-
Elektromagnetische Kupplung Es gibt schon elektromagnetische Kupplungen,
bei denen, im Gegensatz zu mechanischen Kupplungen, die eine formschüssige Verbindung
zwischen treibender und getriebener Welle herstellen (mit oder ohne Drehschw,ingungsdämpfer),
keine tatsächliche Vereinigung der beiden Wellen stattfindet. In diesen elektromagnetischen
Kupplungen erfolgt die Kraftübertragung durch ein Moment, das von dem elektromagnetischen
Feld herrührt, das zwischen treibendem und getriebenem Teil aufgebaut wird. Infolge
der Trägheit der rotierenden Massen einerseits und der zu überwindenden Widerstände
anderseits weisen diese Einrichtungen im allgemeinen folgende beiden Merkmale in
eingekuppeltem Zustand auf: a) beständiger Schlupf, dessen Größe abhängig ist von
der Differenz zwischen Motormoment C," und effektivem widerstehendem Moment C, (dieser
Schlupf, eine schädliche Erscheinung an derartigen Kupplungen, wird nur dann Null,
wenn das Moment C, gleich Null wird) ; b) starke Dämpfung der Drehschwingungen,
wie sie z. B. bei Kolbenwärmekraftmaschinen auftreten.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung,
bei der ,der unter a) genannte Nachteil vollkommen vermieden und doch in gewissen
Grenzen der unter b) erwähnte Vorteil beibehalten wird. Die neue Ausführung vermeidet
in der Tat praktisch den konstanten Schlupf in eingekuppeltem Zustand und erlaubt
es gleichzeitig, die Übertragung von Drehschwingungen zu vermeiden.
-
Die neue elektromagnetische Kupplung weist im weseptlichen folgende
Merkmale auf: Die treibenden
und getriebenen Teile, die auf den
beiden entsprechenden Wellen befestigt sind und die nie in fester Verbindung miteinander
stehen, bestehen aus je einem ringförmigen Körper aus magnetischem Werkstoff und
besitzen an ihrem Umfang sieh gegenüberstehende Verzahnungen, wobei der eine Teil
als Gegenpol dient und der andere als Elektromagnet ausgebildet ist mit einer Spule,
die mit einem Strom veränderlicher Stärke gespeist werden kann. Zusätzlich sind
noch Einrichtungen zwischen treibendem und getriebenem Teil vorhanden, die eine
Übertragung von Drehschwingungen dämpfen sollen.
-
In einer ersten Ausführung des Erfindungsgedankens und einer ersten
Variante dazu ist die Spule des Elektromagneten am Umfang des Rotors angebrächt.
-
In einer anderen Variante ist die Spule in der Nähe der Achse angeordnet,
um eine Verringerung des Trägheitsmoments der umlaufenden Massen zu erzielen, eine
Verkürzung der erforderlichen Drahtlänge für die Spule zu erreichen bei gleichzeitiger
Erhöhung der Windungszahl, eine Vergrößerung des Luftspalts zu ermöglichen infolge
Erhöhung der Windungszahl der Wicklung, ohne daß sich dadurch jedoch der Stromverbrauch
erhöht.
-
In der Zeichnung sind, als Beispiele drei Ausführungen erläutert,
ohne daß jedoch der Erfindungsgedanke darauf beschränkt sein soll.
-
Fig. i ist ein halber Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
des Aggregats; Fig. 2 ist eine Ansicht eines Teils der verzalinteii magnetischen
Polringe, wobei die Zähne des treibenden und des getriebenen Teils sich einander
gegenüberstehen; Fig. 3 ist ein Längsschnitt ähnlich Fig. i durch ein anderes Ausführungsbeispiel;
Fig.4 ist eine Ansicht ähnlich Fig.2, WO')--i jedoch die Zähne des treibenden und
des getriebenen Teils versetzt zueinander stehen; Fig. 5 zeigt in einer schematischen
Abwicklung einen Teil der Verzahnung des treibenden und des getriebenen Teils und
das zugehörige Kräftediagramm ; Fig.6 ist ein halber Längsschnitt durch eine zweite
Variante des Aggregats; Fig. 7 zeigt schließlich einen Teilschnitt nach der Linie
VII-VII in Fig. 6.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i wird der treibende Teil der
Kupplung von einem Gehäuse 2 gebildet, das gleichzeitig als Schwungrad dient und
auf der Motorwelle i festgekeilt ist. Es besteht aus einem Stahl mit sehr hoher
Permeabilität. Am Innenrand des Gehäuses sind Einschnitte 3 angebracht, so daß als
Pole wirkende Zähne 4 entstehen. Diese Einschnitte können parallel zur Mittelachse
oder auch schraubenförmig unter einem entsprechenden Winkel dazu angeordnet sein.
Am Flansch des Gehäuses ist eine polierte, genau senkrecht zur Mittelachse stehende
Fläche 5 vorgesehen.
