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Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin und Erlangen Magnetische
Flüssigkeitskupplungen haben den Nachteil, daß die in ihnen verwendeten .magnetischen
Flüssigkeiten infolge der verschiedenen Wichte ihrer Bestandteile sich leicht entmischen
können, so daß ein sicheres Arbeiten der Kupplungen nicht mehr gewährleistet ist.
Die Gefahr einer Entmischung ist allein schon durch die Schwerkraft gegeben, liegt
aber in vielfach erhöhtem Maße vor, wenn eine magnetische Kupplung längere Zeit
leer läuft. Dabei ist der an denn leer laufenden Kupplungsteil haftende Flüssigkeitsfilm
denselben Fliehbeschleunigungen ausgesetzt wie die leer laufende Kupplungsscheibe
selbst. Die magnetische Flüssigkeit wird langsam entmischt, ihre magnetischen Teilchen
werden an bestimmte Stellen des Kupplungsgehäuses geschleudert und setzen sich dort
ab.
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Zur Beseitigung dieser nachteiligen Entmischung ist es bekannt, den
Effekt der Thixotropie auszunutzen. Man setzt den magnetischen Flüssigkeiten verseifende
Mittel zu, z. B. Magnesiumstearat. Die Flüssigkeit wird dadurch gelartig, und ihre
magnetischen Teilchen werden festgehalten, so daß eine Entmischung erschwert ist.
Bei mechanischen Be-. anspruchungen jedoch, die auf die gelartige Flüssigkeit einwirken,
wird diese wieder flüssig, und eine innere Reibung kann dann in nicht stärkerem
Maße auftreten wie bei reinen magnetischen Flüssigkeiten. Es ist ferner bekanntgeworden,
eine Entmischung der :magnetischen Flüssigkeit dadurch zu verhindern, daß diese
durch Pumpen oder andere Einrichtungen in fortwährendem Umlauf gehalten wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung geht einen neuen Weg. Die Verhinderung
oder Rückbildung einer nachteiligen Entfmischung der magnetischen Flüssiggkeit in
Flüssigkeitskupplungen geschieht auf magnetischem Wege. Vorzugsweise geschieht dies
in
Verbindung mit einer Unterteilung des aktiven Kupplungsraumes in mehrere Teilräume
in dem Sinn, daß höchstens in ihnen eine nicht schädliche teilweise Entmischung
der magnetischen Flüssigkeit erfolgen kann. Als aktiver Kupplungsraum ist dabei
der Raum in der Kupplung zu verstehen, durch den ihr Hauptfeld bei eingeschalteter
Kupplung hindurchgeht, Die Entmischungsverhinder.ung auf magnetischem Wege kann
beispielsweise durch ein oder mehrere zusätzliche magnetische Hilfsfelder geschehen,
die bei Leerlauf und im,Stillstand der Kupplung vorhanden sind. Dieses Hilfsfeld
kann auch in einer ständigen geringen Dauererregung des Hauptfeldes der Kupplungbestehen.
Dabei kann durch Stege oder Vorsprünge an den aktiven Kupplungsteilen, welche .dann
nach Art magnetischer .Dichtungen wirken, die :magnetische Flüssigkeit in verschiedene
Teilmengen unterteilt werden. Es ,kann auch vorteilhaft sein, an den aktiven Kupplungsteilen
in Verbindung mit den Stegen und Vorsprüngen besondere Teilräume auszusparen, in
denen :die magnetischen Teilchen, wenn sie sich ab--lagern, aufgefangen werden.
Ferner können die Teilräume besonders ,gestaltet sein, so- daß sich .in ihnen beim
Einschalten. der Kupplung inhomogene Magnetfelder bilden und eine durch Fliehkraftwirkung
erfolgte Teilentmischung der magnetischen Flüssigkeit in den Teilräumen wieder rückgängig
gemacht wird. Der Vorteil der neuen Kupplung nach der Erfindung liegt hauptsächlich
in .der Möglichkeit einer einfachen Konstruktion und. darin, daß zusätzliche Mittel,
wie Pumpen od. dgl., zur Verhinderung der Entmischung nicht nötig sind.
