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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Magnetkupplungen mit zusammenwirkenden
Dauermagnetrotoren und Elektroleiterrotoren, die durch Luftspalte getrennt
sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Dauermagnetkupplungen
des allgemeinen im
US-Patent
5,477,094 offenbarten Typs weisen einen Magnetrotor und
einen Leiterrotor auf, die zusammen wirken, so dass zwischen Eingangs-
und Ausgangswelle Kraft übertragen
wird. Der Magnetrotor weist eine Mehrzahl von im Umfangsabstand
voneinander angeordneten Dauermagneten auf, deren Gegenpole durch
Luftspalte von elektrisch leitenden Leiterelementen getrennt sind,
die durch den Leiterrotor auf entgegengesetzten axialen Seiten des
Magnetrotors vorgesehen sind. Für
viele Anwendungen wird bevorzugt, dass die Luftspalte direkt nach
der Einrichtung der Kupplung eingestellt werden können, um
beim Anlaufen einen "Weichstart" zu erhalten oder
zu variieren, was bedeutet, dass es anfangs beim Anlaufen einen
deutlichen Drehschlupf zwischen den Rotoren gibt, der sich in wenigen
Sekunden schrittweise zu einem Minimum reduziert, während die
Ausgangswelle Geschwindigkeit von Null auf ein Maximum aufbaut.
Ein geringeres Anlaufmoment wird benötigt, um eine bestimmte Last
anzutreiben, wenn die Kupplung auf die Last abgestimmt ist, so dass
es beim Anlaufen einen Weichstart gibt. Außerdem ist bei einem Weichstart
die Erschütterung auf
das Kraftübertragungssystem
geringer.
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Ein
Justieren der Luftspalte ermöglicht
es, dass sich eine bestimmte Magnetkupplung für eine maximale Leistung in
einer Vielfalt von Lastanwendungen eignet, ohne dass die Anzahl
der Magneten im Magnetrotor verändert
werden muss. Solch eine Justierung nach dem Einbau der Kupplung
vorzusehen, ermöglicht
eine Feld-Justierung des Weichstarts einer Kupplung, ohne die Kupplung
zu entfernen oder zu trennen, wenn die Last beim Einbau geändert wird.
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Das
Dokument Patent Abstracts of Japan, Vol. 017, Nr. 604 (M-1506) vom
B. November 1993, welches dem
japanischen Patent 05 179984 A entspricht,
offenbart eine Kraftübertragungsvorrichtung, die
darauf ausgerichtet ist, über
eine magnetische Kupplung Kraft von einem Motor auf eine Hilfseinheit zu übertragen.
Bei dieser Vorrichtung wirkt eine Abtriebsscheibe so, dass ein Magnet
in unmittelbarer Nähe
einer leitenden Scheibe gedreht wird, wobei die leitende Scheibe
an einer Drehscheibe der Hilfseinheit angebracht ist, welche an
einem feststehenden Teil der Hilfseinheit über eine Lagereinheit angebracht
ist.
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Das
Dokument Patent Abstracts of Japan, Vol. 1995, Nr. 07 vom 31. August
1995, welches dem
japanischen
Patent 07 111773 A entspricht, offenbart eine Magnetkupplungsvorrichtung,
die so wirkt, dass ein Bremsmoment auf eine Drehwelle aufgebracht wird.
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Das
europäische Patent 0855515 offenbart eine
Pumpeinheit, die für
Kraftfahrzeuge vorgesehen ist, wobei das Antriebsrad einer Pumpe über eine Magnetkupplung
mit einer Drehwelle angetrieben wird.
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Das
Dokument Patent Abstracts of Japan, Vol. 017, Nr. 490 (M-1474) vom
6. September 1993, welches dem
japanischen Patent 05 118345 A entspricht,
offenbart einen Drehmomentbegrenzer, wobei ein Verzögerungsmoment
durch ein Paar auf beiden Seiten des Magnets angeordneten Hystereseplatten
auf eine Drehwelle aufgebracht wird, wobei der Magnet an den Drehwellen
angebracht ist.
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US-Patent 5,739,627 offenbart
eine justierbare Dauermagnetkupplung, wobei das übertragene Drehmoment durch
Drehen von auf einem Magnetrotor vorgesehenen Magnetmodulen justiert
werden kann, welcher durch magnetisches Kuppeln an eine Ausgangswelle
angetrieben wird.
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US 5473209 beschreibt ein
Bremssystem für eine
Eingangswelle. Das Bremssystem weist einen Rotor mit Magneten auf,
der an der Eingangswelle angebracht ist, sowie ein Paar nichtdrehbarer
elektrisch leitender Platten, die vom Rotor durch Luftspalte getrennt
sind. Die Platten sind gleitend gelagert, so dass die Breite der
Luftspalte variiert, und so dass dadurch das Bremsmoment gesteuert
wird.