-
Der getriebene Teil besteht aus einer Nabe 8, die auf der Welle 6
in einem Keilwellenprofil 7 axial gleiten, sich aber nicht drehen kann, und die
einen Elektromagneten 9 trägt, an dem eine Scheibe io aus einem Werkstoff mit geeignetem
Reibungskoeffizienten gegenüber der Fläche 5 befestigt ist.
-
Die Wellen i und 6 fluchten genau und sind durch ein Lager oder einen
Zentrierring i i zueinander zentriert.
-
Auf der Nabe 8 befindet sich ein Schleifring 12, über den der Wicklung
des Elektromagneten 9 der Strom zugeführt wird, der über eine Zuleitung 13 und einen
Regelwiderstand Rh aus einer Batterie B entnommen wird. Der Schleifring 12 ist durch
eine Leiste 14 oder einen sonstigen geeigneten Leiter mit der obenerwähnten Wicklung
verbunden.
-
Der Elektromagnet 9 besteht aus zwei ringförmigen Polmassen, die mit
zwei möglichst genau bearbeiteten Flächen aneinanderliegen und am Flansch der Nahe
:8 befestigt sind. Zwischen ihnen befindet sich ,die Wicklung 15, die durch einen
unter den Vorsprüngen 17 der Polmassen liegenden Haltering 16 aus unmagnetischem
Werkstoff festgehalten wird. Die Polvorsprünge 17 besitzen entsprechend den Zähnen
4 die gleiche Zahl Zähne 18, zwischen denen die Einschnitte i9 liegen. Eine Feder
2o, die sich gegen einen Bund der Welle 6 abstützt, drückt die Nabe 8 immer in die
gezeichnete Stellung nach rechts, so daß der Elektromagnet 9 gegenüber dem Gehäu§e
2 nach außen versetzt steht, wenn er nicht erregt ist. Durch einen zweiten Bund
26 wird diese Stellung begrenzt.
-
Der neuen Kupplung liegt die Tatsache zugrunde, daß zwei Magnetkreise
die Tendenz haben, eine solche Stellung zueinander einzunehmen, daß die Streuung
möglichst klein wird.
-
Wenn daher die Wicklung 15 von Strom durchflossen wird, so entsteht
ein Feld, das bestrebt ist, den Elektromagneten so gegenüber dem Gehäuse 2 zu verschieben,
daß sich die Zähne 4 und die Zähne 18 genau gegenüberstehen.
-
Der Einfluß der beiden Verzahnungen aufeinander geht deutlich aus
dem Diagramm der Fig. 5 hervor. Sie zeigt abgewickelt zwei benachbarte Zähne des
Gehäuses 2 mit den Anziehungszentren N1 und N2, und einen Zahn des Elektromagneten
mit dem Anziehungszentrum M. Es sei Ni-N2 .der Polabstand und X die Entfernung von
Ni bis M. Durch das von M aus aufgebaute Feld werden die Magnetmassen Ni ,und N2
von zwei Kräften f1 und f2 beansprucht, die die Richtungen MNl und MN2 haben. Diese
beiden Kräfte haben eine Resultierende R" die für einen bestimmten Strom in der
Wicklung ein Moment Cx=F(x) bewirkt.
-
Cm sei däs entsprechende mittlere Moment, dessen Wert durch den Ausdruck
bestimmt wird.
-
Es erfolgt demnach eine Mitnahme der, getriebenen Welle 6 durch die
treibende Welle i.
-
Das den Elektromagneten 9 und das Gehäuse 2 durchfließende Kraftlinienfeld
'hat weiterhin zur
Folge, daß sich der Ei..@';tromagnet 9 mit seiner
Nabe 8 nach links verschiebt, so daß die äußere Fläche der Scheibe io gegen die
Fläche 5 des Gehäuses 2 zum Anliegen kommt. Der entsprechende Anpreßdruck zwischen
den Flächen 5 und io ist eine Funktion der Verschiebung des Elektromagneten 9 in
Bezug auf das Gehäuse 2 unca der Stärke des Erregerstroms. Das durch die Reibung
hervorgerufene Hilfsmoment, das von Anpreßdruck und Reibungskoeffizient abhängt,
trägt zur Stabilisierung der Mitnahme bei. Es wird so festgelegt, daß die aus einem
eventuellen unregelmäßigen Laufen des Motors herrührenden Drehschwingungen nur teilweise
an die getriebene Welle weitergegeben werden.