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Zur näheren Erläuterung sei im folgenden auf die Ausführungsbeispiele
i bis 4 der Zeichnung verwiesen" die Kupplungen gemäß der Erfindung im Schnitt darstellen.
Es zeigt Fig. i eine Scheibenkupplung mit einem zusätzlichen Magnetfeld, Fig. 2
eine ähnliche Scheibenkupplung, die jedoch doppelseitig ausgebildet ist, Fi,g. 3
eine Scheibenkupplung amit Unterteilung des aktiven IKiupplun:gsraumes in mehrere
Teilräume; Fig. 4 zeigt eine Trommelkupplung und Fig. 5 und 6 Einzelheiten zur Erläuterung;
der angewandten Prinzipien.
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Die Fig. i 'bis 4 beschränken sich im ihrer Darstellung nur auf die
für die Erfindung wesentlichen Teile. Die Pfeile an den Kupplungsachsen geben jeweils
die Richtung von der Kraftmaschine zur Arbeitsmaschine, -an.
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In Fig. i ist mrit i der angetriebene Teil einer magnetischen Flüssigkeitskupplung,
mit 2 der a!bgetriebene Kupplungsteilbezeichnet. Zwischen :den beiden Teilen befindet
sich konzentrisch zur verlängerten Abtriebs,welle 3 eine Erreg@erwicklu:ng 4 für
das Hauptfeld der Kupplung, ,das sich bei Einschaltung der Kupplung über das magnetische
Öl, die beiden Kupplungsteil-- i und 2 und die verlängerte Antriebswelle 3 schließt.
An dem abtreibenden Kupplungsteil 2 befindet sich eine Hilfswicklung 5 für die Erzeugung
eines magnetischen Hilfsfeldes, das sich bei Erregung hauptsächlich an den .Stellen
ausbildet, an denen bei Kupplungsleerlauf die größten Fliehkräfte auftreten. Das
Hilfsfeld versteift das Öl zwischen den Kuppilungsteilengegenüber dem Hauptfeld
der Kupplung nur so stark, daß die einzelnen ,magnetischen Teilchen in der Flüssigkeit
nicht mehr durch die auftretenden Fliehkräfte bewegt werden !können. Die Versteifung
:der Flüssigkeit soll jedoch. nicht so weit gehen' .daß eine schädliche Reibungswirkung
auftreten kann.
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In Eig. 2 ist eine ähnliche Kupplung wie in Fig: i dargestellt. Der
angetriebene Kupplungsteil 6 ragt mit seiner Welle 7 in .den .abgetriebenen Kupplungsteil
811, 8b, -der gehäuseförmig ausgebildet ist. Auf beiden ,Seiten des Kupplungsteiles
6 sind in. dem gehäuseartigen Kupplungsteil 811, 8b je eine Hauptwicklung g und
io und je eine Hilfswicklung ii und 12, angeordnet. Durch die Hilfswicklungen ii
und 12 werden Hilfsfelder erzeugt, die bei leer laufender oder stillstehender Kupplung;
die Entmischuna in -der magnetischen Flüssigkeit, die sich im Innern der Kupplung
befindet, verhindert. Im Gegensatz zu den Kupplungen in Fi.g. i ist diese Kupplung
also doppelseitig ausgeführt, so da3 in der gesamrten Umgebung des leer laufenden
Kupplungsteiles 6 die Entmis.dhung verhindert wird. Diese Kupplung zeichnet sich
noch durch eine besondem Gestaltung des aktiven Kupplungsraumes aus. Findet trotiz
der versteifenden Wirkung des Hilfsfeldes eine teilweise Entmischung .der magnetischen
Flüssigkeit statt, so wird die Entmischung beim Einschalten der Kupplung, d-. h.
des Hauptfeldes, infolge des, stark inhomogenen Vexlaufes ,des Hauptfeldes durch
die schrägen Flächen der aktiven Kupplungsteile wüeder rückgängig gemacht. Wie an
Hand der Fig. 5 noch. näher erläutert wird, erfolgt aus den Teilen des. Kupplungsraumes,
aus denen die magnetischen Teilchen abwandern konnten,, eine Rückbeförderung in
.die stärkeren Teile .des magnetischen Hauptfeldes, aus denen sie vorher dwreh die
Fliehkraft bei leer laufendem Kupplungen herausgezogen wurden.