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WO 98/47215 beschreibt eine
Magnetkupplung, die eine erste Scheibe mit einer Anordnung von Dauermagneten
aufweist und so angeordnet ist, dass sie sich um eine erste Welle
dreht, sowie eine zweite Scheibe mit einem zusammengesetzten Leiter,
die so angeordnet ist, dass sie sich um eine zweite Welle dreht.
Die Magneten und der Leiter sind im Abstand voneinander angeordnet,
so dass ein Drehen der ersten Scheibe ein Drehen der zweiten Scheibe
aufgrund von elektromagnetischer Kopplung verursacht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftspaltjustiersystem vorzusehen,
das auf dem Gebiet nach dem Einbau der Kupplung einfach anzuwenden
ist.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine justierbare Magnetkupplung vor,
die aufweist: eine erste und eine zweite Drehwelle mit einer koaxialen
Drehachse, ein auf der ersten Welle montiertes Gehäuse, das
die Achse umgibt, einen Magnetrotor, der auf der zweiten Welle montiert
ist und sich in dem Gehäuse radial
von der zweiten Welle erstreckt, wobei der Magnetrotor Dauermagneten
aufweist, zwei elektrisch leitende Einheiten, die von dem Gehäuse bewegbar getragen
werden und über
Luftspalte von den Magneten an entgegengesetzten Enden des Magnetrotors
im Abstand voneinander sind, und Spaltjustiermittel zum Steuern
der Axialposition der elektrisch leitenden Einheiten, axial relativ
zu dem Gehäuse und
dem Magnetrotor, die in der Lage sind, jeden der Luftspalte wahlweise
und eigenständig
zu variieren. auf die Gewindeendabschnitte 22b, 22c der
Bolzen 22, so dass die Bolzen und Montageelemente 18, 20 als
starre Einheit zusammengehalten werden.
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Ein
entsprechendes Paar von abgestuften Buchsen 27a, 27b nimmt
die Bolzenschäfte 22a auf, so
dass sie als Gleitstücke
für ein
Paar Leitereinheiten 28, 29 wirken, die ein Paar
elektrisch leitender Ringe 30a, 30b aufweisen,
vorzugsweise aus Kupfer, sowie ein Paar magnetischer Verstärkungsringe 31a, 31b,
die vorzugsweise aus weichem Stahl sind. Die elektrisch leitenden
Ringe werden an den Verstärkungsringen
durch Schrauben 32 befestigt, welche Schäfte aufweisen,
die in die Verstärkungselemente 31a, 31b geschraubt
sind und konische Köpfe
haben, welche in die Ringe 30a, 30b gesetzt werden,
bündig mit
den Ringvorderseiten, die an dem Magnetrotor 12 angrenzen.
Komplementierende Bohrlöcher 33a, 34a in
den Ringen 30a–30b und 31a–31b enthalten
die Buchsen 27a, 27b.
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Die
Verstärkungsringe 31a, 31b weisen
konische Löcher 36 auf,
die so angeordnet sind, dass sie sich mit den Gewindelöchern 37 in
den Montageelementen 18, 20 des Gehäuses 10 decken.
Verstellbolzen 38 werden in die Löcher 37 geschraubt
und weisen konische Köpfe 38a auf,
die frei sind, um in den konischen Löchern 36 in den Verstärkungsringen 31a, 31b zu
rotieren, in Antwort auf das Drehen durch die Anwendung eines Werkzeugs
am äußeren Ende der
Bolzen. Um das Werkzeug aufzunehmen, können die Enden der Bolzen 38 genutet,
ausgespart, oder außen
mit Abflachungen geformt sein. Die Bolzen 38 weisen Paare
von Sicherungsmuttern 39 auf.
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Es
ist zu bemerken, dass, da die Köpfe 38a der
Verstellbolzen 38 in den konischen Löchern 36 durch die
aufliegenden elektrisch leitenden Ringe 30a, 30b gehalten
werden, ein Drehen der Bolzen 38 zu einer axialen Bewegung
der Leitereinheiten 28, 29 führt, wodurch die Breite der
Luftspalte 40, 41 zwischen den elektrisch leitenden
Ringen 30a, 30b und einem Satz von durch den Magnetrotor 12 dargestellten
Dauermagneten 42 justiert wird. Diese Magneten sind in
einem Satz von Anschlusslöchern 43 montiert, die
in einem kreisförmigen
Muster angeordnet sind, die sich durch eine Magnetrotorscheibe 44 aus nicht-magnetischem
Material erstrecken. Die Scheibe 44 ist durch Bolzen 46 auf
der Nabe 15 montiert.
