DE4308660A1 - Hysterese-Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hysterese-Kupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Solche Hysterese-Kupplungen eignen sich beispielsweise zur Begrenzung des Drehmomentes in einem Antrieb und werden z. B. vorteilhaft zum Betätigen von Stellantrieben verwendet, wie sie bei Drehventilen, Lüftungsklappen etc. zum Einsatz kommen.

Es ist eine Hysterese-Kupplung dieser Art aus der CH-PS 664′052 bekannt, die ein Polrad und einen mittels eines Luftspaltes vom Polrad getrennten Läuferring aufweist. Dieser Schrift kann auch die Arbeitsweise und die Lehre zur Bemessung der Teile für eine Hysterese-Kupplung mit einem vorbestimmten Drehmoment entnommen werden. Bei hohen Drehzahlen erzeugen diese Hysterese-Kupplungen ein Geräusch, das für Anwendungen im Wohnbereich oft störend wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hysterese-Kupplung derart zu verbessern, daß die Übertragung des Drehmoments geräuscharm erfolgt.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Hysterese-Kupplung und

Fig. 2 einen Antrieb mit der Hysterese-Kupplung.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein zylindrisches Polrad aus einem permanentmagnetischen Material mit einer Achse 2, 3 ein Luft­ spalt, 4 ein rohrförmiger Läuferring aus einem ferro- oder ferri-magnetischen Material, dem Hysterese-Werkstoff, und 5 ein Läuferringträger. Eine Hysterese-Kupplung besteht aus dem Pol­ rad 1 und dem Läuferringträger 5 mit dem Läuferring 4, die sich um die gemeinsame Achse 2 drehen. Beispielhaft weist das Pol­ rad 1 auf seiner Zylinderfläche 6 zwei gleichmäßig am Umfang verteilte Polpaare N-S auf, die durch den Luftspalt 3 vom Läuferring 4 getrennt sind. Die an jedem Nordpol N aus dem Polrad 1 austretenden Magnetfeldlinien überbrücken den Luft­ spalt 3 und werden durch den Läuferring 4 zum nächst gelegenen Südpol S geleitet, um nach dem erneuten Überwinden des Luft­ spaltes 3 wieder am Südpol S in das Polrad 1 einzudringen, wo sich die Magnetfeldlinien schließen. Das Material des Läufer­ rings 4 ist auf den beiden Strecken zwischen den Nord- und Südpolen magnetisiert.

Anstelle der in der Zeichnung der Fig. 1 angegebenen Form der Magnetisierung des Polrads 1 kann durch eine andere Magnetisierung erreicht werden, daß sich auf dem Umfang der Zylinderoberfläche 6 die Nord- und Südpole in gleichen Abständen abwechseln und daß der Läuferring 4 gleichmäßiger vom Magnet­ feld durchdrungen wird.

In der Fig. 2 ist beispielhaft eine Antriebseinheit mit der Hysterese-Kupplung im Schnitt dargestellt, wobei die Zeichnungs­ ebene die Achse 2 enthält. Ein Antrieb 7, beispielsweise ein Elektromotor, ist auf der einen Seite einer Platine 8 angeordnet. Die Antriebsachse des Antriebs 7 ist fest mit der drehbar durch die Platine 8 durchgeführten Achse 2 verbunden. Auf der anderen Seite der Platine 8 ist der Läuferringträger 5 frei drehbar aufgesteckt, wobei die Drehachse des rotationssymmetrischen Läuferringträgers 5 und die Achse 2 zusammenfallen.

Der Läuferringträger 5 ist aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt, mit Vorteil aus einem kostengünstig zu verarbeitenden Kunststoff, und weist einen als Ritzel 9 ausgebildeten Sockel auf, der den Läuferringträger 5 gegen die Platine 7 drehbar abstützt. Auf der anderen Seite des Ritzels 9 verbreitert sich der Läuferringträger 5 tellerförmig und bildet mit einer Wand 10 eine zur Achse 2 zentrierte, topfförmige Ausnehmung, die das fest auf der Achse 2 sitzende Polrad 1 aufnehmen kann. Die Ausnehmung ist von der rohrförmigen Wand 10 umgeben, auf deren Innenseite 11 der Läuferring 4 mit dem Läuferringträger 5 fest verbunden angeordnet ist, damit der Läuferring 4 keine Relativbewegung zum Läuferringträger 5 ausführen kann. Zwischen dem Läuferring 4 und der Zylinderfläche 9 verbleibt der Luft­ spalt 3.

Am Ritzel 9 greift ein auf der gleichen Seite der Platine 8 angeordnetes Zahnrad 12 ein, das um eine Drehachse 13 drehbar ist. Das Zahnrad 12 ist Teil eines hier nicht gezeigten Stellantriebes, dessen Ausgangswelle beispielsweise zum direkten Betätigen einer Regeleinrichtung verwendbar ist. Solche Regel­ einrichtungen sind zum Beispiel Drehventile, Mischventile, Lüftungsklappen usw.

Der Antrieb 6 treibt über die Achse 2 das Polrad 1 an. Bis zu einem vorbestimmten Drehmoment vermag das Polrad 1 mittels seiner auf den Läuferring 4 übergreifenden Magnetfelder den Läuferringträger 5 antreiben, da der Läuferring 4 ausweicht, um eine Ummagnetierung seines Materials zu vermeiden. Die Drehung des Läuferrings 4 überträgt sich auf den Läuferringträger 5, dessen Ritzel 9 das Drehmoment auf das Zahnrad 1 des Stellantriebs weiterleitet. Erreicht die Stellantriebsachse eine ihrer beiden, durch die Regeleinrichtung bestimmten Endstellungen, steigt das für eine weitere Drehung des Läuferringträgers 5 benötigte Drehmoment steil an, bis die Magnetfelder des Polrads 1 das Drehmoment in der Hysterese- Kupplung nicht mehr übertragen können und statt dessen das magnetische Material des Läuferrings 4 ummagnetisieren.

