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Elektromagnetische Kupplung Es sind eine Reihe von Vorschlägen bekanntgeworden,
Kupplungen, insbesondere solche, die während des Betriebes aus- und eingerückt werden
sollen, auf magnetischer Grundlage zu bauen., so daß der bei der Einschaltung des
Magnetfeldes gekuppelte, also der über die Kraftlinien verbundene Teil mitgenommen,
beim Entregen aber wieder ausgekuppelt wird. In diesem Zusammenhang ist auch bekanntgeworden,
zwischen den beiden miteinander zu kuppelnden Teilen eine Zwischenschicht aus Rotationskörpern
anzuordnen, über die die magnetischen Kraftlinien geführt werden und Wirbelströme
zustande kommen, wodurch das Kupplungsdrehmoment übertragen wird.
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Nach der Erfindung kann für Kupplungen dieser Art dadurch eine Verbesserung
erreicht werden, daß als Zwischenschicht Rotationskörper aus einem magnetischen
Material mit breiter Hystereseschleife und großer Koerzitivkraft verwendet werden.
Solches Material liegt beispielsweise in bestimmten Kohlenstoff-Kobalt-Stählen,
allen Nickelstählen, Nickel-Kupfer und ähnlichen Dauermagnetwerkstoffen vor. Bei
derartigen Anordnungen empfiehlt es sich, dafür zu sorgen, daß die Wirbelstromverluste
möglichst gering werden. Dies wird zum Teil schon durch die elektrischen Eigenschaften
der angegebenen Werkstoffe erreicht, zum anderen Teil kann dies weiter dadurch unterstützt
werden, daß die Ausdehnung der einzelnen Stücke möglichst klein gehaltem wird. So
ist es beispielsweise möglich, diese Teile, wie dies an und für sich bereits vorgeschlagen
wurde, als Rollen auszuführen, die gleichzeitig nach Art eines Rollenlagers die
Führung und Abstützung der zu kuppelnden Teile miteinander besorgen. Es ist also
in diesem Sinne zweckmäßig, Rollen mit einem möglichst kleinen Durchmesser anzuwenden,
wodurch die Wirbelstromverluste in sehr geringen Grenzen gehalten
werden.
Die übrigen Teile des magnetischen Kraftweges, insbesondere auch die Lagerlauffläche,
werden zweckmäßig aus Eisen (Stahl) mit geringer Koerzitivkraft ausgeführt.
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Ein Vorteil der Kupplung nach der Erfindung ist, daß die elektromagnetische
Erregung im synchronen Zustand nur verhältnismäßig klein zu sein braucht. Infolge
der Remanenz der Rotationskörper kann die Kupplungserregung im synchronen Lauf verkleinert
werden, eventuell sogar auf Null, weil jetzt die dauermagnetischen Rotationskörper
das zur Erzeugung des Drehmomentes erforderliche Feld zum Teil bzw. ganz selbst
erzeugen. Die Kupplung nach der Erfindung eignet sich ferner als Anlaufkupplung
für Motoren besser als die bekannte Kupplung, weil bei dieser beim Hochlaufen der
Last -das Drehmoment nicht konstant bleibt infolge des durch die Wirbelströme verursachten
Anteils, der mit abnehmender Relativgeschwindigkeit der beiden Kupplungsteile sinkt.
Infolgedessen wird der Motor bei Beginn des Anlaufs im bekannten Fall stark belastet.
Des weiteren können Laststöße nach dem Anlaufen sehr leicht zu einem unerwünschten
Schlüpfen der Kupplung führen. Da ein durch Wirbelströme erzeugtes Drehmoment etwa
proportional der Drehzahl ist, ist also im bekannten Fall kein von der Drehzahl
unabhängiges Drehmoment erreichbar. Im Falle der Erfindung liegt dagegen im Schlupfbetrieb
ein im wesentlichen durchHysteresis bedingtesDrehmonent vor. Dieses ist aber unabhängig
von der Drehzahl.
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Um beim Ausschalten ein Weiterbestehen des Kupplungsdrehmomentes infolge
der Wirkung der Koerzitiv kraft zu verhindern, kann beim. Ausschalten der Kupplung
der Erregerstrom kurzzeitig umgekehrt werden. Dies kann beispielsweise durch. eine
entsprechende Ausbildung der Schalteinrichtung, die beim Öffnen vorübergehend über
Hilfskontakte einen Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Erregerwicklung
schickt, erreicht werden. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn ein
Kondensator parallel zur Magnetspule oder zum Ausschaltkontakt angeordnet wird.
Bei dem Abschalten der Stromquelle entlädt sich dieser Kondensator in Form einer
schnell abklingenden Ausschaltschwingung über die Wicklung und entregt den Magnetkreis.
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Eine weitere Verbesserung für Magnetkupplungen der angegebenen Art
kann man dadurch erreichen, daß die Erregerspule, durch die der erforderliche Kraftfluß
erzeugt wird, in an sich bekannter Weise im Raum feststehend, beispielsweise in
einem feststehenden, die übrigen Kupplungsteile konzentrisch umgebenden Erregerteil,
angeordnet wird. Auf diese Weise wird die Anordnung von Schleifringen oder eines
mitumlaufenden Gleichrichters vermieden. Außerdem wird auch keinerlei Blindleistung
verbraucht.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Kupplung ist in Fig. I
der Zeichnung dargestellt. Mit I und 2 sind die beiden durch dieKupplung miteinander
zu verbindenden Wellen bezeichnet. 3 stellt einen Eisenkörper dar, der auf der Welle
I aufgekeilt ist und an seinem Umfang zwei Laufflächen 4 und 5 für ein durch Nadeln
6 gebildetes Nadellager aufweist. Mit 7 und 8 sind zwei Ringe bezeichnet, die gleichfalls
Laufflächen für das Nadellager bilden und durch unmagnetische Bolzen 9 miteinander
und einem Nabenkörper I0 verbunden sind, der auf der Welle 2 aufgekeilt ist. Mit
II ist ein die Ringe 7 und 8 konzentrisch umgebender Jochkörper bezeichnet, der
im Raum fest gelagert ist. In einer Nut 12 dieses Körpers ist eine Erregerspule
13 untergebracht.