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Bei
der beschriebenen Kupplung sind deren Naben 14, 15 auf
den Wellen 16, 17 angebracht, wie durch Druckkupplungen 46, 46', die durch
Schrauben 46a befestigt werden. Vor der Anordnung der Kupplung
auf den Wellen 16–17 werden
die Verstärkungsringe 31, 31b normal
durch die Verstellbolzen 38 an die Montagescheibe 18 und
den Montagering 20 nach dem Einsetzen der Buchse 27a, 27b montiert, und
anschließend
werden die elektrisch leitenden Ringe 30a, 30b durch
die Schrauben 32 an die Verstärkungsringe montiert, so dass
sie Unterbaugruppen bilden. Anschließend werden die Nabe 14 und die
Unterbaugruppe, die die Scheibe 18 und die Leitereinheit 28 aufweist,
auf die Welle 16 aufgebracht, und die andere Unterbaugruppe,
die den Ring 20 und die Leitereinheit 29 aufweist,
wird auf das offene Ende der Welle 17 eingesetzt, so dass
sie diese Welle locker umgibt. Der nächste Schritt besteht darin, die
Magnetrotoreinheit 12 einzubauen, wobei ihre Nabe 15 auf
der Welle 17 angebracht wird. Anschließend werden die Bolzen 22 durch
Einsetzen der Länge
nach durch die Montageelemente 18, 20 und die Buchsen 27a, 27b eingebaut,
so dass, wenn die Muttern 26 angebracht werden, das Gehäuse 10 so
aufgebaut ist, dass die Leitereinheiten 28, 29 durch
das Gehäuse
gestützt
und über
Luftspalte 40, 41 von den Magneten 42 im Abstand
sind.
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Wenn
die Welle 16 durch eine Antriebskraft angetrieben wird,
werden durch den Magnetfluss, der von den Magneten emittiert und
durch die Eisenverstärkungselemente 31a, 31b eingegrenzt
wird, Wirbelströme
in die elektrisch leitenden Elemente 30a, 30b induziert.
Die resultierende magnetische Wirkung, die in den elektrisch leitenden
Elementen 30a, 30b erzeugt wird, führt zu einer
Abstoßung
der Leitereinheiten 28, 29 vom Magnetrotor 12,
und führt
zu einem Drehen der Leitereinheiten 28, 29 und
des Gehäuses 10,
wodurch die Welle 17 als Reaktion auf die Drehung der Welle 16 angetrieben
wird, wobei dies jedoch mit einer geringeren Drehgeschwindigkeit
erfolgt, die als Schlupf definiert wird. Der Schlupf während des
Anlaufens und der letzte Schlupf nach dem Anlaufen wird durch die
Breite der Luftspalte 40, 41 bestimmt. Die Verstellschrauben 38 ermöglichen
es, die Luftspalte zu justieren, nachdem die Kupplung eingebaut
und unter den besonderen Belastungsbedingungen betätigt wurde,
die bei diesem Anwendungsstandort erfahren wurden. Die Luftspalte
werden für
eine Feinabstimmung des Weichstarts und der Betriebsschlüpfe durch
Versuch und Irrtum justiert, so dass sie für die erprobten Betriebsbedingungen
am vorteilhaftesten sind.
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Um
dazu beizutragen, dass ein gleichmäßiges Justieren der Schrauben 38 erreicht
wird, können Kennzeichnungen
in die Stützelemente 18, 20 geritzt werden,
die vom äußeren Rand
der Öffnungen
der Bohrlöcher 37 radial
wegführen,
so dass sie mit einer Längskennzeichnungsnut
in den Schrauben zusammenpassen. Auch können Mess-Streifen in die Luftspalte
eingesetzt und die Bolzen 38 angezogen werden, bis auf
den Messstreifen Druck wahrgenommen wird. Obwohl es normalerweise
bevorzugt wird, dass die Luftspalte 40, 41 die
gleiche Breite aufweisen, ist dies für einen effektiven Betrieb
der Kupplung nicht erforderlich.
