DE4130150A1 - Anwendungen von transversalflussmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Transversalflußmaschinen bzw. deren Anwendungen.

In letzter Zeit haben Transversalflußmaschinen zunehmend Bedeutung erlangt. Bei diesen Maschinen wird ein Magnet­ fluß erzeugt, der in einer zur Drehachse der Maschine senkrechten Ebene verläuft. Derartige Maschinen erlauben höhere Kraftdichten, höhere Wirkungsgrade, als auch höhere Leistungsdichten als andere Maschinen.

Maschinen dieser Art werden als Motoren verwendet - siehe z. B. DE 37 05 089 A1, DE 35 36 538 A1. In diesem Falle sind sie im allgemeinen stromrichtergespeist, um ein in einer Drehrichtung weisendes Drehmoment zu erzeugen. Dabei gibt es Maschinen, bei denen der Rotor doppelseitig ausgebildet ist, d. h. im Umfangsbereich nach beiden Seiten hin angesetzte, ringförmige Polstrukturen auf­ weist. Es sind jedoch auch Maschinen in einseitiger Bau­ form bekanntgeworden, bei denen nur eine einzige Pol­ struktur auf der einen Seite der Rotorscheibe - in axialer Richtung gesehen - angesetzt ist.

Maschinen dieser und ähnlicher Art sind auch derart zu gestalten, daß sie als Retarder wirken, die beispielswei­ se auf der Schiene oder der Straße eingesetzt werden. Hierbei gibt es sowohl elektrisch gespeiste Maschinen, als auch solche, die frei von Anschlüssen für elektri­ schen Steuerstrom sind. Hier ist beispielsweise DE 26 38 133 A1 zu nennen.

Bei der letztgenannten Maschinengattung spricht man auch von Wirbelstrom- oder Hysteresebremsen.

D-AS 10 11 044 beschreibt eine einstellbare Hysterese­ bremse, bei der zwei in gleichem Sinne magnetisierte Ringmagnete gegeneinander drehbar sind, um das elektri­ sche Feld, das zur Bremsung dient, auf Null oder auf ein Maximum zu bringen. Mit einer derartigen Magnetanordnung können jedoch nur geringe Bremskräfte erzeugt werden. Für Fahrzeuge sind Bremsen dieser Art deshalb ungeeignet.

Für Fahrzeugbremsen ist es statt dessen erforderlich, im Luftspalt eine hohe Kraftliniendichte zu erzeugen, die eine genügend hohe Bremskraft gewährleistet. Hierbei ist es schwierig, die erforderliche Menge an Magnetmaterial bei möglichst geringer Streuung auf kleinstem Räume un­ terzubringen. Der Raum ist aber bei Fahrzeugen im allge­ meinen begrenzt, desgleichen natürlich auch das Gewicht, das für jegliche Aggregate zur Verfügung steht.

Die Grundidee der Transversalflußmaschine - sowohl als Motor wie auch als Generator betrieben - ist seit langem von der Theorie her bekannt. Die Einführung in die Praxis hat hingegen recht zögernd eingesetzt. Dies ist um so er­ staunlicher, als die eingangs genannten Vorteile in der Fachwelt bekanntgeworden sind.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, die Trans­ versalflußmaschine auf den verschiedensten technischen Gebieten anzuwenden, und zwar derart, daß - zusätzlich zu den genannten Vorteilen - weitere überraschende Vorteile hinzutreten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst. Als besonders wichtiger Anwendungsfall hat sich der Einsatz bei Papiermaschinen ergeben. Dies gilt dort für sämtliche Antriebsgruppen, insbesondere in der Trockenpartie. Dabei kann gemäß der Erfindung jedem Zylinder ein eigener Antriebsmotor zugeordnet werden, der ein Transvalflußmotor ist. Statt dessen können auch zwei oder mehrere Zylinder von einem einzigen Motor angetrie­ ben werden. Der entscheidende Vorteil hierbei liegt darin, daß der bisher erforderliche Antriebsstrang ver­ kürzt werden kann. Gelenkwelle, Reduktionsgetriebe, sepa­ rate Motorpodeste usw. können weggelassen werden. Der Antrieb kann gemäß Fig. 1 aufgebaut werden. Eine andere Ausführung, nämlich ein Walzen-Direktantrieb, wäre eben­ falls denkbar. Der betreffende Transversalflußmotor kann nämlich auf der Zylinderwelle (dem sogenannten Zapfen) montiert werden. Damit läßt sich ein absolut spielfreier Antrieb erreichen. Dies ermöglicht weiterhin den Einsatz modernster Regelungsmethoden, z. B. eine beobachterge­ stützte Regelung. Bei einem spielbehafteten Antrieb sind solche Regelungsverfahren nur eingeschränkt nutzbar, da die Strecke nicht genügend genau modelliert werden kann. Außerdem ist der genannte Anwendungsfall deshalb beson­ ders interessant, weil beim Transversalflußmotor Kommuta­ toren und Schleifbürsten entfallen; die Kühlung findet in Form indirekter Wasserkühlung statt. Aufwendige Luftzu­ führungen zum Motor werden nicht benötigt. Deswegen ist auch die Anwendung von Transversalflußmotoren in der Papiermaschine ganz allgemein von großem Interesse. Auf­ grund des geringen Bauraumes des Transversalflußmotors, der ca. ein Drittel eines Gleichstrommotors beträgt, lassen sich integrierte Kompaktlösungen verwirklichen, somit der genannte Direktanbau an den betreffenden Zylinder bzw. die betreffende Walze. Dies bedeutet Ein­ sparungen der Herstellungskosten des Gesamtantriebes, ferner des häufig nur beschränkt vorhandenen Gebäude­ volumens, reduzierte Planungskosten aufgrund des kleine­ ren Volumens an Maschinen und Hilfssystemen (Bürstenküh­ lung).

