DE2845738A1

DE2845738A1 - Als kupplung oder bremse einsetzbare permanentmagnetische vorrichtung

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Publication number: DE2845738A1
Application number: DE19782845738
Authority: DE
Inventors: Gunnar H Janson
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1979-05-23
Also published as: GB2008864A; US4152617A; GB2008864B; JPS5481447A

Description

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PATENTANWÄLTE 2 8 & 5 7 ^ 8

DR.-ING. R. DÖRING _c DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

-D-

BRAUNSC hl WEIG MÜNCHEN

DANA Corporation

4500 Dorr Street Toledo, Ohio / USA

ⁿ Als Kupplung oder Bremse einsetzbare permanentmagnetische Vorrichtung ^w

Die Erfindung betrifft eine als Kupplung oder Bremse einsetzbare permanentmagnetische Vorrichtung, insb. zur Steuerung von Einrichtungen zur überwachung der Spannung von Materialbahnen während des Auf- oder Abwickeins, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art sind besonders geeignet, um als Steuereinrichtung für eine Materialbahn in vorbestimmter Spannung haltende Einrichtung eingesetzt zu werden, insb. wenn die langgestreckte Materialbahn einer Aufwickelrolle zugeführt oder von dieser abgezogen wird, und zwar mit Hilfe einer rotierenden Welle, wobei der Drehwiderstand dieser Welle die Spannung der Bahn bestimmt. Dabei kann eine solche Vorrichtung als Bremse oder auch als Kupplung für verschiedenartige Vorrichtungen verwendet werden. Bei Verwendung als Bremse zur Steuerung der Wellendrehung ist die Ausgangswelle der Einrichtung antriebsmäßig mit der Aufwickelrolle oder dem Bahnvorrat verbunden, während daa

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Gehäuse der Einrichtung gegen Drehung gesichert ist. Wenn die Vorrichtung als Kupplung verwendet wird, weist die Einrichtung einerseits eine Eingangswelle auf, die das Gehäuse antreibt und andererseits eine Ausgangswelle, die mit der Eingangswelle kuppelbar ist, wobei die Eingangswelle mit der zu steuernden Vorrichtung verbunden ist.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung die Vorrichtung allgemein als Kupplungsvorrichtung beschrieben ist, sollte dabei im Äuge behalten werden, daß die Vorrichtung selbstverständlich auch als Bremse eingesetzt werden kann. Bei Verwendung als Kupplung weist die Vorrichtung eine Eingangswelle zur Einführung einer Drehenergie an einem Ende und eine Ausgangswelle am anderen Ende auf, wobei die Einrichtung verwendet wird, um die Höhe des Drehmomentes zu verändern, das von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle übertragen wird.

Brems- oder Kupplungsvorrichtungen der Eingangs näher bezeichneten Art werden allgemein verwendet, um die Einrichtungen zur Überwachung der Bahnspannung zu steuern. Bei den Bahnen kann es sich um Fäden, Drähte, Textilstränge oder Gewebebahnen oder Papierbahnen oder dgl. handeln. Im allgemeinen werden die Bahnen einer Aufwickelrolle zugeführt oder von einer solchen abgenommen. Das Drehmoment, das benötigt wird, um die Wickelrolle zu drehen, bestimmt die Spannung der Materialbahn oder dgl. Eine typische Anwendung ist die Herstellung einer kontinuierlichen Rolle aus Tissuematerial, z.B. Toilettenpapier oder

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Papierhandtücher. Andere vielfältige Anwendungsmöglichekeiten bestehen auf dem Textilsektor.

Bei derartigen Anwendungsfällen ist es wichtig, daß das der Aufwickelrolle zugeführte Drehmoment oder das Ausgangsdrehmoment der Steuereinrichtung selektiv variabel ist und zwar in einem weiten Bereich von wünschenswerten Drehmomenten. Weiterhin ist es wichtig, daß die Steuereinrichtung selbst von Wartungsproblemen freigehalten wird, ebenso wie von äußeren Ver- . bindungen und von Abnutzung aufgrund üblicher mechanischer Reibung. Aus diesem Zweck sind elektrisch betriebene Bremsen oder Kupplungen weniger erwünscht, da diese äußere Spannungsquellen benötigen. Mechanische Kupplungen sind ebenfalls wenig wünschenswert, daß sie der üblichen Abnutzung durch Reibung unterliegen und daher einer ständigen überwachung und Nachstellung zur Aufrechterhaltung des gewünschten Drehmomentes bedürfen.