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Die 2 und 3 stellen
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung dar, in welcher der spezifische Justiermechanismus
variiert wird. Im Übrigen werden
die Bauteile, die die gleichen wie in der ersten Ausführungsform
sind, mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. In der zweiten Ausführungsform ist
ein Satz von Verstellbolzenanordnungen 50 zwischen den
Abstandsbolzen 22 angeordnet, und erstreckt sich in einem
parallelen Verhältnis
hierzu. Jede Verstellbolzenanordnung 50 weist Bolzenkomponenten 51–52 auf,
die durch eine Muffenkupplung 53 miteinander verbunden
sind. Die Bolzenkomponente 51 weist einen runden Kopfabschnitt 51a,
einen mittleren Gewindeabschnitt 51b und einen Schaftabschnitt 51c auf,
vorzugsweise mit einer oder mehreren flachen Seiten 51d,
wie durch einen quadratischen Querschnitt vorgesehen, wie zum Beispiel in 3 dargestellt.
Die Bolzenkomponente 52 weist ebenfalls einen runden Kopfabschnitt 52a,
einen mittleren Gewindeabschnitt 52b, und einen Schaftabschnitt 52c auf,
vorzugsweise mit einer oder mehreren flachen Seiten, die den Schaftabschnitt 51c ergänzen. Die
Gewinde auf den Gewindeabschnitten 51b–52b weisen die gleiche
Steigung auf, sind jedoch von entgegengesetzter Richtung. Die Muffenkupplung 53 weist
ein Längsdurchgangsbohrloch 53a auf,
das so geformt ist, dass es die Schaftabschnitte 51c, 52c aufnimmt
und mit ihnen zusammenpasst, so dass, wenn die Bolzenkomponenten 51–52 durch
die Muffenkupplung 53 zusammengekuppelt werden, sich die
Bolzenkomponenten übereinstimmend
drehen. Feststellschrauben 54, 54' werden in radiale Öffnungen
neben entgegengesetzten Enden der Muffe 53 geschraubt,
so dass sie in eine flache Seite der Schaftabschnitte 51c, 52c eingreifen und
die Muffe gegen eine Bewegung der Länge nach relativ zu der dazugehörigen Bolzeneinheit 50 halten. Die
Kopfabschnitte 51, 52a der Bolzenkomponenten sind
mit Umfangsnuten ausgebildet, so dass sie C-Clips 56 aufnehmen,
und ihre äußeren Enden
sind genutet oder andersartig geformt, so dass sie einen Schraubenzieher
oder ein anderes Werkzeug aufnehmen, damit die Verstellbolzenanordnungen 50 wahlweise
gedreht werden können.
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Um
die Verstellbolzenanordnungen 51–52 aufzunehmen, weisen
die Montagescheibe 18, die Leitereinheiten 28–29 und
die Montagescheibe 20 Sätze
von Index-Öffnungen
auf. Die Löcher
durch die Leitereinheiten 28–29 haben entgegengesetzte Gewinde,
so dass sie zu den Gewindeabschnitten 51b bzw. 52b der
Verstellbolzenkomponenten passen, und die Löcher durch die Montageelemente 18, 20 haben
vorzugsweise solch eine Größe, dass
sie die Bolzenkomponenten 51–52 gleitend aufnehmen.
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Wenn
die Verstellbolzenanordnungen 50 in Betriebsposition sind,
werden sie durch die Leitereinheiten 28, 29 geschraubt,
erstrecken sich nach außen
durch die Montagekomponenten 18, 20 des Gehäuses 10 hindurch,
und werden durch die C-Clips 56 gegen eine Bewegung der
Länge nach
relativ zu dem Gehäuse
gehalten. Es wird ersichtlich, dass, wenn die Verstellbolzeneinheiten 50 gedreht
werden, das Ergebnis wie eine axiale Bewegung der Leitereinheiten 28, 29 entlang
den Abstandshaltern 22 in Richtung zu dem Magnetrotor 12 oder
vom Magnetrotor weg ist, abhängig
von der Drehrichtung, die für die
Verstellbolzenanordnungen ausgewählt
wurde. Somit wird eine gleiche Verstellung der Luftspalte 40, 41 lediglich
durch ein fortlaufendes Drehen der Bolzenanordnungen 50 erreicht.
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Der
Zusammenbau der zweiten Ausführungsform
erfolgt genauso wie bei der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme,
dass der Schritt des Aufbringens der Verstellbolzen 38 weggelassen
wird, und dass die Verstellbolzeneinheiten 50, mit den C-Clips 56 bevorzugt
in Position, als letzter Schritt nach Vollendung des Zusammenbaus
des Gehäuses durch
Aufbringen der Abstandshalterbolzen 22 eingebaut werden.
