DE3841012A1 - Magnetkupplung fuer den untertagebergbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen zweier drehbarer Maschinen­ teile, die über magnetische Kraftfelder miteinander verbunden sind, insbesondere von Motor und Antrieb des Hobels und des Förderers im untertägigen Berg- und Tunnelbau.

Kupplungen werden zur Übertragung von Drehmomenten von Motoren auf nachgeschaltete Wellen verwendet. Man unterscheidet formschlüssige, reibflüssige und hydraulisch arbeitende Kupplungen. Darüber hinaus sind auch induktions- und elektro­ magnetische Schlupfkupplungen bekannt, die in weiten Grenzen berührungsfrei das Drehmoment übertragen.

Die formschlüssig arbeitenden Kupplungen sind meist starr in dem Sinne, daß kein Schlupf zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil auftreten kann. Durch Zwischenschaltung elastischer Elemente ist versucht worden, begrenzte Relativ­ bewegungen zwischen beiden Kupplungsteilen zu ermöglichen, um stoßartige Belastungen abzufangen. Im untertägigen Bergbau sind dies vor allem die sog. Bolzenkupplungen. Die reibschlüssig arbeitenden Kupplungen übertragen das Drehmoment des Primär­ teils durch Reibschluß auf den Sekundärteil. Bei Wahl ent­ sprechender Belege bzw. bei Veränderung der Andruckkraft wird der Schlupf gezielt angepaßt bzw. verändert. Entsprechende Kupplungen werden als Trockenkupplungen vor allem im PKW-Bereich eingesetzt. Neuentwickelte Reibkupplungen werden aber auch für Förderer und Gewinnungsmaschinen im untertägigen Bergbau einge­ setzt. Hydraulisch arbeitende Kupplungen nutzen die kinetische Energie von Flüssigkeiten zur Kraftübertragung bzw. Drehmoment­ übertragung aus. Auch sie arbeiten mit Schlupf, der insbesondere beim Anfahren sehr hoch ist. Alle genannten Kupplungsprinzipien beinhalten die Möglichkeit eines Überlastschutzes, wobei im Bergbau der Scherbolzen bisher der bekannteste Überlastschutz war. Allen nachgiebigen Kupplungen ist der Nachteil gemeinsam, daß Materialien unmittelbar aufeinander einwirken. Sowohl Reibflächen als auch das Zusammenwirken von Flüssigkeiten und Metallflächen beinhalten Materialbelastungen und häufig auch Zerstörungen. Die Verlustleistungen bei zu großem Schlupf führen zu starker Aufheizung der Kupplungsteile. Auch bei induktions- und elektromagnetischen Schlupfkupplungen treten Erwärmungen und sonstige Probleme auf, die entsprechende Schutzmaßnahmen erfordern. Darüber hinaus ist die Notwendig­ keit vorhanden, die notwendige Anregungsenergie über Schleif­ ringe oder ähnliches zuzuführen, was gerade im untertägigen Bergbau nicht zulässig oder nicht ohne weiteres zulässig ist. Von daher haben sich derartige Kupplungen im untertägigen Bergbau bisher nicht durchsetzen können, erfordern aber auch in anderen Anwendungsbereichen erhebliche Zusatzmaßnahmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ohne direkte Materialberührung arbeitende, vor allem Untertage einsetzbare Kupplung einfachen Aufbaues zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kupplungsteile mit Permanentmagneten eine Relativbewegung zwischen beiden gezielt behindernd bestückt sind.