Diese Einschränkungen sind in gewissem Umfange durch Verwendung von Bremsen überwunden worden, bei denen Elektroaaagnete verwendet werden, um so das Brems- oder Kupplungsmoment und damit die das Drehmoment kontrollierende Kraft liefern. Solche Magnete erfordern selbstverständlich keine äußeren Speisekreise und sind auch keiner mechanischen Abnutzung unterworfen, wie dies bei Reibplattenbremsen oder Kupplungen der Fall ist. Derartige permanentmagnetische Vorrichtungen liefern ein variables Drehmoment, dessen Wert durch Drehung einer geschlitzten und als

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Flußgatter dienenden Scheibe eingestellt werden kann. Eine solche Vorrichtung ergibt im Betrieb ein von der Drehzahl unabhängiges konstantes Drehmoment, das jedoch eingestellt werden kann.

Bei vielen Anwendungsfallen, insb. bei der Spannungskontrolle von Bahnen oder Strängen zum Aufwickeln auf Rollen tritt jedoch das Problem auf, daß die Bahnspannung in Abhängigkeit von dem Radius des sich aufbauenden Wickels ändert, sodaß auch das Drehmoment entsprechend mit der Änderung der Drehzahl des Wickels für eine vorgegebene Bahnspannung geändert werden muß. Für diese Anwendungsfälle ist die zuvor beschriebene bekannte permanentmagnetische Einrichtung nicht geeignet.

Es sind zwar Kupplungen oder Bremsen bekannt, welche ein Bremsoder Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Geschwindigkeit liefern. Diese sind jedoch zur Spannungskontrolle nicht geeignet, da das Dreh- oder Bremsmoment bei Annäherung und Erreichen des Geschwindigkeitswertes Null verschwindet. Bei niedrigen nahe Null liegenden Geschwindigkeiten würde so der Bewegung des Wickels praktisch kein nennenswerter Widerstand entgegengesetzt, sodaß die Bahn praktisch keinerlei Spannung unterliegt.

Es ist Aufgabe der Erfindung hier Abhilfe zu schaffen und unter Beibehaltung des Vorteils der Unabhängigkeit von äußeren Zuleitungen und der Notwendigkeit einer ständigen überwachung und

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Nachstellung und unter Beibehaltung des Vorteils der Vermeidung einer jeglichen mechanischen Abnutzung eine Vorrichtung der Eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß diese den unterschiedlichen Anforderungen bei der Kontrolle und Steuerung des Brems- oder Drehmomentes auf einfache und leicht einstellbare Weise erfüllt, wobei die Vorrichtung einen einfachen kompakten Aufbau haben soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Diese Vorrichtung weist die Vorteile einer rein permanentmagnetisch arbeitenden Vorrichtung. Sie ist also frei von äußeren Speisestromkreisen und frei von jeglichen Abnutzungsproblemen. Sie bedarf daher praktisch keinerlei Wartung und arbeitet über lange Betriebszeiten stets zuverlässig. Sie ist geeignet, ein Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit zu liefern, liefert aber zugleich ein Drehmoment auch bei Absinken der Bahngeschwindigkeit bis zum Werte Null. Man erhält also bei der Ausgangswelle ein Drehmoment, das auch bei fehlender Bahngeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert annimmt, der sich dann mit zunehmenderDrehzahl fortschreitend vergrößert. Die Bedienungsperson kann unabhängig voneinander sowohl das Drehmoment für die Bahngeschwindigkeit Null als auch die Änderung des Drehmomentes oder Bremsmomentes in Abhängigkeit von den Bahngeschwindigkeiten einstellen. Er kann somit auch selektiv die Neigung der Drehmoment/Geschwindigkeitskurve verändern.

