-
Elektromagnetisches Rädergetriebe Bei Rädergetrieben macht bekanntlich
die Übertragung größerer Leistungen erhebliche Schwierigkeiten. Da die Übertragung
der Kraft an den Zahnflanken nicht über größere Flächen, sondern theoretisch nur
über sich berührende Linien erfolgen kann, wird die spezifische Flächenpressung
sehr groß. Dies zwingt zur Verwendung sehr hochwertigen Werkstoffs und sehr genauer
Bearbeitung, führt aber trotzdem zur Abnutzung, welche den ruhigen Gang und den
Wirkungsgrad der Getriebe auf die Dauer erheblich beeinträchtigt. Man kann diese
Abnutzungserscheinungen in bekannter Weise dadurch vermeiden oder jedenfalls sehr
wesentlich mindern, daß man die unmittelbare mechanische Kraftübertragung von einem
Rad auf das andere durch eine magnetische Kraftübertragung ersetzt, also den magnetischen
Zug als Übertragungskraft einführt, so daß die beiden zusammengehörenden Räder überhaupt
nicht in Berührung zu kommen brauchen. Hierzu kann man entweder
Getriebe
mit ineinandergreifenden Zähnen verwenden, wobei die Zähne einem Stirnradgetriebe
angehören, dessen Bewegungsrichtungsebene mit der Ebene der magnetischen Kraftlinien
zusammenfällt oder aber die Räder mit so kurzen Nocken versehen, daß diese aneinander
vorbeigleiten können. Diese Vorschläge scheitern daran, daß infolge der nur kleinen
magnetisch wirksamen Flächen sehr starke Magnetfelder erzeugt werden müssen, für
die dann ein entsprechend großer elektrischer Aufwand erforderlich ist.
-
Erfindungsgemäß soll die Weitergabe der Leistung von einem Getrieberad
auf das andere ebenfalls durch elektromagnetische Wirkung ohne gegenseitige Berührung
der Räder erfolgen, wobei jedoch zur Erzielung genügend großer übertragungskräfte
wesentlich umfangreichere magnetisch aufeinander wirkende Flächen geschaffen werden
sollen, als sie sich bei den bisherigen Vorschlägen ergeben. Dieses Ziel wird dadurch
erreicht, .daß die Räder an ihrem Umfang in Achsrichtung aufeinanderfolgende Ringkammern
aufweisen, wobei die scheibenartigen Erhebungen des einen in die kammerartigen Ausnehmungen
des anderen Rades hineinragen und die scheibenartigen Teile wenigstens eines der
beiden Räder die Polkörper von Elektromagneten bilden.
-
Abb. i veranschaulicht den Erfindungsgedanken unter grundsätzlicher
Verwendung der vom Bau elektrischer Maschinen her bekannten Gleichpolanordnung.
Das kleine Rad K trägt eine Anzahl von Ringleitern L, die um den ganzen Radumfang
herum verlaufen und von denen jeweils benachbarte in verschiedener Richtung vom
Strom durchflossen werden. Zwischen die Lamellen des kleinen Rades IL greifen die
Lamellen des großen Rades G, so daß sich der durch Pfeile angedeutete Kraftlinienfluß
ergibt. Wird das Rad hin Umdrehung versetzt, so werden durch die von den Ringleitern
L erzeugten Kraftlinien die Lamellen des Rades G mitgenommen. Werden die Lamellen
der Räder K und G durch geschlossene Ringe gebildet, so ist hierbei ein gewisser
Schlupf nicht zu vermeiden. Um diesen Schlupf möglichst gering zu halten, kann man
in an sich bekannter Weise kurzgeschlossene Windungen oder Stäbe von hoher elektrischer
Leitfähigkeit anordnen. Ist ein solcher Schlupf unerwünscht, so kann man am Umfang
der Lamellen Einschnitte vorsehen, ähnlich wie sie in Abb. 3 gezeigt sind, so daß
sich eine Reihe von ausgeprägten Polen ergibt und eine synchrone :Mitnahme der Pole
des getriebenen Rades durch die Pole des treibenden Rades eintritt.
-
Abb. -z zeigt eine andere Anwendungsform derselben Gleichpolanordnung,
welche unter Umständen die Anzahl der Ringleiter L zu vermindern gestattet. Hierbei
werden die Kraftlinien zweimal oder mehrmals nacheinander abwechselnd über Lamellen
des einen und des anderen Rades geleitet; dabei ist es notwendig, einen Teil der
Lamellen, wie aus der Abbildung erkennbar, über _unmagnetische Tragstücke U abzustützen.