Nach der Lehre der obenerwähnten Patentschrift CH-PS 664′052

• a) sind die Mantellinien auf der Zylinderfläche 6 nur unwesentlich länger als die Mantellinien des Läuferrings 4 und
• b) ist das von der Hysterese-Kupplung übertragbare Drehmoment direkt dem mit magnetischem Material erfüllten Volumen des Läuferrings 4 proportional.

Da Stellantriebe oft hohe Ausgangsdrehmomente liefern müssen, ist für das Getriebe eine entsprechend hohe Untersetzung nötig, um für die Hysterese-Kupplung das Drehmoment auf ein übertragbares Maß zu reduzieren. Da der für die Hysterese- Kupplung vorbestimmte Platz und damit das erzielbare Drehmoment beschränkt ist, muß die Drehzahl der Achse 2 erhöht werden, mit der sich das Polrad 1 und der Läuferringträger 5 mit dem Läuferring 4 drehen müssen, um die Regeleinrichtung in einer vorgegebenen Zeit zu öffnen oder zu schließen.

Da der Läuferringträger 5 wegen seiner freien Drehbarkeit auf der Achse 2 ein Lagerspiel aufweisen muß und seine Lage wegen den magnetischen Kräften zwischen dem Polrad 1 und dem Läuferring 4 nicht bezüglich der Achse 2 stabil ist, versetzen durch das Getriebe bedingte Ungleichheiten des am Ritzel 9 abgenommenen Drehmoments den Läuferringträger 5 in eine durch taumelnde Drehbewegung, die das störende Geräusch verursacht. Es zeigt sich, daß durch Vergrößern des Trägheitsmomentes des Läuferringträgers 5 diese Taumelbewegung reduzierbar ist, so daß das Geräusch vorteilhaft reduziert wird und nicht mehr störend wirkt.

Die Vergrößerung des Trägheitsmoments kann auf einfache Weise erreicht werden, wenn der Läuferringträger 5 aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. aus Wolframsintermetall, aus Messing usw. hergestellt wird, das eine wesentlich höhere Dichte aufweist als die Kunststoffe.

Zum Trägheitsmoment tragen ohnehin nur die weit von der Achse 2 entfernten Massen in der Wand 10 des Läuferringträgers 5 wesentlich bei. Eine radiale Vergrößerung des Läuferrings 4 würde zwar die für die Geräuschreduzierung notwendige Erhöhung des Trägheitsmomentes bringen, scheidet aber aus, da sonst das übertragbare Drehmoment der Hysterese-Kupplung über einen zulässigen Wert ansteigt, der durch die Konstruktion des Getriebes und der Regeleinrichtung bestimmt ist. Beim Überschreiten dieses Wertes kann sowohl das Getriebe als auch die Regeleinrichtung Schaden erleiden.

Deshalb wird mit Vorteil die ganze Wand 10 oder wenigstens ein Teil von deren Wandstärke aus einem nichtmagnetischen Material mit einer im Vergleich zum Kunststoff hohen Dichte hergestellt. Das nichtmagnetische Material umgibt den Läuferring 4 ringsum dergestalt, daß die Achse 2 und die axiale Schwerpunktslinie des ganzen Läuferringträgers 5 mit dem Läuferring 5 und dem Ring 14 zusammenfallend bleiben.

Das nichtmagnetische Material kann im Material der Wand 10 oder des ganzen verteilt sein. Es ist vorstellbar, daß in der Wand 10 parallel zur Achse viele Nadeln aus dem dichteren Material eingelassen sind, um das Trägheitsmoment zu erhöhen. Es ist auch denkbar für die Wand 10 eine Ringform aus einem Verbundwerkstoff zu bilden, der in den Kunststoff eingebettete Partikel aus nichtmagnetischen Material enthält. Die Ringform trägt auf der Innenseite 11 den Läuferring 4 und wird als Wand 10 mit dem tellerförmigen Teil des Läuferringträgers 5 fest verbunden.

Mit dem Vorteil der einfacheren Herstellung ist das nichtmagnetische Material in Form eines Rohrabschnitts, hier als Ring 14 bezeichnet, konzentrisch zum Läuferring 4 angeordnet und auf dem Läuferringträger 5 befestigt.

Besonders einfach ist die Montage, wenn der Ring 14 längs einer seiner Mantellinien aufgeschnitten ist. Der Ring 14 ist auf die Wand 10 aufschnappbar und in einer nutenförmigen Vertiefung fixierbar, die in die Außenseite der Wand 10 eingelassen ist.

Claims (6)

1. Hysterese-Kupplung mit einem aus einem permanentmagnetischen Material hergestellten Polrad (1) und einem mittels eines Luft­ spalts (3) vom Polrad (1) getrennten Läuferring (4) aus einem Hysterese-Werkstoff, der mit einem Läuferringträger (5) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferring (4) auf seiner Außenseite von nichtmagnetischem Material hoher Dichte umgeben ist, das mit dem Läuferringträger (5) fest verbunden ist und das Trägheitsmoment des Läuferringträgers (5) erhöht.

2. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Material in Form eines Ringes (14) im Läuferringträger (5) angeordnet ist.

3. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferringträger (5) aus Kunststoff hergestellt ist.

4. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (10) des Läuferringträgers (5) aus einem Verbund­ material aus Kunststoff und nichtmagnetischem Material hoher Dichte besteht.

5. Hysterese-Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (14) auf der zylindrischen Außenseite des Läuferringträgers (5) im Bereich des Läufer­ rings (4) angeordnet ist.

6. Hysterese-Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (14) aus Messing besteht.