DE4140445A1 - Dauermagnetische stirn- bzw. zentralkupplung zur messwert-, kraft- oder drehmomentuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dauermagnetische Stirn- bzw. Zentral­ kupplung, die zur Meßwert- oder Drehmomentübertragung, z. B. in der Volumenmeßtechnik, üblicherweise durch eine Wand wirkt. In der Volumenmeßtechnik von Flüssigkeiten werden die Drehbewe­ gungen der Meßorgane, wie z. B. die Drehbewegung von Ovalrädern bei Ovalrad-Mengenmessern sowie die Drehbewegung von Flügelrädern bei Woltman- und Flügelradzählern, durch eine dauermagnetische Kupplung vom Naßraum in den Trockenraum durch eine Wand wirkend, übertragen. Für kleine Drehmomente werden gewöhnlich dauermagne­ tische Stirnkupplungen, für große Drehmomente werden dauermagne­ tische Zentralkupplungen verwendet.

Stirnkupplungen sind platzsparend und billig in der Herstellung. Ihr Nachteil ist die relativ große axiale Anziehungskraft der Kupplungsteile und damit verbunden die große Reibung und der große Verschleiß in dem Lager. Aus diesem Grund werden Stirn­ kupplungen sehr knapp bemessen, um den Verschleiß in Grenzen zu halten. Größere Durchflußänderungen, also Beschleunigungen am Flügelrad oder Schaltvorgänge im Anzeigebaustein, führen leicht zum Abriß der Stirnkupplung.

Bei Ovalrad-Mengenmessern werden in der Regel Zentralkupplungen verwendet, da mit ihnen die benötigten großen Drehmomente über­ tragen werden können, ohne zusätzliche große Lagerkräfte zu er­ zeugen. Zentralkupplungen sind in der Herstellung teuer und haben eine große Masse.

Aus der Geometrie des Ovalrades ergeben sich bei einer Umdrehung des Ovalrades bei konstantem Durchfluß des Meßmediums zwei Be­ schleunigungs- und zwei Verzögerungsphasen. Bei Durchflußerhöhung erhöht sich die Drehzahl der Ovalräder und mit ihr die Beschleuni­ gung und Verzögerung.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Kupplungen ist, daß sie ihr größtes zu übertragendes Drehmoment in ihrer Ausgangsstellung besitzen und damit die o. g. Beschleunigungen und Verzögerungen ungedämpft auf das nachfolgende meßwertübertragende System weiter­ geben, so daß großer Verschleiß an den kraftübertragenden Baugrup­ pen entsteht. Besonders bei den Zentralkupplungen, die eine relativ große Masse aufweisen, kann es dazu kommen, daß das erforderliche Abtriebsdrehmoment nicht aufgebracht werden kann, da die Kupplung abreißt und dadurch Fehlermessungen und Schwingungen in den o. g. nachfolgenden Einheiten auftreten.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine dauer­ magnetische Stirn- bzw. Zentralkupplung zu schaffen, deren maximales zu übertragendes Drehmoment nicht in der Ausgangslage vorhanden ist und die somit schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist, so daß es infolge der o. g. Beschleunigungs- und Ver­ zögerungskräfte nicht zum Abriß der Kupplung kommt. Die erfin­ dungsgemäße Kupplung soll dabei ohne bzw. lediglich mit einem geringen zusätzlichen Aufwand herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nicht wie bei den bisher bekannten dauermagnetischsn Kupplungen, die Magnetpole der Kupplungshälften ungleichnamig, also auf Anzie­ hung der Magnetpole angeordnet sind, sondern die sich gegenüber­ stehenden Magnetpole in den beiden Kupplungshälften sind gleich­ namig, d. h. Süd-Süd oder Nord-Nord gepolt, so daß sie sich von­ einander abstoßen. Die Magnetpole der Kupplungshälften nehmen somit den größtmöglichen Abstand voneinander ein, den die jewei­ lige Kupplungsausführung ermöglicht. In dieser Stellung kann nur ein sehr kleines Drehmoment übertragen werden. Erst durch Ver­ drehung der beiden Kupplungshälften zueinander erhöht sich die Kraftwirkung und damit das übertragbare Drehmoment. Das größte Drehmoment der Magnetkupplung kann übertragen werden, wenn die Magnetpole den kleinsten möglichen Abstand voneinander einnehmen. Die Kupplungshälften verdrehen sich jeweils nur so weit, bis das notwendige Abtriebsmoment erreicht ist. Bei Schaltvorgängen, bei Beschleunigungen und bei Belastungsschwankungen ändert sich je­ weils der Abstand der Magnetpole und damit das mögliche übertrag­ bare Drehmoment.