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Die Kupplung weist ferner folgende Besonderheiten auf: Der angetriebene
Kupplungsteil 6 besteht aus zwei Hälften 6a und 6b, die durch eine Schicht
6c aus niehtznagnetisthem Werkstoff getrennt sind. Dadurch kann eine günstige Trennung,
der magnetischen Eelder erreicht werden. Aus nachtmagnetischem Werkstoff bestehen
ferner die Deckringe 13 und 14 über den Hauptwicklungen g und io sowie der zylinderfö;rniüge
Mantel 17 des gehäuseartigen Hauptteiles. 811' .8b und die Deckringe 15 und 16 über
den Hifswicklungern i i und 12. Durch Vorsprünge 18 rund i9 an den Kupplungsteilen
811 und 8b wird das Hilfafelid an den Stellen :des aktiven Kupplungsraumes am. stärksten,
in denen die größten Fliehkräfte bei Leerlauf des angetriebenen Kupplungsteiles
6 vorhanden sind. Für die Stänke der Hilfsfelder .gilt .dasselbe, was oben in der
Beschreibung zu Fig. i gesagt wurde.
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In Fig. 3 ist die antreibende Kupplungsscheibe mit 21 und die abgetriebene
Kupplungsscheibe mit
22 bezeichnest. Hier ist eine besondere Unterheilung
des aktiven Kupplungsraumes vorgenommen, und zwar dadurch, daß die abgetriebene
Kupplungsscheibe 22 mit .ringförmigen, zur Kupplungsachse koaxialen Vertiefungen
23 versehen ist. Diese haben einen in Richtung zur Kupplungsmi-te hin sich verjüngenden
Querschnitt und sind hier beispielsweise trapezförmig ausgebildet, können aber auch
andere Formen haben. Wichtig ist dabei, daß durch diese besonderen Formen inhomogene
Magnetfel'der gebildet werden können und daß Vorsprünge oder Stege 2q. vorhanden
sind. Die Wirkungsweise bei dieser Ausbildung ist wie folgt: Bei leer. laufender
Kwpplungsscheilbe 2i ist stets eine schwache Magnetisierung in der Kupplung vorhand£n.
Diese Magnetisierung kann z. B. durch eine geringe Erregung ,des Hauptfeldes der
Kupplung bewirkt werden. Es ist aber auch möglich, die Kupplungsscheiben 2i und'
22 aus einem entsprechend gering remanenten Werkstoff herzustellen. Die Stege 24,
die einen sehr. geringen Abstand von der Kupplungsscheibe 21 haben und an denen
trotz geringer Ge,samtmagnebis,ierting,der Kupplung hohe Felddichten vorliegen,-
wirken als magnetische Dichtungen und schließen die einzelnen ringförnÜgen Vertiefungen
23 gegeneinander ab. Es ist so bei Kupplungsleerlauf nur eine teilweise Entmischung
der magnetischen Flüssigkeit innerhalb der einzelnen Teilräume 23 möglich. Iot durch
längeren Kupplungsleerlauf einmal eine Entmischung in den Teilräumen 23 eingetreten,
so erfolgt, soba;bd die Kupplung wieder eingeschaltet wird, eine Rückmischung der
magnetischen. Flüssigkeit. Das sich dann ausbildende starke Magnetfeld in den einzelnen
Teilräumen ist inhomogen und an den Stellen am (stärksten, aus denen .die meisten
magnetischen: Teilchen, durch .die Fliehkraft abgewandert sind. Die .magnetischen
Teilchen werden jetzt wieder an. diese Stellen zurückgezogen. Die Rückmischung findet
zwangsläufig mit Einschaltung der Kupplung statt, und @daadurch ist ein einwandfreies
Arbeiten der Kupplung auch nach längerem rem Leerlauf gewährleistet.
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Es ist vorteilhaft, wenn, wie in Fig.3, die Ablagerungs.stellen der
magnetischen Teilchen in den einzelnen Teilräumen 23 Mit einem Belag 25 aus un magnetischem
Werkstoff versehen sind. An den Ablagerungsstellen können dann bei. Einschaltung
der Kupplungen keine starken magnetischen Kraftlinien austreten, da ihre Beläge,
ähnlich der Wirkung von, sogenannte:n Klebstreifen an Relaisankern, wie Luftspalte
wirken. Die Rückmischung der abgelagerten magnetischen Teilchen wird dadurch erleichtert
und beschleunigt.