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Dies wird erreicht durch zwei getrennte Kupplungs- oder Bremsabschnitte, die in dem gleichen Gehäuse angeordnet sind und die jeweils auf permanentmagnetischem Wege arbeiten und die unabhängig voneinander getrennte und selektiv einstellbare Drehmomentsteuerungen liefern, welche kumulativ auf die Ausgangswelle zur Wirkung gebracht werden können. Die Ausgangswelle unterliegt also der Einwirkung eines Drehzahl/ oder bahngeschwindigkeitsunabhängigem konstanten Drehmoment, das auch bei Fehlen einer Bahngeschwindigkeit voll wirksam ist und der Wirkung eines mit der Geschwindigkeit fortschreitend zunehmenden Drehmomentes, welches bei der Bahngeschwindigkeit Null praktisch den Wert Null annimmt. Der eine Abschnitt der Vorrichtung verwendet die Verluste in einem Material von hohen Hyateresisverlusten, während der andere eine Vorrichtung zur Veränderung des Flußweges zwischen einem permanentmagnetischen Teil und einem ferromagnetischen Teil aufweist. Die Bedienungsperson kann auf leichte Weise die Größe des Drehmomentes bei der Bahngeschwindigkeit Null durch relative Drehung zwischen den dem betreffenden Abschnitt zugeordneten Kupplungsteilen erreichen. In entsprechender Weise kann er in dem anderen Abschnitt die Proportionalität zwischen Bahngeschwindigkeit und übertragbarem Moment durch einfache relative Drehung von Kupplungsteilen verändern.

Vorteilhafterweise umfaßt der erste Kupplungsabschnitt zwei im gegenseitigen axialen Abstand angeordnete permanentmagnetische Scheiben mit je wenigstens einem Paar von Nord- und Südpolmagnetabschnitten, die mit der antreibbaren oder stationären

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Eingangswelle verbunden sind und zwischen denen eine mit der Ausgangswelle verbundene Scheibe aus einem Material mit hohen Hysteresisverlusten angeordnet ist, während eine Einrichtung zur selektiven Einstellung der relativen Winkelstellunge zwischen den beiden permanentmagnetischen Scheiben vorgesehen ist.

Zweckmäßigerweise umfaßt der zweite Kupplungsabschnitt eine permanentmagnetische Scheibe mit wenigstens einem Paar von Nord- und Südpolmagnetabschnitten, die mit der antreibbaren oder stationären Eingangswelle verbunden ist, während ein in axialem Abstand davon angeordneter ferromagnetischer Ring vorgesehen ist, der relativ zur permanentmagnetischen Scheibe antreibbar und vorzugsweise mit der Ausgangswelle verbunden ist, während zwischen den beiden ein um die gemeinsame Achse selektiv einstellbares Flußgatter zur Steuerung des magnetischen Flußweges angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Kupplung gemäß der Erfindung mit Blickrichtung entlang der Achse der Eingangs- und Ausgangswellen.

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Kupplung nach der Erfindung, welche jeweils Eingangs- und Ausgangswellen wiedergibt.

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Fig. 3 einen Querschnitt der Kupplungsvorrichtung nach Figur 2, wobei eine Antriebsscheibe an der Eingangswelle befestigt ist.

Fig. 4 eine schematische, perspektivische und auseinandergezogene Darstellung der funktionsmäßig wichtigen inneren Teile der Kupplungsvorrichtung nach der Erfindung in einer ersten Stellung.

Fig. 5 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4, in der jedoch die gleichen Elemente in einer unterschiedlich ausgewählten Stellung wiedergegeben sind.

Fig. 6 eine graphische Darstellung, welche das Ausgangsdrehmoment des einen der Kupplungselemente wiedergibt, welches in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitszunahme ansteigt.

Fig. 7 eine schematische, graphische Darstellung des Ausgangsdrehmomentes des anderen Kupplungselementes, welches bei Geschwindigkeitszunahme konstant bleibt und

Fig. 8 eine schematische Wiedergabe des Ausgangsdrehmomentes der Kupplung nach der Erfindung bei einer ausgewählten Stellung unter Verwendung des kumulativen Effektes beider Kupplungselemente.