Durch die magnetisch abstoßenden Kräfte der Kupplungshälften wirkt die Kupplung bei der Drehmomentenübertragung federela­ stisch und kann somit Belastungsspitzen kompensieren ohne abzureißen und Schwingungen dämpfen. Die magnetischen Kräfte wirken für den Rechts- und Linkslauf gleichermaßen.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die dazugehöri­ gen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Stirnkupplung mit je einem Dauermagneten in jeder Kupplungshälfte, die so angeordnet sind, daß die gleichnamigen Pole sich gegenüberstehen,

Fig. 2 eine Zentralkupplung mit je einem Dauermagneten in jeder Kupplungshälfte, die sich gleichnamig gegenüberstehen und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Zentralkupplung mit zwei magnetischen Polpaaren, die sich gleichnamig gegen­ überstehen, in jeder Kupplungshälfte.

Fig. 1 zeigt einen Meßflügel 1 eines Wasserzählers, der zur Meßwertübertragung aus dem Naßraum in den Trockenraum, die durch eine Wand 2 voneinander getrennt sind, mit einer ein­ poligen Stirnkupplung, bestehend aus den Kupplungshälften 3 und 4 ausgerüstet ist. Die Magnete 5 und 6, die fest in den Kupplungshälften 3 und 4 angeordnet sind, sind mit ihren Nord- und Südpolen so zueinander positioniert, daß sich die Magnete 5 und 6 mit ihren magnetischen Feldlinien 7 gegen­ seitig abstoßen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, befinden sich die beiden Kupplungs­ hälften 3 und 4 in einer solchen Ruhelage, bei der die beiden Magnete 5 und 6 den weitesten räumlichen Abstand zueinander aufweisen. Die axiale Begrenzung erfolgt durch die Axiallager 8 und die radiale Begrenzung wird durch die jeweilige konstruk­ tive Auslegung der Kupplungshälften 3 und 4 und das Radiallager 9 gewährleistet.

In dieser Ruhestellung überträgt die Stirnkupplung das kleinste mögliche Drehmoment, ohne daß sich die Kupplungs­ hälften 3 und 4 zueinander verdrehen.

Durch Winkelbeschleunigungen des Meßflügels 1 und durch das Abtriebsmoment an der Kupplungshälfte 3, verändert sich die räumliche Stellung der Magnete 5 und 6 zueinander und somit die magnetische Beeinflussung, bis das erforderliche Abtriebs­ drehmoment erreicht ist.

Eine wichtige Eigenschaft der Erfindung ist, daß die Verdrehung der Kupplungshälften 3 und 4 stets nur so weit erfolgt, bis das erforderliche Abtriebsmoment an der Kupplungshälfte 3 erreicht ist. Infolge dessen ändern sich die Axialkräfte, die durch die Abstoßung der Magnete 5 und 6 entstehen, mit dem Abtriebsdreh­ moment. Im Gegensatz dazu, ist bei den bekannten Stirnkupplungen mit sich anziehenden Magneten stets über den gesamten Betriebs­ zeitraum das größte übertragbare Drehmoment eingestellt, ein­ schließlich einer gewissen Drehmomentreserve, die man bei Belastungsspitzen benötigt. Die Folge sind große Reibung und großer Verschleiß der Lager der Kupplungshälften. Ferner reißen diese Kupplungen dadurch eher ab, daß Belastungsspitzen unweigerlich zu einer gewissen Verdrehung der Kupplungshälften führen, die sofort mit einem deutlichen Absinken des übertrag­ baren Drehmomentes einhergeht.