-
In der Variante nach Fig. 3 ist die Nabe 8 des Elektromagneten 9 unbeweglich
auf der Welle 6 befestigt, so daß keine axiale Verschiebung stattfinden kann. Um
eine Berührung der Teile 5 und io herbeizuführen, wurde eine leichtere Einrichtung
angebracht. Sie besteht aus einer Scheibe 22 (auf der der Belag io befestigt ist),
die über Stößel 23 mit magnetischen Massen 24 verbunden ist. Die Scheibe 22 tiiid
die Stößel 23 sind aus unma gnetischein Werkstoff. Die Federn 2,4 drücken die Stößel
23 und damit die Scheibe 22 nach rechts, solange der Elektromagnet 9 nicht erregt
wird. Sobald er jedoch erregt wird, werden die Massen 2.4 angezogen, um die Permeabilität
des Magnetkreises zu erhöhen. Die ganze Einrichtung wird also nach links verschoben,
und die Teile 5 und io legen sich aufeinander.
-
Im allgemeinen werden die verschiedenen Teile so bemessen, daß die
Flächen 5 und io nur mit schwachem Druck aufeinanderliegen. Unter diesen Bedingungen
vermeidet daher die Kupplung, außer ihrer Aufgabe plötzlich periodische oder nichtperiodische
Momente zu begrenzen, jegliche Beschädigung oder Zerstörung der Übertragungsorgane.
Tritt ausnahmsweise in einer der beiden Wellen (getrieben oder treibend) während
eines endlichen Zeitraums ein höheres Moment als das normalerweise vorgesehene '\Iaximalmoment
auf, so wird die 1<upplung dadurch in keiner Weise be-
schädigt.
-
Es ist ohne weiteres möglich, treibende und getriebene Wellen in ihren
Rollen zu vertauschen. Ebenso kann man gegebenenfalls die Anordnung von Gehäuse
und Elektromagnet vertauschen, d. h. den Elektromagneten statt innen außen anordnen.
-
Wird das Gehäuse mit der treibenden Welle verbunden, so hat man eine
Kupplung, hei der der getriebene Teil ein verhältnismäßig niedriges Trägheitsmoment
besitzt. Diese Anordnung ist für gewisse Anwendungsgebiete von besonderem Interesse.
-
Auch hei der Variante nach Fig. 6 und 7 besteht der treibende "heil
der Kupplung aus einem StäblgehäuSe 2 guter Permeabilität, das als Schwungrad auf
der Welle i sitzt. Am Innenumfang des Gehäuses sind wieder eine entsprechende Zähl
Einschnitte 3, so d'aß als Pole wirkende Zähne :4 entstehen. Diese Einschnitte können
parallel zur Mittelachse oder auch schraubenförmig unter einem entsprechenden Winkel
angeordnet sein. Am Flansch des Gehäuses ist eine polierte, genau senkrecht zur
Mittelachse stehende Fläche 5 vorgesehen.
-
Der getriebene Teil besteht aus einer Nabe 27, die in einem Keilwellenprofil
7 auf der Welle 6 verschiebbar ist. Die Wicklung 28 des Elektromagneten ist iri
einer ringförmigen Nut der Nabe 27 untergebracht und wird durch einen Haltering
29 aus unmagnetischem Werkstoff umschlossen.
-
Im Gegensatz zu den beiden vorhergehenden Ausführungsarten ist hier
die Spule 28 in der Nähe der Achse und nicht am Umfang befestigt. An der Nabe 27
sind zwei Flansche 30, z. B. aus Blech, angebracht, die an ihrem Umfang Einschnitte
besitzen, um so ebenso viele Zähne 31 zu bilden wie Zähne, am Innenumfang des Gehäuses
2 angeordnet sind. Ein Teil 32 aus unmagnetischem Werkstoff ,schließt .den
von den Flanschen 30 gebildeten Hohlraum ab und verhindert eine evtl. Verformung
der Zähne 3 i unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft.
-
Um evtl. auftretende Resonanzen in .diesem Hohlraum zu verhindern,
kann man ihn mit geeigneten schalldämpfenden Mitteln ausfüllen.
-
An dem dem Gehäuse zugekehrten Flansch ist ein Belag io mit geeignetem
Reibungskoeffizienten gegenüber der Fläche 5 angebracht.
-
Die Ausrichtung der Wellen i und 6 erfolgt durch ein Lager oder einen
Zentrierring i i. Federn 20, die sich an dem Ring 21 abstützen, halten den Elektromagneten
in seiner Ruhestellung. Über einen Schleifring 12 und eine Schleifbürste 33 wird
der Spule 28 der Strom zugeführt, der im Punkt 34 über Masse abfließt.
-
Es wäre selbstverständlich ohne weiteres möglich, den Strom auch durch
einen zweckentsprechend angeordneten zweiten Schleifring abzuführen.
-
Es leuchtet ein, daß durch die Anordnung der Magnetspule 28 in 'kleinem
Abstand von der Drehachse das Trägheitsmoment des Aggregats sich sehr stark verringert.
Ebenso vermindert sich die Länge des erforderlichen Leitungsdrahtes, trotzdem der
Magnetkreis größer wird, weil bei verminderter Drahtlänge die Zahl der Windungen
merklich vermehrt werden kann.