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Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 wird deutlich, daß die Erfindung ein äußeres,ringförmiges Gehäuse 10 aufweist. Dieses kann bei Verwendung der Vorrichtung als Bremse mit Hilfe von Haltern oder einer direkten Befestigung an einer festen Anordnung angebracht und gegen Drehbewegung gesichert werden. Die Eingangswelle 11 ist auf der rechten Seite in Fig. 2 gezeigt. Die Ausgangswelle 12 ist entsprechend auf der linken Seite wiedergegeben. Jedes Ende des ringförmigen Gehäuses 10 ist durch eine Stirnplatte abgedeckt, wobei die Stirnplatte auf der Eingangsseite gemäß Figur 1 und die Stirnplatte 14 auf der Ausgangsseite mit dem ringförmigen Gehäuse 10 Jeweils über eine Flansch- und Nutenverbindung gemäß Fig. 3 verbunden sind. Die Stirnplatte 13 der Eingangswelle umfaßt mehrere Gewindebohrungen 15 zur Aufnahme von Befestigungselementen für die Antriebsscheibe 16 gemäß Figur 3, die in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt ist. Wenn die Vorrichtung als Kupplung verwendet wird, wie dies nachfolgend beschrieben wird, ist die Riemenscheibe mit der Stirnplatte 13 durch mehrere Schrauben 17 verbunden, die in die Gewindebohrungen 15 eingeschraubt sind. Die Stirnplatte 13 ist an dem ringförmigen Gehäuse 10 durch eine oder mehrere Befestigungsschrauben 18 befestigt, während die Stirnplatte 14 mit dem ringförmigen Gehäuse 10 permanent z.B. durch Schweißen verbunden sein kann.

Aus Figur 3 ergibt sich, daß zwei Kugellager 19 und 20 in den Stirnplatten 13 und 14 angeordnet sind, deren äußere Laufringe in die zentrale öffnung der Stirnplatten eingesetzt sind. Die

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inneren Laufringe der Lger 19 und 20 sitzen auf einer Welle 21, deren äußeres Ende bei 22 mit einer Keilnut versehen ist, um ein Steuerelement, z.B. die Aufwickelrolle für eine Bahn oder dgl. daran befestigen zu können. Das äußere Ende der Welle ist die Ausgangswelle 12 der Vorrichtung. Diese Welle weist einen inneren Kragen 23 auf, der sich an den inneren Laufring des Kugellagers 19 anlegt. Das andere Ende der Welle 21 ist mit einer Schraube 24 mit Innensechskantloch versehen, welche in ein Gewindeloch am Ende der Welle 21 durch eine Scheibe eingeschraubt ist. Die Scheibe legt sich gegen den inneren Laufring des Kugellagers 20. Mit der Welle 21 ist drehfest eine rohrförmige Hülse 26 verbunden, die das Innere der Welle 21 umgibt und mit dieser rotiert. Die Hülse 26 kannauch einstückig auf der Welle ausgebildet sein. Sie ist jedoch als getrenntes Glied ausgebildet und mit der Welle durch Einstellschrauben oder Stahlscheiben 27 verbunden, die mit einer Nase in eine Öffnung der Welle eingreifen.

Eine ringförmige Hysteresis-Scheibe 28 ist mit der Welle 21 und der Hülse 26 mitdrehend verbunden und erstreckt sich radial von diesen nach außen. Die Scheibe 28 kann somit um de Achse der Welle 21 rotieren. Im Abstand links von der Hysteresis-Scheibe 28 ist eine Wirbelstromscheibe 29 vorgesehen und an einem Widerlagerring 30 befestigt, der ebenfalls auf der Welle 21 zum Mitdrehen mit der Welle durch eine Einstellschraube oder ein anderes Befestigungselement 31 befestigt ist,welches Teil 31 als ein sich axial erstreckender Keil ausgebildet ist, der durch

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den Widerlagerring 30, die Wirbelstromscheibe 29 und die Hülse ragt. Die Wirbelstromscheibe 29 ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und kann durch Kleben oder auf andere Weise an dem Widerlagerring 30 befestigt sein, sodaß beide zusammen mit der Welle 21 umlaufen. Soweit beschrieben sind die Scheiben 28,29 und 30 gegenüber der Welle 21 befestigt und laufen mit der gleichen Geschwindigkeit um, wie das äußere Ende 12 der Ausgangswelle .

