-
Magnetpulverkupplung Die Erfindung betrifft eine Magnetpulverkupplung.
Bekannte Magnetpulverkupplungen haben den Nachteil, daß bei Schlupfbetrieb große
innere Verluste auftreten und bei ausgerückter Kupplung durch Reibung die Übertragung
eines Restmomentes an die getriebene Kupplungsseite erhalten bleibt, was einen übermäßigen
Verschleiß der Kupplungsteile zur Folge hat. Die entstehende innere Wärme zwingt
außerdem zu verhältnismäßig großen räumlichen Abmessungen der Kupplung.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Magnetpulverkupplung,
bei der die genannten Nachteile weitgehend vermieden werden und die Kupplung auch
im Schlupfbetrieb ohne übermäßigen Verschleiß und Bildung innerer Wärme arbeitet.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Magnetpulver ein feinverteiltes
festes Schmiermittel beigefügt ist. Die Gesamtmenge von Magnetpulver und Schmiermittel
ist dabei größer als das Volumen des Spaltes zwischen den Kupplungsteilen, aber
kleiner als der freie Innenraum des Kupplungsgehäuses. Das feste Schmiermittel ist
fein pulverisiert, und die magnetischen Teilchen haben vorzugsweise einen Durchmesser
in der Größenordnung von 8 Mikron (8 ₧ Io¯3 mm). Das feste Schmiermittel
enthält vorzugsweise wenigstens einen der folgenden Stoffe: Graphit, Glimmer, Speckstein,
Töpferstein, Steatit, Federweiß und Gasruß. Die Gesamtmenge von Magnetpulver und
Schmiermittel kann angenähert gleiche Volümmengen feinverteilten Eisens und Graphits
aufweisen.
Die bekannte Verwendung von Graphit als festen Schmiermittelzusatz
in unmagnetischen Reibkupplungen beeinflußt lediglich die Viskosität des Schmiergemisches.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles
veranschaulicht. Es zeigt Fig. I eine teilweise im Aufriß und teilweise im Schnitt
gezeigte Ansicht einer Magnetpulverkupplung nach der Erfindung, Fig. 2 eine auseinandergezogene
schematische Ansicht der Anordnung nach Fig. I, Fig. 3 eine Teilansicht der in Fig.
I dargestellten Kupplung, Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen der Verteilungsstruktur
des Magnetpulvers im unerregten bzw. erregten Betriebszustand.
-
Wenn die Kupplung magnetisch erregt ist, wird durch das Magnetpulver
zwischen den beiden Kupplungsteilen eine auf magnetischem Wege hervorgerufene elektromechanische
Bindung erzeugt, die einerseits innerhalb bestimmter Drehmomentgrenzen die synchrone
Mitnahme der beiden Kupplungsteile gewährleistet und die andererseits, wenn diese
Drehmomentgrenzen überschritten werden, einen Schlupf zwischen den Kupplungsteilen
zuläßt.
-
Die Kupplungsglieder selbst können in verschiedener Weise ausgebildet
sein; ferner kann das jeweils übertragene Drehmoment entweder ganz oder nur teilweise
über das Bindungsmaterial erfolgen; auch die Erregung kann in verschiedener Weise,
d. h. entweder intermittierend oder dauernd wirksam sein, und schließlich können
die Kupplungsglieder derart angeordnet sein, daß dieselben wahl- oder austauschweise
entweder als treibender oder als getriebener Kupplungsteil verwendbar sind.
-
Die in den Figuren gezeigte magnetische Kupplung entspricht bis auf
die im folgenden noch darzulegenden Abweichungen der üblichen Bauart der sogenannten
Wirbelstromkupplungen, bei denen in dem Luftspalt eine gewisse Menge feiner magnetischer
Teilchen in der Größenordnung von 8 Mikron (8 ₧ Io¯3 mm) im Durchmesser sowie
eine weitere Menge eines festen, trockenen und pulverisierten Schmiermittels wie
beispielsweise Graphit, Glimmer, Speckstein, Töpferstein, Steatit, Federweiß, Gasruß
usw. oder eine Mischung dieser Substanzen untergebracht ist. Durch die Anwesenheit
der magnetischen Teilchen in dem Luftspalt wird das jeweils durch die Kupplung von
gegebener Größe übertragbare Drehmoment bedeutend erhöht. Dank der Anwesenheit des
trockenen Schmiermittels kann die Kupplung auch mit Schlupf ohne übermäßige innere
Verluste arbeiten, und insbesondere kann im unerregten Zustand oder bei Nichtbelastung
der Kupplung der volle Schlupf zustande kommen, ohne daß dabei eine nennenswerte
Reibung zwischen den Kupplungsgliedern auftritt.