Durch eine derartige Ausbildung der Kupplungsteile ist es möglich, ohne direkte Berührung dennoch das Drehmoment von dem einen Kupplungsteil auf das andere zu übertragen, so daß ein vorteilhafter Einsatz untertage praktisch ohne Schlupf möglich ist. Durch entsprechende Bemessung der Permanentmagnete bzw. ihrer magnetischen Kraftfelder können entsprechende Drehmomente ohne weiteres und gleichmäßig übertragen werden, was gerade bei Förderern und Hobelanlagen Untertage von erheb­ lichem Vorteil ist.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Permanentmagnete achsparallel und dabei vorzugsweise am Außenrand der als axial voreinandersitzenden Radscheibe ausge­ bildeten Kupplungsteile angeordnet. Je nach Notwendigkeit kann eine Anordnung der Permanentmagnete gewählt werden, die bei­ spielsweise in mehreren Radien und im unterschiedlichem Abstand zueinander vorliegen, so daß die magnetischen Kraftfelder gezielt den jeweiligen Drehmomenten entsprechend bemessen werden können.

Statt der achsparallelen Anordnung der Permanentmagnete bei voreinandersitzenden Radscheiben ist es auch möglich, die Permanentmagnete radial in den achsparallel zueinander positionierten Radscheiben sitzend anzuordnen, wenn eine solche Übertragung notwendig ist. Hierdurch wird eine Art Zahnradeffekt möglich, ohne daß die beiden achsparallel zueinander angeordneten Radscheiben mit­ einander in Eingriff gehen müssen. Eine solche Anordnung ist insbesondere dort von Vorteil, wo relativ geringe Drehmomente übertragen werden müssen, wo aber eine feine Einstellung erforderlich ist, um Schäden von den nachge­ ordneten bzw. vorgeordneten Maschinenteilen fernzuhalten. Aufgrund der kurz dahinter wieder wirksamen Magnete ist die Verbindung schnell wieder intakt.

Die Übertragungsfähigkeit des Drehmomentes ist beeinfluß­ bar, indem gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Permanent­ magnete in ihrer Längsrichtung verschiebbar und in verschiedenen Positionen fixierbar in den Radscheiben gelagert sind. Denkbar ist es beispielsweise, daß der Abstand der Permanentmagnete in beiden Radscheiben vor dem Anfahrvorgang verringert und nach dem Anfahrvorgang wieder vergrößert wird, so daß genau im Anfahrmoment ein möglichst großes Drehmoment übertragen wird. Ein schnelles Anlaufen der Maschinen ist damit erreichbar.

Das Anpassen des Drehmomentes durch Verschieben der Permanentmagnete ist dann besonders vorteilhaft möglich, wenn die Permanentmagnete hydraulisch verschiebbar in den ent­ sprechenden Bohrungen in den Zahnscheiben gelagert sind. Zwar ist dann eine Energiezuführung notwendig, aber jeweils nur für kurze Zeiträume, so daß bei entsprechend begrenzten Sicherungs­ maßnahmen ein einwandfreier Betrieb möglich ist. Zur Sicherung der Permanentmagnete ist es dabei von Vorteil, wenn die die Permanentmagnete aufnehmenden Bohrungen in den Radscheiben als durchgehende Axialbohrung mit Endanschlag für den Permanent­ magneten ausgebildet sind. Ein Durchrutschen der Permanent­ magnete und damit eine ungewollte Berührung der einzelnen den unterschiedlichen Radscheiben zugeordneten Kupplungsteile ist damit sicher verhindert, andererseits aber ein möglichst großes, übertragbares Drehmoment gesichert.