Zwei magnetische Ringe 32 und 33 von identischer Ausbildung sind an den gegenüberliegenden Seiten der Hysteresis-Scheibe 28 angeordnet. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, besteht jeder dieser magnetischer Ringscheiben aus einander abwechselnden Polsegmenten, welche drei Nordpole und drei Südpole bilden, sodaß jedes Polsegment einen Winkelbereich von 60° einnimmt. Der erste magnetische Ring 32 ist an der Innenfläche der Stirnplatte 13 befestigt, sodaß er sich mit dieser bewegen kann. Ein Stahlkissen 34 von ringförmiger Gestalt ist an den Innenflächen des Gehäuses 10 z.B. mit Preßsitz oder dergleichen befestigt, sodaß die magnetischen Ringe 3 und das Stahlkissen 34 sich nicht gegenüber dem Gehäuse 10 bewegen können. Ein dritter Hagnetring 35,der ebenfalls aus segmentförmigen und einander abwechselnden Polstücken besteht, ist an der gegenüberliegenden Fläche des Stahlkissens 34 befestigt und kann sich somit ebenfalls nicht gegenüber dem Gehäuse 10 bewegen. Schließlich ist ein aus Segmenten gebildetes Flußgatter 36 vorgesehen, dessen Aufbau am besten aus Figur 5 hervorgeht. Dieses Flußgatter ist auf der

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linken Fläche des magnetischen Ringes 36 angeordnet und durch eine innere rohrförmige Hülse 37 zentriert. Diese erstreckt sich entlang der Welle 21 innerhalb des Stahlkissens 34 und der Magnete 33 und 35. Das aus Segmenten bestehende Flußgatter 36 ist über einen begrenzten Bogen gegenüber dem Gehäuse 10 und den zugehörigen festen Elementen mit Hilfe eines Einstellstiftes 38 drehbar, der nach außen durch eine in Umfangsrichtung langgestreckte Öffnung 39 des Gehäuses ragt, wie am besten Figur 2 zeigt.

Nach der Beschreibung der Bauelemente der Vorrichtung nach Fig.3 wird nachfolgend bezug genommen auf die Figuren 4 und 5_f um die Arbeitsweise zu erläutern.

Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch eine auseinandergezogene Darstellung der verschiedenen Elemente, die zuvor in Bezug auf Figur 3 beschrieben worden sind, und zwar in perspektivischer Darstellung. Die Stirnplatte 13 auf der Eingangsseite, der magnetische Ring 32, der magnetische Ring 33, das Stahlkissen und der magnetische Ring 35 sind so dargestellt, daß sie gegenüber dem Gehäuse 10 fest sind, was heißen soll, daß diese Elemente zusammen mit dem Gehäuse umlaufen, wenn das Gehäuse durch das Antriebsriemenrad 16 gemäß Figur 3 angetrieben wird, oder daß diese Elemente stationär bleiben, wenn die Vorrichtung lediglich als Bremse verwendet wird. Es ollte weiter aus der zuvor beschriebenen Anordnung ersichtlich sein, daß die Hysteresdsscheibe 28, die Wirbelstromscheibe 29 und der Widerlagerring 30

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an der Welle 12 befestigt sind, um mit dieser umzulaufen. Diese Ausgangswelle ist eine Verlängerung der Welle 21, die durch die Anordnung hindurchragt. Wie zuvor erwähnt, lauft das Flußgatter 36 mit dem Einstellstift 38 nicht mit der Ausgangswelle 12 um, ist jedoch gegenüber dem Gehäuse 10 über einen begrenzten Kreisbogen drehbar. Die Stirnplatte 13 und der magnetische Ring 32, der von der Stirnplatte getragen wird, rotieren relativ gegenüber dem Gehäuse 10 über einen begrenzten Kreisbogen, sodaß die Stellung des Magneten 32 gegenüber dem Zwillingsmagneten 33 im Bereich dieses Kreisbogens verstellt werden kann. Dies ergibt sich auch aus Figur 1, in der eine ringförmige Skala gezeigt ist, die am äußeren Umfang des Gehäuses 10 angeordnet ist. Ein Zeiger wird durch die äußere Fläche der Stirnplatte 13 getragen und wirkt mit der Skala zusammen. Die relativen Stellungen zwischen der Stirnplatte 13 und dem Gehäuse 10 können somit eingestellt und festgestellt werden, und zwar durch Lösen bzw. Festziehen der Schrauben Die relative Stellung des Flußgatters 36 wird entweder durch Reibungseingriff zwischen der Scheibe und dem angrenzenden Glied aufgrund der magnetischen Anziehung fixiert oder durch ähnliche Sperreinrichtungen, welche lösbar mit dem Einstellstab 38 verbunden sein können.