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Wenn diese Spule erregt wird, wird ein Magnetfluß erzeugt, der sich
über die Ringe 7 und 8 und den Eisenkörper 3 schließt. Dadurch erfolgt eine Übertragung
des Drehmomentes auf rein magnetischem Wege, so daß die Teile des Wälzlagers allmählich
nicht mehr aneinander abrollen, sondern starr mitgenommen werden. Diese Anordnung
hat neben dem Vorteil, daß keinerlei Stromzuführung zu einem umlaufenden Teil sowie
auch keine umlaufenden Gleichrichter erforderlich sind, vor allem noch die günstigeEigenschaft,
daß das Drehmoment auch bei abnehmender Relativgeschwindigkeit der beiden Kupplungsteile
nicht absinkt, sondern bestehenbleibt, so daß insbesondere auch bei kurzzeitigen
Laststößen die Schlupfgefahr praktisch beseitigt ist. Außerdem bedarf die Anordnung
keiner besonderen Lagerung und keiner Abdichtung und Wartung und hat auch praktisch
keinen Verschleiß, da die Momentübertragung nicht auf dem Wege von Reibung erfolgt.
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Eine weitere Verbesserung kann noch dadurch erreicht werden, daß eine
Anordnung dieser Art mit dem Antriebsmotor kombiniert wird. Sofern als Antriebsmotor
beispielsweise ein Asynchron-Motor verwendet wird, wird hierzu der Läufer in zwei
Teile unterteilt, und zwar mit einem die Sekundärwicklung, zweckmäßig Kurzschlußwicklung,
tragenden Zwischenläufer und dem mit der anzutreibenden Welle verbundenen Innenläufer,
wobei diese beiden Teile durch Wälzlager der angege benenArt gegeneinander geführt
und gelagert sind.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig.2 dargestellt. Mit i ist
die Welle bezeicbaet, mit 3 der auf dieser aufgesetzte Eisenkörper, der mit Hilfe
von Nadeln 6 gegenüber dem Zwischenläufer 14 gelagert ist. Dieser ist als ein lamellierter
Eisenkörper ausgeführt und trägt die Wicklung 15. Die Stärke des unterhalb der Wicklung
angeordneten Jochteiles 16 ist hierbei zweckmäßig so gewählt, daß etwa die Hälfte
des \Tennflusses, also entsprechend dem Wert des Flusses, der beim. Anlaufen entsteht,
durch dieses Jochteil hindurchtreten kann. Mit 17 ist der übliche Ständer des Motors
bezeichnet, der mit einer Wicklung 18 ausgerüstet ist und feststeht.
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Beim Anlaufen wird zunächst nur ein geringer Fluß erzeugt, der sich
über das Joch 16 des Zwischenläufers schließt, so daß praktisch noch keine Kraftlinien
durch das Nadellager und den Teil 3 hindurchtreten. Mit zunehmender Drehzahl nimmt
die Sättigung zu, so daß ein immer größerer Teil des Flusses über die Nadel und
den Eisenkörper 3
fließt. also allmählich gekuppelt und dadurch
der Innenläufer 3 samt der Welle I im Sanftanlauf mitgenommen und angetrieben wird.
Es ist hierbei zweckmäßig, die Läuferstreuung so zu wählen, daß sich die jeweils
erwünschte Anlaufcharakteristik ergibt, was durch entsprechende Abstimmung des Anteils
des kuppelnden Flusses am Nennfluß erreicht werden kann. Besonders günstig ist ein
Stern-Dreieck-Anlauf, wobei die Magnetisierung des Nadellagers erst nach Umschaltung
auf Dreieck erfolgt. Bei Anordnungen dieser Art wird sich meist eine besondere Maßnahme
zur Entmagnetisierung der zweckmäßig auch hier mit großer Koerzitivkraft ausgeführten
Lagerrollen (Nadeln) erübrigen, da nach dem Ausschalten des Motors der Zwischenläufer
sich im Ständer etwas abbremst, wodurch eine kurzzeitige Relativbewegung zwischen
dem Innenläufer und dem Zwischenläufer hervorgerufen wird, die zu einer Vernichtung
der Koerzitivkraft ausreicht.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf die angegebenen
Möglichkeiten beschränkt, insbesondere kann die Anwendung eines feststehenden Erregerteiles,
wie auch die Kombination mit einem Wechselstrommotor auch bei Anordnungen wertvolle
Verbesserungen bringen, bei denen die miteinander zu kuppelnden Teile nicht über
Wälzlager gegeneinander abgestützt sind. Motoren dieser Art, bei denen die Welle
vom Läufer nach dem Abschalten des Motors abgekuppelt wird, besitzen ein sehr geringes,
mit der angetriebenen Maschine fest verbundenes Schwungmoment, so daß ein sehr schnelles
Abbremsen möglich ist. Sie sind daher für bestimmte Antriebe, wie Werkzeugmaschinen
usw., besonders vorteilhaft.