-
Für das jeweils günstigste Verhältnis zwischen dem Gewicht der magnetischen
Teilchen und dem Gewicht der festen Schmiermittel-Stoffsubstanzen sind verschiedene
Betriebsbedingungen maßgebend. So wurden beispielsweise für die in den Figuren gezeigte
Konstruktionsanordnung bei einem volumetrisch gemessenen Mischungsverhältnis von
50: 50, d. h. 500/, Carbonyl E und 5o0/, Graphit, gute Ergebnisse erzielt. Im allgemeinen
ist ein Volumen des pulverisierten Gemisches zu bevorzugen, das wesentlich größer
als das Volumen des Luftspaltes ist, das aber andererseits nur einen kleineren Bruchteil
- etwa 25 % oder weniger - des freien Volumens der Trommel (d. h. der Differenz
des Trommelvolumens minus dem Rotorvolumen) ausmacht.
-
Bei der in den Figuren gezeigten Kupplungsbauart umfaßt der Kupplungsteil
I staubdicht den Rotor oder Polanker 2, der durch den Keil 6 auf der Welle 4 befestigt
ist. Die Trommel 8 ist auf der Welle 4 in Lagern Io drehbar gelagert und mit einer
Riemen-oder Seilscheibe 12 verbunden, die dem getriebenen Teil angehört.
-
Der Rotor bzw. Polanker 2 umfaßt zwei paarweise angeordnete Rotationskörper
14 und 16, die mit ihren Nabenteilen 18 auf der Welle 4 aufgekeilt sind. Die Nabenteile
18 stehen sich stirnseitig gegenüber und sind, mit vorspringenden Speichenteilen
2o bzw. 22 verehen, welch letztere jeweils an den den Stirnseiten der Nabensätze-
18 entgegengesetzten Enden der letzteren "angeordnet sind, wodurch Raum für die
Aufnahme einer Erregerwicklung 24 geschaffen wird. Die Speichenteile 2o und 22 sind
in Umfangsrichtung zueinander versetzt und an ihren Enden rechtwinklig abgebogen,
wodurch Magnetpole 26 und 28 gebildet werden, die in gleichen Abständen auseinanderstehen
und dabei durch größere Luftspalte 30 voneinander getrennt sind.
-
Die Anschlußleitungen 32 und 34 für die Erregerwicklung sind durch
Schleifringe und Schleifbürsten aus der Kupplung herausgeführt, wie dies in Fig.
2 unter 36 und 38 schematisch angedeutet ist.
-
Die Trommel 8 ist glockenförmig ausgebildet und durch einen scheibenförmigen
Ringkörper 48 abgeschlossen. Die Trommel 8 umschließt die Pole 26, 28 und ist von
den letzteren durch einen schmalen Luftspalt 52 getrennt. An der Trommel ist ein
nach auswärts verlaufender Flansch 54 vorgesehen, der das linke Lager Io - einschließt.
Die Außenfläche des Flansches 54 trägt ein Gewinde, auf dem die Riemenscheibe 12
sitzt. Die Abschlußscheibe 48 trägt gleichfalls einen Nabenansatz zur Aufnahme des
rechten Lagers io. Die Lagerräume sind durch Filzpolster 56 abgedichtet.
-
Damit jedoch die Kammer 3 ventiliert wird, ist in der Trommelseitenwand
eine Öffnung 58 vorgesehen. In dieser Öffnung ist ein Staubschutz, z. B. aus Filz,
eingebaut. Weiterhin sind, um den magnetischen Fluß in dem Bereich der Kammer 3
nächst dem Luftspalt 52 zu- isolieren, an der Trommel 8 und dem Rotor 2 an beiden
Enden der Kupplung ringförmige Einsatzkörper 6o und 62 vorgesehen, die eine Labyrinthdichtung
bilden.
-
Die Erreger- oder Feldwicklung 24 kann durch eine elektrische Batterie
66 gespeist werden, wobei die Stromregelung in bekannter Weise durch einen Rheostat
68 erfolgt.
-
Solange der Schalter 7o geöffnet ist, wird nur ein sehr schwaches
Drehmoment auf die die getriebene Kupplungshälfte darstellende Trommel 8 übertragen,
das
von der Lagerreibung oder der geringfügigen Reibung zwischen den Pulverteilchen
herrührt.
