnettreibscheibenwinde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Erhöhung der magnetischen Kraftübertragung seilschonende Andruckvorrichtungen vorgesehen sind, die das Seil (9) zusätzlich in die Seilrille (6) drücken.