Bei Anwendung mehrerer, einzeln steuerbarer Antriebsgrup­ pen ist ein sogenannter Bandantrieb möglich, der die Ge­ fahr von Papierabrissen vermindert. Die Regelung ist eine sehr genaue. Schließlich läßt sich eine Umrüstung im Sinne der Erfindung sehr leicht durchführen.

Insgesamt sind stets solche Anwendungen von Interesse, bei denen durch Einsatz einer Transversalflußmaschine die Anzahl der mechanischen Komponenten im Antriebsstrang verringert wird. Weitere wichtige Beispiele solcher Anwendungen sind Schiffspropeller, insbesondere VOITH- SCHNEIDER-Propeller, ferner Großventilatoren.

Auch ist die Anwendung der Transversalflußmaschine in Form eines Transversalflußgenerators möglich, nämlich bei Wasserturbinen und bei Windenergiekonvertern. Das Gewicht der Gondel wird reduziert (Fig. 5, 6, 7). Aufgrund der hohen Leistungsdichte, der hohen Momentendichte sowie des geringen Volumens einer Transversalflußmaschine sind auch getriebelose Systeme vorstellbar.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Antriebseinrichtung für zwei Zylinder der Trockenpartie einer Papiermaschine. Dabei sind die beiden Zylinder 1, 2 bezüglich ihres An­ triebes zusammengefaßt. Man erkennt einen Magnetmotor 3, der auf dem verlängerten Zapfen 4 des Zylinders 2 ange­ ordnet ist. Zwischen Zylinder 2 und Magnetmotor 3 ist ein Reduktionsgetriebe 5 zwischengeschaltet. Die beiden Zy­ linder 1 und 2 sind durch ein Verteilgetriebe 6 mitein­ ander verbunden. Außerdem ist eine Energieversorgung aus einem Stromrichter 7 vorgesehen. Das Reduktionsgetriebe 5 ist in den meisten Fällen nicht erforderlich.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Anwendungs­ fall, der im Prinzip gleich jenem gemäß Fig. 1 ist. Man erkennt wiederum einen Zylinder 1, einen Magnetmotor 3, der teilweise im Schnitt dargestellt ist, einen Zylinder­ zapfen 4 sowie ein Lager 8 und einen Teil der Trockenpar­ tie-Stuhlung 9. Wie man sieht, ist der Magnetmotor 3 auf dem verlängerten Zapfen 4 des Zylinders 1 montiert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen demgegenüber konventionelle Antriebe, die von der Erfindung keinen Gebrauch machen. Bei beiden Antriebsanlagen erkennt man wieder jeweils einen Trockenzylinder 1 bzw. 2, einen Zylinderzapfen 4, ein Verteilgetriebe 6. In Fig. 3 schließt sich an den Zylinderzapfen 4 eine Gelenkwelle 10 an, ein Unter­ setzungsgetriebe 11, eine Kupplung 12, ein Gleichstrom­ motor 13.1 und eine Steuerung 14. Bei der Antriebsanlage gemäß Fig. 4 ist dem Zapfen 4 ein Planetengetriebe 15 vorgeschaltet, ein Drehstrommotor 13.2 sowie eine Steue­ rung 14. Man erkennt, daß der bauliche Aufwand bei diesen beiden konventionellen Anlagen ungleich größer als bei Anwendung der Erfindung ist. Während bei Anwendung der Erfindung der Magnetmotor auf dem Wellenzapfen oder an der Stuhlung befestigt werden kann, benötigt ein konven­ tioneller Motor ein eigenes, getrenntes Fundament, bzw. Gerüst.