Statt der einzelnen Bohrungen, die den Abstand in Umfangs­ richtung vorgeben, ist zur Halterung der einzelnen Permanent­ magnete auch gemäß einer Weiterführung der Erfindung eine vorteilhafte Fixiermöglichkeit gegeben, indem auf der der anderen Radscheibe zugeordneten Seite der Radscheibe eine die Permanentmagnete aufnehmende, rundumlaufend ausgebildete Klemmleiste vorgesehen ist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die einzelnen Permanentmagnete jeweils so dicht wie erforder­ lich zueinander anzuordnen, wobei sie durch entsprechendes Festklemmen in ihrer jeweiligen Position so lange wie nötig festgelegt sind. Eine Veränderung des magnetischen Kraftflusses kann erreicht werden, indem einer der beiden Radscheiben Elektromagnete zugeordnet sind. Dies macht dann zwar die Ver­ wendung von Schleifen oder ähnlichen Einrichtungen erforderlich, doch kann es für besondere Anwendungen von Vorteil sein, wenn so relativ schnell eine Anpassung des magnetischen Kraftflusses bewerkstelligt wird. Die Feinfühligkeit des Einstellungs­ systems wird dabei noch erhöht, wenn vereinzelt über den Umfang verteilt zwischen den Permanentmagneten Elektromagnete angeordnet sind.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein gerade für den untertägigen Bergbau vorteilhaftes Kupplungs­ system geschaffen ist, das zumindest grundsätzlich ohne Fremdenergie auskommt. Durch entsprechend geschickte und variable Anordnung der Permanentmagnete ist eine Anpassung möglich, um ein jeweils optimales Drehmoment übertragen zu können. Dort, wo ein besonders großer Kraftfluß oder eine entsprechend große Anpassung erforderlich ist, kann es gerade für den übertägigen Bereich von Vorteil sein, wenn vereinzelt oder gezielt Elektromagnete mit zum Einsatz kommen. Insgesamt gesehen ist damit eine Magnetkupplung geschaffen, die berührungs­ los arbeitet und den jeweiligen Einsatzfällen entsprechend angepaßt werden kann und insbesondere im Anfahrvorgang mit so geringem Schlupf arbeitet, daß eine günstige Betriebsweise gesichert ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen­ standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dar­ gestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Magnetkupplung in Seitenansicht, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Magnetkupplung in Vorkopfansicht,

Fig. 3 eine Einzelheit mit eingesetztem Permanent­ magneten,

Fig. 4 eine Draufsicht auf zwei achsparallel zu­ einander angeordnete Kupplungsteile und

Fig. 5 eine Einzelheit bezüglich der Fixierung von Permanentmagneten in Kupplungsteilen.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführung der Magnet­ kupplung (1) sind zwei Kupplungsteile (2, 3) mit der ankommenden Welle (4) und der abgehenden Welle (5) so voreinander gesetzt, daß durch entsprechende Verbindung der Radscheiben (6, 7) eine einwandfreie Übertragung von Drehmomenten möglich ist.

Dabei erfolgt die kraftmäßige Verbindung der beiden Radscheiben (6, 7) durch in die Bohrungen (8, 9) eingeschobene Permanentmagnete (10, 11, 12). Die beiden Radscheiben (6, 7) verbleiben somit mit ihren Innenseiten (13, 14) in einem vorgegebenen geringen Abstand und damit ohne sich gegenseitig zu berühren. Die Magnetkupplung (1) arbeitet somit berührungs­ los und ausschließlich mit einer Übertragung des Drehmomentes durch die einander beeinflussenden magnetischen Kraftfelder. Hierbei ist es unerheblich, ob sich die Pole der Permanent­ magnete (10, 11, 12) anziehen oder abstoßen. Im zweiten Fall wären die beiden Radscheiben (6, 7) lediglich um den halben Abstand der Permanentmagnete (10, 11, 12) versetzt zu betreiben.

Sowohl Fig. 1 wie Fig. 2 verdeutlichen, daß die Permanent­ magnete (10, 11, 12) jeweils im Bereich des Außenrandes (15) untergebracht sind und zwar in die dort eingebrachten Bohrungen (8, 9). Selbstverständlich ist es auch möglich, in unter­ schiedlichen Radien und im Abstand zum Mittelpunkt bzw. zur Welle (4 bzw. 5) Permanentmagnete (10, 11) anzuordnen, um so das zu übertragende Drehmoment zu variieren.

Außer der Möglichkeit, Bohrungen zum Lagern der Permanentmagnete (10, 11, 12) am Außenrand (15) vorzusehen, besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Permanentmagnete (10, 11, 12) über eine Klemmleiste (16) zu fixieren. Hier werden die rechteckig oder rund ausgebildeten Permanent­ magnete (10, 11, 12) über gegeneinander bewegliche Klemmbacken (17, 18) fixiert, wobei bei Drehung der Radscheiben (6, 7) die Fliehkräfte die Fixierung der Permanentmagnete (10, 11, 12) noch begünstigt.