Bei der erfindungsgsmäßen Stirnkupplung ist das übertragbare Drehmoment in der Ruhelage am geringsten und vergrößert sich belastungsabhängig infolgs der Verdrehung der beiden Kupplungs­ hälften 3 und 4 auf einen maximalen Wert. Damit bewirken kurz­ zeitige Belastungsspitzen auch nur kurzzeitig höhere Lagerbe­ lastungen. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen kann die Drehmomentreserve deutlich erhöht werden, ohne das sich diese Maßnahme auf die Lagerbelastung im normalen Betrieb wesentlich auswirkt. Die massereichen Kupplungshälften 3 und 4 wirken in­ folge der belastungsabhängigen relativen Verdrehung schwingungs­ dämpfend.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die sich abstoßenden Magnete 10 und 11 in einer Zentralkupplung, wie sie bei Ovalrad-Mengenmessern Verwendung findet, angeordnet sind. Die Magnete 10 und 11 der Zentralkupplung sind auf den Magnethaltern 12 und 13 radial fest angeordnet. Durch die sich abstoßenden Magnete 10 und 11 erfolgt eine Verdrehung der Mag­ nethalter 12 und 13 zueinander, bis es zum Ausgleich des rechts- bzw. linksdrehenden Drehmoments kommt. In dieser Stel­ lung wird das kleinste mögliche Drehmoment in Links- bzw. Rechtsrichtung übertragen. Durch Winkelbeschleunigungen, wie sie z. B. beim Antrieb durch die Ovalräder eines Ovalrad-Mengen­ messers auftreten, bzw. durch Schwankungen des Abtriebsdrehmo­ ments am Magnethalter 12, erfolgt eine gegenseitige Verdrehung der Magnethalter 12 und 13 zueinander, und es erhöht sich das übertragbare Drehmoment zwischen den Magnethaltern. Durch die erfindungsgemäße Zentralkupplung wird erreicht, daß diese bei den o. g. Beschleunigungen nicht so schnell abreißt wie die bekannten Ausführungen, da die beiden Magnethalter federelastisch über die magnetischen Feldlinien 16 der Magnete 10 und 11, durch die Trennwand 17 wirkend, verbunden sind und sich das maximal übertragbare Drehmoment erst nach einer bestimmten Verdrehung einstellt. Damit wird auf vorteilhafte Weise eine sehr wirksame Dämpfung der o. g. Beschleunigungen bzw. Verzögerungen, die von den Ovalrädern verursacht werden, erreicht und Schwingungen werden weitgehend ausgeschaltet. Diese Zentralkupplung wirkt harmonisierend in der Drehbewegung des Abtriebsmagnethalters 12 und der nachfolgenden Elemente der Übertragungs- bzw. Auswerte­ bausteine.

Fig. 3 zeigt eine zweipolige Zentralkupplung mit den sich gegenseitig abstoßend fest angeordneten Dauermagneten 10 und 11 auf den Magnethaltern 12 und 13 in der Draufsicht.

Es wird gezeigt, daß die sich gegenseitig abstoßenden Magnete des Antriebsmagnethalters 13 in einem Winkel von ca. 90° zu den Magneten des Abtriebsmagnethalters 12 im unbelasteten Zu­ stand einstellen. Mit der Anzahl der Polpaare verändert sich das übertragbare Drehmoment und es verändert sich der Winkel, um den sich die Kupplungsbehälter 12 und 13 gegeneinander ver­ drehen können, bis es zum Abriß der Kupplung kommt.

Durch die radiale und symmetrische Anordnung der sich abstoßen­ den Magnete 10 und 11 auf den Magnethaltern 12 und 13 entstehen keine radialen und axialen Kräfte auf die Lager 14 und 15 der Magnethalter 12 und 13.

Claims (2)

1. Dauermagnetische Stirn- bzw. Zentralkupplung zur Meßwert-, Kraft- oder Drehmomentübertragung, insbesondere für Volumen­ meßgeräte, bestehend aus zwei Kupplungshälften, in denen ein oder mehrere Dauermagnete fest angeordnet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die kraft- bzw. drehmomenterzeugenden Magnetpole der Kupplung in ihrer Wirkungsrichtung sich gegen­ seitig abstoßend angeordnet sind, das heißt, die miteinander in Beziehung stehenden Magnetpole sind jeweils gleichnamig.

2. Dauermagnetische Stirn- bzw. Zentralkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwert-, Kraft- oder Dreh­ momentübertragung vom Naßraum in den Trockenraum durch eine Wand 2 bzw. 17 wirkend erfolgt.