Die Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichen einen interes­ santen Anwendungsfall bei einem Windenergiekonverter. Dabei erkennt man in Fig. 5 die Gesamtanlage mit den Hauptelementen der Rotornabe 3 und dem Transversalfluß­ generator 6. Die Fig. 6 und 7 lassen die Einzelheiten erkennen, umfassend die folgenden Elemente:

 1. Rotorblatt
 2. Rotorblattlager
 3. Rotornabe
 4. Getriebe
 5. Elastische Kupplung
 6. Generator
 7. Maschinenträger
 8. Rotorbremsscheibe
 9. Hauptbremssättel
10. Fliehkraftschalter
11. Hydraulikaggregat
12. Hydrauliksteuerblock
13. Verstellmechanismus
14. Vertikalbremsscheibe
15. Vertikallager
16. Vertikalbremssattel

Fig. 8 veranschaulicht einen weiteren Anwendungsfall, und zwar bei einem Großgebläse, das Bestandteil einer Kühlluftanlage ist. Man erkennt im einzelnen den Rotor 20 mit den Rotorblättern 21 und der Rotornabe 22, eine Lauf­ radlagerung 23 und - als Antriebsaggregat - einen Perma­ nentmagnetmotor 24.1. Das ganze befindet sich in einem Sauggehäuse 25. Wie man sieht, ist der Permanentmagnetmotor 24.1 integraler Bestandteil des eigentlichen Geblä­ ses.

Ganz im Gegensatz hierzu ist bei dem konventionellen Ge­ bläse gemäß Fig. 9 ein außerordentlich großer Motor 24.2 vorgesehen. Hierbei ist eine Antriebswelle 26 vorgesehen, die eine Triebverbindung zwischen dem großen Motor 24.2 und dem eigentlichen Gebläse herstellt. Es versteht sich, daß auch das Fundament für das Gebläsegehäuse im ersten Falle - Fig. 8 - vergleichsweise klein ist, im zweiten Falle - gemäß Fig. 9 - jedoch sehr groß.

Der Größenvergleich zwischen dem konventionellen System und dem System mit Transversalflußmotor zeigt deutlich den verminderten Bauaufwand an Bauvolumen und Motormasse bei Anwendung eines Transversalflußmotors. Neben anderen Vorteilen ermöglicht die Erfindung eine Auslegung des Gondelmastes für eine viel geringere Last.

Ein ganz wichtiger Vorteil bei Anwendung von Transversal­ flußmotoren bei Großventilatoren besteht darin, daß die Antriebswelle nicht durch den Luft-Strömungskanal hin­ durchgeführt werden muß. Deswegen unterbleibt jegliche Störung der Luftströmung. Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage wird entscheidend verbessert.

Ein weiteres, wichtiges Anwendungsgebiet für den Trans­ versalflußmotor sind Wickelmaschinen zum Aufwickeln laufender Bahnen aus Papier, Folie oder dgl. Solche Ma­ schinen haben eine bahnbreite Tragtrommel, einen Tambour, auf die die Bahn zu einem Wickel aufgewickelt wird, ein erstes Paar von Schwenkhebeln, die jeweils an ihrem einen Ende eine Gabel zur Aufnahme eines Lagerzapfens des Tam­ bours aufweisen, und die mit dem anderen Ende im Bereich der Tragtrommelachse derart gelagert sind, daß der Tam­ bour mit dem noch unfertigen Wickel von einem zweiten Paar von Schwenkhebeln übernommen wird.

Dabei wird der Tambour angetrieben. Bisher diente hierzu ein konventioneller Motor mit Reduktionsgetriebe. Diesen beiden Aggregaten mußte eine entsprechende Stuhlung zuge­ ordnet werden. Bei Anwendung eines Transversalflußmotors läßt sich dies vermeiden. Im allgemeinen bedarf es keines Reduktionsgetriebes mehr. Der Transversalflußmotor kann auf dem Wellenzapfen des Tambours frei auskragend ange­ ordnet werden.

Claims (6)

1. Anwendung einer Transversalflußmaschine in der Trockenpartie einer Papiermaschine, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einem oder mehreren Trockenzylindern ein Transversalflußmotor zugeordnet ist, und daß der Transversalflußmotor auf der Welle bzw. dem verlänger­ ten Zapfen eines Zylinders angeordnet ist.

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Transversalflußmotor und Zylinder ein Reduk­ tionsgetriebe geschaltet ist.

3. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transversalflußmotor eine Drehstromsteuerung zugeordnet ist.

4. Anwendung einer Transversalflußmaschine bei einem Windenergiekonverter, mit einem Rotor, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Transversalflußmaschine ein Trans­ versalflußgenerator ist, und daß der Transversalfluß­ generator auf der Welle des Rotors angeordnet ist.

5. Anwendung einer Transversalflußmaschine bei einem An­ triebspropeller für ein Schiff, insbesondere bei einem VOITH-SCHNEIDER-Propeller.

6. Anwendung einer Transversalflußmaschine bei einem Gebläse.