-
Wie bereits ausgeführt, wird in der Kupplung vorzugsweise eine Menge
pulverisierten Bindungsmaterials benutzt, dessen Volumen größer als das Volumen
des ringförmigen Luftspaltes ist, der die Außenflächen der Magnetpole 26, 28 von
der unmittelbar anliegenden Innenoberfläche der Trommel 8 trennt, während andererseits
dagegen das Volumen des pulverisierten Bindungsmaterials nur einen kleineren Bruchteil
der Differenz des Volumens der Trommel minus dem Volumen des Rotors oder Polankers
ausmacht. Es darf daher für den Stillstand der Kupplung angenommen werden, daß sich
in diesem Zustand das pulverisierte Bindungsmaterial in Nähe des Bodens der Kupplung
in Haufenform sammelt, wobei sich dasselbe zum Teil auch an den Seiten der Trommel
nach oben schichtet. Sobald sich nun die Trommel dreht, zerteilt sich dieser pulverisierte
Haufen zu einer staubartigen Wolke, deren Bildung zum Teil auf die Rührwirkung der
Rotorpole und zum Teil auf die durch die Relativdrehung zwischen Trommel und Rotor
erzeugte Ventilationswirkung zurückzuführen ist, wobei jeder dieser Faktoren für
sich allein ausreicht, um die staubförmige Verteilung des pulverisierten Gemisches
herbeizuführen. In denjenigen Fällen, wo die Trommel 8 der treibende Kupplungsteil
ist, erfolgt die Verwandlung des pulverisierten Haufens zu einer staubförmigen Wolke
unter ähnlichen Voraussetzungen, wobei jedoch noch der Umstand hinzutritt, daß die
Trommel durch ihre Drehbewegung unmittelbar das pulverisierte Material bei ihrem
Rundlauf mitnimmt. In beiden Fällen ist jedoch bei betriebsmäßig in Gang gesetztem
Kupplungssatz - und zwar gleichgültig, ob synchroner oder nichtsynchroner Rotationslauf
der Kupplungsglieder vorliegt - mindestens der radial weiter außen liegende Teil
des freien Volumens der Trommel durch die staubförmige Wolke des pulverisierten
Gemisches angefüllt; hierbei können sich in dieser staubförmigen Wolke die magnetischen
Teilchen im wesentlichen frei gegenüber den Teilchen des festen Schmiermittels bewegen,
was seinerseits wieder zur Folge hat, daß die Innenflächen des Kupplungssatzes mit
einer filmartigen Schmiermittelschutzschicht überzogen werden. Soweit irgendwelche
Schmiermittelteilchen an den Innenoberflächen des Kupplungssatzes nicht zum Anhaften
kommen,, bewegen sich dieselben als frei schwebende Bestandteile der staubförmigen
Wolke in der Kupplung mit weiter.
-
Soll die Kupplung magnetisch erregt werden, wird der Schalter 7o geschlossen,
so daß entsprechend der Stellung des Rheostats 68 Strom von der Batterie 66 über
die Erregerwicklung 24 fließt, wodurch die Pole 26 und 28 als Nord- und Südpole
magnetisch werden. Dadurch, daß zwischen den Polen 26 und 28 jeweils größere Luftspalte
30 vorhanden sind, verläuft der magnetische Fluß in der Hauptsache jeweils von einem
magnetischen Nordpol über den Luftspalt 52 in den zylindrischen Mantel der Trommel
8 und weiter durch den Luftspalt 52 zurück zu einem der seitlich benachbarten Pole
des Rotors 2. Sobald der Rotor oder Polanker 2 sich dreht, dreht sich auch der den
Luftspalt 52 durchsetzende magnetische Fluß gegenüber dem Trommelteil 8, wodurch
in dem letzteren Wirbelströme erzeugt werden, die der Relativdrehung zwischen dem
Rotor 2 und der Trommel 8 entgegenwirken oder diese aufzuheben suchen; hierdurch
wird seitens des Rotors 2 auf die Trommel 8 ein Drehmoment ausgeübt, das eine Drehung
der Riemenscheibe 12 hervorruft. Gleichzeitig bewirkt der quer durch den Luftspalt
52 verlaufende magnetische Fluß eine Anziehung der magnetischen Teilchen des pulverisierten
Gemisches in die Luftspalträume 3o hinein, wodurch die magnetischen Brücken errichtet
werden, die in Fig. 5 unter 72 angedeutet sind. Diese magnetischen Brücken bleiben
jeweils so lange erhalten, wie der magnetische Fluß besteht.
-
Wenn das durch die Kupplung übertragene Drehmoment unter das Synchrondrehmoment
herabgesetzt werden soll, wird der über die Erregerwicklung 24 fließende elektrische
Strom durch Erhöhung des an dem Rheostat 68 eingestellten Widerstandswertes verringert,
wodurch die magnetische Kraft verringert wird; letzteres hat eine Herabsetzung der
auf die Trommel 8 übertragenen wirksamen mechanischen Kraft zur Folge, so daß Schlupf
eintritt.