Wie zuvor erklärt liegen zwei getrennte Kupplungselemente in der Vorrichtung vor, die zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 angeordnet sind, und über die das Drehmoment oder die Bremswirkung kumulativ auf die Ausgangswelle 12 übertragen

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wird. Das erste dieser Elemente, das als Hysteresisabschnitt bezeichnet werden kann, umfaßt alle Elemente rechts von dem Stahlkissen 34, einschließlich der beiden Magnete 32 und 33 und der Hysteresis-Scheibe 28. Wie zuvor bemerkt ist die Scheibe 28 aus einem Material mit hohen Hysteresisverlusten hergestellt und läuft mit der Ausgangswelle 12 und der zentralen Welle 21 um. Gemäß der Darstellung in Figur 4 sind die segmentförmigen Nord- und Südpolteile in Fluchtung, sodaß ein Südpol des Magnetes 32 genau einem Nordpolsegment im Magnet 33 gegenüberliegt und umgekehrt, wobei sich diese Anordnung über den Umfang der Magnetscheiben verteilt. Bei dieser Anordnung laufen die Magnetflußlinien direkt von einem Pol in axialer Richtung durch die Hysteresis-Scheibe 28 zum gegenüberliegenden Pol, wobei hier der kürzeste Weg durch das Material von hohen Hysteresisverlusten gewählt ist und somit eine minimale magnetische Schleppwirkung gegen die Drehung der Scheibe vorliegt Wenn die relativen Stellungen der Magnete 32 und 33 durch Einstellen der Stellung der Stirnplatte 13 und des Magnetes 32 gegenüber dem Gehäuse 10 verändert wird, wird ein abweichender magnetischer Flußweg geschaffen. Es wird auf Figur 5 bezug genommen, wo die Stellung des Magnetes 32 gegenüber der des Magnetes 33 verändert worden ist, sodaß nunmehr nicht mehr Nord-und Südpole in axialer Fluchtung angeordnet, sondern über einen Winkel von etwa 30° gegeneinander verschoben sind. Dadurch wird ein längerer Flußweg durch die Hystereais-Scheibe 28 notwendig. Dadurch werden höhere Hysteresisverluste veranlaßt und somit das Drehmoment auf die Scheibe 28 und die Welle 21 ver-

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größert. Die Flußwege sind dabei schematisch durch gestrichelte Linien veranschaulicht. Es wird bemerkt, daß die Größe des Hysteresiszuges, der durch die Hysteresisverluste in der Scheibe 28 verursacht wird, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Welle 1st. sodaß die Größe des Drehmomentzuges lediglich eine Funktion der Magnetstärke und der Art des Hysteresismaterials der Scheibe 28 und dergleichen ist. Die Größe dieses Drehmomentes an der Ausgangswelle wird durch eine konstante horizontale Linie repräsentiert, die unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 28 ist, wie dies Fig. 7 veranschaulicht. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, da selbst bei der Drehzahl Null eine bestimmte Bremswirkung oder Kupplungswirkung zu jeder Zeit zur Verfügung steht. Wenn die relativen Stellungen der Magnete 32 und 33 eingestellt werden, wird die Größe des konstanten Drehmomentes erhöht oder verringert, wie dies für den Fachmann ersichtlich ist.