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In Fig. 4 ist mit 31 der angetriebene Kupplungsteil und mit 32 der
abgetriebene Kupplungsteil bezeichnet. Der letztere enthält an seiner Innenfläche
ringförmige Rillen 33 mit beitspielsweise dreieckförm,igem Querschnitt. Die bei
Kwpplungsileerlauf sich. absondernden Teilchen der magnetischen Flüssigkeit sammeln
sich an ,den engsten Stellen der Rillen" die wieder vorteilhaft mit einem Belag
aus unmagnebischem Werkstoff belegt sein können. Bei Einschaltung der Kupplung erfolgt
:aus. den Teilräumen, (die durch die dreieckigen Rillen 33 gebildet werden, wieder
eine Rückmischung der magnetischen Flüssigkeit infolge der Inhomogenität der sich
ausbildenden magnetischen. Felder, ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
3. Eine geringe Magnet.isierung bei Kupplungsleerlauf durch ein Hilfsfeld ,isst
bei. der Kupplung nach Fi;g. 4. jedoch nicht unbedingt nötig, dadurch de Ausbildung
in Trommelform und die Rillen 33 eine Entmischung der magnetischen Flüssigkeit sowieso
nur auf die einzelnen Rillen bzw. Teilräume beschränkt bleibt. Gegebenenfalls ist
es möglich9 ;den Kupplungstcil 31 ,mit geringen Unelbenhei@ten, beispielsnveise
mit Längsrillen 3.4 in Richtung der Kupplungsachse zu versehen, um die im Augenblick
des Einschaltens der Kupplung eintretende. Rückmisch,ung zu vergleichmäßigen,damit
die magnetischen Teilchen nicht auf die stärksten Stellen des irihomogenen Magnetfeldes
konzentriert werden,.
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In Fig. 5 ist die Wirkungsweise eines inhomogenen Magnetfeldes noch
einmal besonders gezeigt. Die Kraftlinien bilden sich am stärksten an der engsten
Stelle zwischen .den beiden magnetischen Polen N und S zweier Kuipplungsteile aus.
Die Stärke des Feldes isst durch idie eingezeichneten Kraftlinien veranschaulicht,
und der Pfeil, in Ihnen gibt,die Richtung an, in der die magnetischen Teilchen bei
der Rückmischung gezogen werden, wenn eine Entmischung stattgefunden hat, .d. h.
im Berei,ch A eine: Ansammlung stattgefunden hatte, Es können @somit in, Fig. 3
die einzelnen Te.i,lräurne 2@3 auch eine von der gezeichneten Trapezform abweichendie
Querschni.tts.forrn 'haben, isofern die Querschnktsform so gewählt wird, daß beim
Einschalten der Kupplung inhomogene Magnetfelder entstehen, welche in der beschriebenen
Weise eine eingetretene Entmischung rückgängig machen.
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In Fig. 6 i-st schließlich noch die Wirkung eines Steges als magnetische
Dichtung, wie sie bei den Kupplungen nach der Erfindung angewandt werden
kann, erläutert. Auch eine relativ schwache Gesamtmagnebisiearung erwischen den
Kupplungsteilen N und S erzeugt in dem engen Spalt ein starkes, jedoch
sehr schmales miagnetisches. Feil@d. Da die magnetische Flüssigkeit in: ihm erstarrt,
wirkt das Feld wie eine Dichtung und vermag also einzelne Teilräume in der Kupplung
gegeneinander abzuschließen, so daß eine Entmischung der magnetischen Flüssigkeit
auf die Teilräume beschränkt bleibt.
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Es isst bei der Kupplung nach,der Erfindung auch möglich, ein anderes
Mittel zur Verhinderung der Enbmiechung oder zur Rückmiischung.der magnetischen
Flüssigkeit zusätztlich anzuwenden. Insbesondere ist die gleichzeitige Anwendung
von thixobropenmagnetischen Flüs,si@keiten vorteilhaft.