-
Wenn die Kupplung ausgekuppelt werden soll, dann wird der Schalter
70 geöffnet, wodurch die die magnetischen Brücken aufrechterhaltenden Kräfte ausgeschaltet
werden; hierdurch stürzen diese Brücken ein, und die Pulvermasse zerfällt in einen
im wesentlichen staubförmigen Zustand, der eine Übertragung eines Drehmomentes nicht
mehr zuläßt. In diesem Stadium ist dann so gut wie kein magnetischer Fluß mehr vorhanden,
der von den Polen 26 und 28 aus den Luftspalt 52 quer durchsetzt, und infolgedessen
werden auch in der Trommel 8 keine irgendwie nennenswerten Wirbelströme induziert.
Wie bereits im vorausgehenden festgestellt, rühren irgendwelche im vorstehenden
Entmagnetisierungszustand von dem Rotor 2 auf die Trommel ausgeübten Torsionskräfte
oder Drehmomente von der durch die Lager zo bedingten Reibungswirkung und möglicherweise
auch von einer durch die magnetische Fluktuation in der Kammer 3 verursachten schwachen
Mitnahmewirkung durch innere Reibung sowie von Luftwirbelverlusten her, wobei jedoch
alle diese Einflüsse zusammen nicht ausreichen, um an der Trommel 8 ein nennenswertes
Drehmoment zu entwickeln.
-
Wenn sich die Erwärmungstemperatur im Innern der Kupplung ändert,
dann bedingt dies im Einklang mit den bekannten physikalischen Gasgesetzen auch
eine Änderung des Gasdruckes, wodurch eine gewisse #v#Atmungs;< -Ventilation
der Kammer 3 zustande kommt. Diese Ventilation kann lediglich durch das Filtermaterial
in der Öffnung 58 erfolgen.
-
Wie aus den vorausgehenden Erläuterungen unschwer einzusehen, kann
bei Synchronismus oder im elektromechanisch stabilen, d. h. starren Bindungszustand
der Kupplungsglieder das Antriebs- und Mitnahmeverhältnis zwischen Trommel und Polanker
jeweils umgekehrt werden, indem in diesem Falle jedes der beiden Kupplungsglieder
sowohl als antreibender als auch als mitgenommener Kupplungsteil benutzt werden
kann. Die mit ausgeprägten Polen versehene Kupplungsbauart zeigt im Schlüpfungszustand
Betriebseigenschaften, die j e nach dem gewünschten
Verwendungszweck
der Kupplung bestimmen, welches der beiden Kupplungsglieder als antreibender oder
Leistungsaufnahme-Kupplungsteil dienen soll. Wenn z. B. der Rotor 2 als antreibender
Kupplungsteil benutzt wird, dann behält der Kupplungsteil i bei einer gegebenen
Erregung ein stabiles (verblocktes) oder synchrones Antriebsverhältnis gegenüber
dem mitgenommenen Kupplungsteil über einen Belastungsbereich bei, der jeweils bis
zu einem Maximal- oder Kippwert reicht. Sobald die mitgenommene Belastung über diesen
Kippwert erhöht wird, bleibt das auf diese Belastung ausgeübte Drehmoment über einen
Bereich von Schlupf-Drehzahlen (d. h. von Umdrehungen des antreibenden Kupplungsgliedes
gegenüber dem mitgenommenen Kupplungsglied) im wesentlichen gleichförmig konstant.
Wenn andererseits die Trommel 8 als Leistungsaufnahmeglied oder antreibender Kupplungsteil
benutzt wird und dabei der Rotor oder Polanker 2 belastet ist, dann wird - und dies
trifft für einen mengenmäßig weiten Bereich an Bindungsmaterial zu - ein stabiles
oder synchrones Antriebsverhältnis gegenüber dem mitgenommenen Kupplungsteil im
wesentlichen bis zu derselben kritischen oder Kippbelastung wie zuvor beibehalten.
Sobald jedoch diese Kippbelastung überschritten wird, dann fällt das auf das mitgenommene
Kupplungsglied übertragene Drehmoment plötzlich ab und verbleibt über einen weiten
Bereich von Schlupf-Drehzahlen auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert. Je nach
der Wahl des antreibenden Kupplungsgliedes kann daher die Kupplung dazu benutzt
werden, entweder ein oberes Grenzdrehmoment an einem überlasteten Kupplungsglied
aufrechtzuerhalten, oder sie kann auch andererseits in der Weise benutzt werden,
daß bei auftretender Überlastung des mitgenommenen Kupplungsgliedes die Belastung
sofort ausgelöst oder fortgenommen wird.