Das zweite Kupplungselement, das als Wirbelstromkupplungsteil bezeichnet werden kann, umfaßt all jene Elemente links von dem Stahlkissen 34 in den Figuren 4 und 5. Die Stellung des Flußgatters 36, die mittels des Stiftes 38 eingestellt werden kann, bestimmt das Drehmoment, das auf die Wirbelstromscheibe 29 einwirkt sowie auf den Widerlagerring 30, veranlaßt durch das magnetische Flußmuster, das von dem festen magnetischen Ring 35 ausgeht. Das Flußgatter 36 enthält eine Vielzahl von radialen Schlitzen, die die Scheibe in getrennte radiale Abschnitte unterteilt. Wenn das Flußgatter 36 gegenüber dem Magnet 35 in

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der Weise gemäß Figur 4 orientiert ist, ergibt sich Flußweg zwischen Nord- und Südpol, wie er durch die gestrichelten Linien wiedergegeben ist. Dieser Flußweg erstreckt sich durch die Wirbelstromscheibe 29 und kehrt über den Widerlagerring 30 zum entgegengesetzten Pol durch die benachbarten Sektoren des Flußgatters 36 zurück. In dieser Stellungwird das Maximum an Zugkraft auf die Ausgangswelle 12 übertragen, welche proportional der relativen Drehgeschwindigkeit zwischen dem festen Magnetring 35 und dem angetriebenen Widerlagerring 30 und der Wirbelstromscheibe 29 ist. Wenn das Flußgatter über einen begrenzten Kreisbogen verdreht wird, z.B. in die Stellung nach Figur 5, werden die Magnetschlußlinien von den Polen des Magnetes 35 durch einen einzigen Sektor des Flußgatters 36 kurzgeschlossen, sodaß das Drehmoment auf die Ausgangswelle verringert wird. Die Größe des Drehmomentes auf die Ausgangswelle wird also durch die Winkelstellung zwischen Flußgatter 36 und benachbartem festen Magnet 35 bestimmt. In jedem Fall ist das Drehmoment an der Ausgangswelle 12 proportional der Drehgeschwindigkeit, wie dies in Figur 6 angedeutet ist, wo sich praktisch ein Drehmoment im Werte von Null ergibt, wenn die Drehgeschwindigkeit den Wert Null erreicht.

Da die Wirkung der beiden zuvor beschriebenen Abschnitte der | Vorrichtung kumulativ ist, ergibt sich letztlich eine Charakteristik der Vorrichtung, wie sie in Figur 8 gezeigt ist. Hierbei ergibt sich ein vorbestimmtes konstantes Drehmoment bei der Drehgeschwindigkeit Null, welches Drehmoment linear mit der Zu-

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nähme der Geschwindigkeit ansteigt. Es ist ersichtlich, daß die Neigung der Linie in Figur 8 und die Größe des Wertes bei der Geschwindigkeit Null durch die selektive Einstellung der relativen Stellungen der Stirnplatte 13 gegenüber dem Gehäuse und des Flußgatters 36 gegenüber dem Gehäuse variiert werden kann. Es ist außerdem ersichtlich, daß die absoluten Werte des Drehmomentes und der Drehzahl, die in den Figuren 6 bis 8 gezeigt sind, lediglich repräsentativ für einen wesentlich größeren Bereich dieser Werte sind, wobei diese Werte durch Auswahl der Stärke der Magneten, der Typen des Materials, und der physikalischen Gestaltung der verschiedenen Elemente bestimmt werden.

Es ist ersichtlich, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Einheit ist, die als Kupplung oder Bremse mit besonderem Vorteil verwendet werden kann, um Vorrichtungen zur Spannung von Materialbahnen zu kontrollieren, welche die Anwendung eines konstanten Drehmomentes bei fehlender Geschwindigkeit sowie eine Zunahme oder Abnahme des Drehmomentes beim Aufwickeln der Bahn oder Abwickeln der Bahn erfordern, je nach dem ob der Wickel größer oder kleiner wird. Gleichzeitig liefert die Vorrichtung diese Vorteile ohne die sonstigen Nachteile äußerer elektrischer Verbindungen oder auf Reibung basierender Vorrichtungen.