Das Einbauen der Bolzeneinheiten 50 kann erfolgen, indem
die Bolzenkomponente 51 durch die Leitereinheit 28 geschraubt
wird, wobei die Leitereinheit bei einer maximalen Spaltposition
an die Montagescheibe 18 anstößt, und indem die andere Bolzenkomponente 52 auf
die gleiche Art durch die andere Leitereinheit 29 geschraubt
wird, wobei letztere in einer maximale Spaltposition an die Montageplatte 20 anstößt, nachdem
die Kupplungsmuffe 53 vollständig auf den Schaft 51c geglitten
ist. Während der
beschriebenen Montage der Bolzenkomponenten 51, 52 werden
sie in die Leitereinheiten 28 29 geschraubt, bis
die C-Clips 56 leicht in die äußeren Flächen der Montagescheibe 18 und
der Montageplatte 20 eingreifen. Als nächstes wird die Muffe 53 der
Länge nach
auf halbem Weg auf den angrenzenden Schaft 52c verlagert,
und die Feststellschrauben 54, 54' werden gegen die Schäfte 51c, 52c festgezogen. Bei
der beschriebenen Anordnung bewirkt die Muffe 53, dass
sich die Bolzenkomponenten 51, 52 übereinstimmend
drehen, die Anordnung der Feststellschrauben 54, 54' verhindert,
dass sie sich trennen, und die C-Clips 56 verhindern, dass
die montierte Verstellbolzeneinheit 50 sich der Länge nach
relativ zu dem Gehäuse 10 bewegt.
Es wird deutlich, dass in dieser Ausführungsform ein ringförmiger Absatz auf
den Bolzenkomponenten 51, 52 anstelle der C-Clips 56 vorgesehen
sein kann.
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Die 4–5 stellen
eine dritte Ausführungsform
dar, in welcher der Spaltverstellmechanismus Spannverschraubungen 70 aufweist,
die sich zwischen den Leitereinheiten zwischen den Abstandshalterbolzen 22 erstrecken.
Jede Spannverschraubung 70 weist zwei sich nicht drehende
Bolzenschäfte 71–72 auf,
die mit entgegengesetzten Gewindeendabschnitten 71a–72a in
eine mittige Kupplungsmuffe 73 geschraubt werden. Die Gewinde
auf den Endabschnitten 71a bis 72a sind von entgegengesetzter
Richtung, und durch die Gewinde in der Bohrung der Muffe 73 ergänzt, so
dass, wenn die Muffe gedreht wird, die Schäfte 71–72 sich übereinstimmend
aufeinander zu oder in die entgegengesetzte Richtung bewegen, abhängig von
der Richtung, in die die Muffe gedreht wird. Die Spannverschraubungs-Schäfte 71–72 können in
festem Eingriff mit den Leiterrotoren 28, 29 in
jeglicher passender Art gehalten werden. Zum Beispiel können U-Clips 74 mit
den Schäften 71–72 zusammenpassen,
und über
den Rand der Leiterrotoren passen. In solch einem Fall können die
U-Clips 74 gegabelte Füße 74a, 74b aufweisen,
die mit Nuten 75 in den Schäften 71–72 zusammenpassen.
Wie in 5 dargestellt, können die Nutabschnitte der
Schäfte
einen quadratischen Querschnitt haben, so dass sie Abflachungen
aufweisen, die mit flachen Innenrändern 74c der Gabelungen
der Clip-Füße 74a, 74b im
Eingriff sind. Schrauben 76 erstrecken sich durch den Zentralsteg 74d der
U-Clips und werden in den Rand der Leiterrotoren geschraubt, so
dass die Clips 74 und die Spannverschraubungen 70 in
Position befestigt sind. Die Muffen 73 sind in ihrer äußeren Form vorzugsweise
sechseckig, um einen Schraubenschlüssel für die Justierung aufzunehmen,
oder sie sind mit radialen Löchern
versehen, so dass sie ein Werkzeug zum Drehen der Muffen aufnehmen,
um eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen der Spannverschraubungen
einzustellen, um dementsprechend die Luftspalte 40–41 zu
vergrößern oder zu
verkleinern.
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Obwohl
es bevorzugt wird, dass der Magnetrotor zwischen zwei Leiterelementen 30a–30b angeordnet
ist, kann das Gehäuse 10 zwei
Magnetrotoren anstelle der Leiterelemente aufweisen, sowie einen einzelnen
Leiterrotor anstelle des Magnetrotors 12. In diesem Fall
würde der
Leiterrotor vorzugsweise zwei Leiterringe aufweisen, die auf entgegengesetzten
Seiten einer Eisenscheibe montiert sind, und durch die Bolzen 46 an
der Nabe 15 befestigt sind.
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Obwohl
besondere Ausführungsformen
der Erfindung hier zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben wurden,
können
in Bezug auf die vorhergehenden Ausführungen verschiedene Änderungen durchgeführt werden
können,
ohne dabei den durch die beigefügten
Ansprüche
definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.