Statt der aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlichen Permanent­ magnete (10, 11, 12) können einzelne oder auch alle bei einer der Radscheiben (6, 7) durch hier nicht dargestellte Elektro­ magnete ersetzt werden.

Fig. 3 und Fig. 5 zeigen Einzelheiten und zwar im Bereich des Außenrandes (15), wobei hier die Permanentmagnete (10, 11, 12) in die entsprechenden Bohrungen (8, 9) eingeschoben dargestellt sind. Um ein zu weites Durchschieben zu verhindern, sind endseitig der Bohrungen (8, 9) Endanschläge (19) vorgesehen, so daß ein einfaches Fixieren der Permanentmagnete (10, 11, 12) in den Bohrungen (8, 9) möglich ist.

Bei der aus Fig. 5 ersichtlichen Ausführung ist in der Bohrung (8 bzw. 9) zusätzlich ein von der Außenseite (20) her festgesetzter Spreizkörper (21) vorgesehen. Hier handelt es sich um einen hydraulischen Spreizkörper (21), der über die Anschlüsse (22) mit hydraulischer oder elektrischer Energie versorgt wird. Da sich der Spreizkörper (21) einmal am Permanentmagneten (10) und damit an den Endanschlägen (19) und andererseits an der Sicherungsscheibe (23) abstützt, kann der mit ihm verbundene Permanentmagnet (10) in unterschiedlichen Abständen zur Innenseite (13) hin fixiert werden, um so wie erwähnt das Drehmoment, das übertragen werden soll, zu verändern.

Neben der üblichen aus der Fig. 1 ersichtlichen axialen Anordnung der Wellen (4, 5) und damit der Radscheiben (6, 7) ist gemäß Fig. 4 auch eine achsparallele Anordnung der Wellen (4, 5) möglich. Hier sind die einzelnen Permanentmagnete (10, 11, 12) über den Umfang in radialer Richtung angeordnet, so daß jeweils nur zwei der gegenüberstehend angeordneten Permanent­ magnete (10, 11, 12) in Wirkung sind, um Drehmomente zu über­ tragen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen zweier drehbarer Maschinenteile, die über magnetische Kraftfelder miteinander verbunden sind, insbesondere von Motor und Antrieb des Hobels und des Förderers im untertägigen Berg- und Tunnelbau, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile (2, 3) mit Permanentmagneten (10, 11, 12) eine Relativbewegung zwischen beiden gezielt behindernd be­ stuckt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10, 11, 12) achsparallel und dabei vorzugsweise am Außenrand (15) der als axial voreinander­ sitzenden Radscheiben (6, 7) ausgebildeten Kupplungsteile (2, 3) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10, 11, 12) radial in den achs­ parallel zueinander positionierten Radscheiben (6, 7) sitzend angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10, 11, 12) in ihrer Längsrichtung verschiebbar und in verschiedenen Positionen fixierbar in den Radscheiben (6, 7) gelagert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10, 11, 12) hydraulisch verschiebbar in den entsprechenden Bohrungen (8, 9) in den Radscheiben (6, 7) gelagert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Permanentmagnete (10, 11, 12) aufnehmenden Bohrungen (8, 9) in den Radscheiben (6, 7) als durchgehende Axialbohrungen mit Endanschlag (19) für den Permanentmagneten ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der anderen Radscheibe (6; 7) zugeordneten Seite (13, 14) der Radscheiben (6, 7) eine die Permanentmagnete (10, 11, 12) aufnehmende, rundumlaufend ausgebildete Klemm­ leiste (16) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Radscheiben (6; 7) Elektromagnete zuge­ ordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vereinzelt über den Umfang verteilt zwischen den Permanent­ magneten (10, 11, 12) Elektromagnete angeordnet sind.