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Claims

P Λ Γ E N Γ A N W A L. Γ JL /. U 4 ϋ 7 ν I O i DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE BRAUNSCHWEIG MUNCH E N Ansprüche

1. Als Kupplung oder Bremse einsetzbare permanentmagnetische Vorrichtung, insb. zur Steuerung von Einrichtungen zur überwachung der Spannung von Materialbahnen während des Auf- oder Abwickeins, bestehend aus einem Gehäuse und wenigstens einer in dem Gehäuse gelagerten Welle, die relativ zueinander drehbar sind, sowie Kupplungselementen, welche eine mit wenigstens zwei unterschiedlichen permanentmagnetischen Polabschnitten versehene Scheibe, eine als Flußgatter dienende Scheibe und eine antreibbare Scheibe umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster permanentmagentisch wirksamer Kupplungsabschnitt (13,28,32,33) mit einem drehzahlunabhängigen, einstellbaren konstanten Brems- oder Drehmoment und ein zweiter permanentmagnetisch wirksamer Kupplungsabschnitt (29,30,35,36) mit einem drehzahlabhängigen Brems- oder Drehmoment innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (10) angeordnet und mit der gleichen Welle (12,21) verbunden sind·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kupplungsabschnitt (2) im gegenseitigen axialen Abstand angeordnete permanentmagnetische Scheiben (32, 33) mit je wenigstens einem Paar von Nord- und Südpolmagnetabschnitten aufweist, die mit der antreibbaren oder stationären Eingangswelle (10,16) verbunden sind und zwischen denen eine Bit der Ausgangswelle (12,21) verbundene Scheibe aus einem Material

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mit hohen Hysteresisverlusten angeordnet ist, und daß eine Einrichtlang (13,18) zur selektiven Einstellung der relativen Winkelstellung zwischen den beiden permanentmagnetischen Scheiben (32,33) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kupplungsabschnitt eine permanentmagnetische Scheibe (35) mit wenigstens einem Paar von Nord- und Südpolmagnetabschnitten, die mit der antreibbaren oder stationären Eingangswelle (10,16) verbunden ist, und einen im axialen Abstand davon angeordneten ferromagnetischen Ring aufweist, der relativ zur permanentmagnetischen Scheibe (35) antreibbar ist, und daß zwischen den beiden ein um die gemeinsame Achse selektiv einstellbares Flußgatter (36) zur Steuerung des magnetischen Flußweges vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Scheiben(32, 33, 35) jeweils Ringscheiben mit jeweils einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Polbereichen abwechselnder Polarität sind·

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringscheibe drei Polpaare aufweist.

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6. Vorrichtlang nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) Stirnplatten (13,14) aufweist, von denen wenigstens die eine (14) das Lager für die Ausgangswelle (12) aufweist und die andere (13) mit der Eingangswelle (16) verbindbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren derAnsprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußgatter (36) einen Teil (38) aufweist, der sich radial durch das Gehäuse, (10) nach außen erstreckt und mittels dem das Flußgatter relativ zum Gehäuse (10) und der dem Flußgatter zugeordneten permanentmagnetischen Scheibe (35) in Umfangsrichtung einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Eingangswelle (16) verbindbare Stirnscheibe (13) gegenüber dem Gehäuse über einen vorbestimmten begrenzten Kreisbogen einstellbar ist,und daß eine der permanentmagnetischen Scheiben des Scheibenpaares (32,33) mit der Stirnplatte (13) verbunden ist, während die andere Scheibe des Paares (32,33) drehfest mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen s±d., um die Stirnplatte (13) in der ausgewählten Winkelstellung fest mit dem Gehäuse (10) zu verbinden.

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10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußgatter eine Ringscheibe (36) aus ferromagnetischem Material ist, in der mehrere in Umfangsrichtung in Abständen verteilte radiale Schlitze vom Scheibenumfang aus eingearbeitet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der durch die Schlitze begrenzten Segmente der Flußgatterscheibe (36) gleich der Anzahl der Polabschnitte der zugeordneten permanentmagnetischen Polscheibe (35) ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dit Ausgangswelle (12) eine Verlängerung einer Innenwelle (21) ist, die sich zwischen den Stirnplatten (13»14) erstreckt und in beiden Stirnplatten (13,14) mittels Lager (20,19) drehbar gelagert ist.

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