-
Abb. 3 und 4 veranschaulichen «-eiter die Anwendung des Erfindungsgedankens
mit der ebenfalls von elektrischen Maschinen her bekannten W'echselpolanordnung
in der Draufsicht und im Längsschnitt. Hierbei sind die Leiter nicht mehr ringförmig
um den Radumfang verlaufend angeordnet, sondern stabförmig im wesentlichen parallel
zur Achse geführt, also in grundsätzlich gleicher Anordnung und Wirkungsweise wie
bei Feldspulen, Schleifenwicklungen, Wellenwicklungen und ähnlichen Anordnungen
elektrischer Wechselstrommaschinen. Es bilden sich also am Umfang entsprechend der
elektromagnetischen Erregung abwechselnd Nord- und Südpole aus. Der von den Leitern
hervorgerufene Kraftfluß geht von den Stirnflächen der Pole des einen auf diejenigen
des anderen Rades über und schließt sich im Joch des letzteren, wobei wiederum,
wenn das eine Rad in Bewegung gesetzt wird, eine synchrone Mitnahme .des anderen
Rades erfolgt. In Abb. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die am Umfang des
großen und des kleinen Rades angeordneten Pole von ungefähr gleichen Abmessungen
sind; stattdessen kann die Anordnung auch so gewählt werden, daß die Pole des einen
Rades einen so großen Teil des Umfangs einnehmen wie zwei Pole des anderen Rades,
so daß der Kraftfluß sich durch diese breiten Pole unmittelbar schließen kann, ohne
durch das Joch hindurchzugehen. Hierbei kann man auch die eben beschriebenen breiten
Pole in den verschiedenen Lamellen so gegeneinander versetzen, daß bei Betrachtung
der Oberfläche des Rades ein Bild ähnlich wie bei einer Gallschen Kette entsteht,
wodurch die Kraftübertragung noch gleichmäßiger vor sich geht.
-
Je nach den Umständen wird man die Erregerwicklungen auf beiden oder
nur einem der Räder anbringen; in der Regel wird die Anordnung auf dem kleinen Rad
wegen des geringeren Werkstoff- und Energieaufwands den Vorzug verdienen. Die Polzahl
wird vorzugsweise, namentlich bei dem elektromagnetisch erregten Rad, geradzahlig
zu wählen sein.
-
Um Ungleichmäßigkeiten bei der Drehmomentsübertragung und ein Auslösen
von Schwingungen zu vermeiden, kann man die Schlitze anstatt genau parallel zur
Achse auch schräg, also in steilen Schraubenlinien oder
auch in
zusammengesetzten Schraubenlinien verschiedener Richtung (nach Art der Pfeilverzahnungen),
verlaufen lassen, so daß die Perioden höchster und geringster Übertragungswirkungen,
in axialer Richtung gesehen, an den verschiedenen Stellen der Räder zu verschiedenen
Zeiten eintreten.
-
Durch Entregen und Neuerregen kann das Getriebe auch zum Auskuppeln
und Wiedereinkuppeln benutzt werden, so daß unter Umständen besondere Kupplungen
außerhalb des Getriebes entbehrlich werden. Um die Wiedereinkupplung, welche ihrem
Wesen nach der Synchronisierung elektrischer Maschinen entspricht, zu erleichtern,
kann man in an sich bekannter Weise kurzgeschlossene Dampferstäbe oder Dämpferwicklüngen
anwenden. Durch entsprechende Bemessung der Erregungsstärke oder durch Sicherheitsvorrichtungen,
welche bei Überlastungen den Erregerstrom schwächen oder ganz ausschalten, kann
man dem Getriebe auch die Wirkung einer Rutschkupplung geben.
-
Um übermäßige Axialbeanspruchungen der Lager zu vermeiden, empfiehlt
es sich, einem der Räder eine Axialfeineinstell'ung zu geben, um die Räder gegenseitig
so einstellen zu können, daß sie genau im magnetischen Mittel aufeinander arbeiten.
-
Da man bei der Anordnung im Gegensatz zu mechanischen Rädergetrieben
nicht auf genaue Einhaltung des Achsenabstandes angewiesen ist, kann man erwünschtenfalls
die großen und kleinen Räder relativ gegeneinander in radialer oder tangentialer
Richtung federn lassen, was beispielsweise für den Antrieb von Eisenbahnfahrzeugen
in Frage kommt.
-
Die ganze Anordnung wird bei gegebenem Platzbedarf um so wirksamer;
je geringer die Luftspalte zwischen den Lamellen gehalten werden und j e feiner
unterteilt und zahlreicher die Lamellen gewählt werden. Die Grenze der Unterteilung
wird meist dadurch gegeben sein, daß sich die Lamellen nicht infolge zu geringen
mechanischen Widerstandsmomentes unter dem Einfluß der magnetischen Anziehungskräfte
berühren und dadurch zum Schleifen kommen dürfen. Bei der Werkstoffauswahl und Gestaltung
der Lamellen ist deshalb auf genügende Biegungssteifigkeit Rücksicht zu nehmen.
Bei schnelläufigen Rädern läßt sich die Fliehkraft mit ausnutzen, um den Durchbiegungen
in axialer Richtung entgegen-. zuwirken.
-
Mit dem beschriebenen Getriebe lassen' sich alle bekannten Anordnungen
mechanischer Stirnrädergetriebe verwenden. So kann man beispielsweise bei dem großen
Rad nicht nur Außeneingriff, sondern auch Inneneingriff anwenden, mit Hilfe von
-Zwischenrädern konaxialen Antrieb zwischen der treibenden und der getriebenen Welle
erreichen, am Außen-oder Innenumfang des großen Rades mehrere Wellen mit je einem
kleinen Rad angreifen lassen usw. Hierbei kann man die einzelnen Wellen mit verschiedener
Geschwindigkeit laufen lassen, so daß man durch abwechselndes Erregen des einen
oder anderen der kleinen Räder verschiedene Geschwindigkeitsstufen erhält. Zur Vermeidung
der Luftreibung zwischen den sich mit kurzem Abstand aneinander vorbei bewegenden
Lamellen läßt sich das jeweils in Gebrauch befindliche kleine Rad erwünschtenfalls
in radialer Richtung herausschwenken und zum Zweck der Wiederbenutzung in die Arbeitsstellung
zurückschwenken, ohne daß der Betrieb dabei stillgelegt zu werden braucht.