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Magnetpulverkupplung oder -bremse mit kleinem Schwungmoment Die Erfindung
betrifft eine Magnetpulverkupplung oder -bremse mit kleinem Schwungmoment, deren
Magnetwege aus lamellierten Blechpaketen aufgebaut sind und deren Erregerwicklung
ein den inneren Kupplungsteil quer durchsetzendes Magnetfeld erzeugt, vorzugsweise
für Steuer- und Regeleinrichtungen.
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Zur Verkleinerung des Schwungmomentes von Magnetpulverkupplungen oder
-bremsen hat man bisher den Teil, für den ein besonders geringes Schwungmoment gewünscht
wird, als dünnwandigen Becher mit extrem kleiner Masse ausgeführt. Beil einem kurzzeitigen
Schlupfbetrieb muß aber die gesamte durch die Schlupfarbeit erzeugte Wärmemenge
von dem Magnetpulver und den mit diesem in unmittelbarer Berührung stehenden Teilen
aufgenommen werden. Ein Becher mit extrem kleiner Masse kann aber auch nur eine
entsprechend kleine Wärmemenge aufnehmen, so daß das Magnetpulver eine unzulässig
hohe Temperatur annehmen kann. Ferner wird bei Becheranordnung beim inneren Arbeitsspalt
der innere Kupplungsteil angetrieben, so daß das Magnetpulver auch bei Leerlauf
einem Verschleiß unterliegt.
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Eine besonders wirksame Maßnahme zur Verringerung des Schwungmomentes
eines umlaufenden Zylinders ist die Verkleinerung des Durchmessers, da das Schwungmoment
bzw. Trägheitsmoment der vierten Potenz des Durchmessers proportional ist. Der Durchmesser
einer Magnetpulverkupplung üblicher Bauart mit Ringspule kann aber nicht beliebig
verkleinert werden. Zwar kann die wirksame Kupplungsfläche., durch welche das übertragbare
Drehmoment im wesentlichen bestimmt wird, bei verringertem Durchmesser durch entsprechend
längere Bauweise konstant gehalten werden, jedoch darf bei einer Magnetpulverkupplung
üblicher Bauweise der Querschnitt senkrecht zur Achse des vom magnetischen Fluß
in axialer Richtung durchsetzten Innenläufers einen Mindestwert nicht unterschreiten,
da durch diesen Querschnitt der maximale magnetische Fluß bestimmt ist. Anders ist
das bei Magnetpulverkupplungen, bei dienen der magnetische Fluß den inneren Kupplungsteil
quer durchsetzt. Hierbei steht der ganze Querschnitt längs der Achse dem magnetischen
Fluß zur Verfügung.
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Es sind Magnetpulvarkupplungen bekannt, bei denen der innere Kupplungsteil
quer von dem magnetischen Fluß durchsetzt wird. Die Außenteile dieser Magnetpulverkupplungen
sind wie bei elektrischen Gleichstrommaschinen mit ausgeprägten Polen versehen,
auf die die konzentrischen Erregerspulen aufgesetzt sind. Durch diese von der Kupplungswelle
verhältnismäßig entfernte Anordnung der Erregerspulen erhält die Kupplung auf der
treibenden Seite ein verbältnismäßig großes Schwungmoment, das noch dadurch vergrößert
wird, daß nicht nur der Arbeitsspalt, sondern auch der übrige außerhalb liegende
Raum der Kupplung mit Magnetpulver gefüllt ist. Die Füllung dieses Raumes ist deshalb
erforderlich, weil der Arbeitsspalt dieser Kupplung nicht vollkommen geschlossen
ist. Um einen merklichen magnetischen Fluß von einem Polschuh zum anderen zu verhindern,
dürfen diese Polschuhe den inneren Kupplungsteil nur teilweise umfassen. Infolge
dieses offenen Arbeitsspaltes treten an den auflaufenden Kanten der Polschuhe Stauungen
auf, wodurch sich an diesen Stellen eine verstärkte Reibung und damit eine verstärkte
Erhitzung und Abnutzung des Magnetpulvers ergeben.
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Es ist auch ein Elektromotor bekannt, bei welchem zwischen Welle und
Läuferjoch magnetische Mittel angeordnet sind, die eine in Abhängigkeit von der
Änderung des magnetischen Flusses zwischen Stillstand und hochgelaufenem Zustand
in ihrem Moment sich ändernde Kupplung zwischen Welle und Läufer bewirken. Diese
Kupplung wird dadurch bewirkt, daß bei der Nenndrehzahl ein gewisser Teil der Läuferjochkraftlinien
je nach Sättigungsgrad des Joches und synchroner Drehzahl des Motors in die massive
eiserne Welle eindringen. Dieser Kraftlinienweg in der Welle kann als magnetischer
Nebenschluß zum Läuferjoch angesehen werden, wobei die Größe des -Wellenflusses
bei gleichbleibender relativer Geschwindigkeit außerordentlich abhängig ist vom
Sättigungsgrad des Läuferjoches sowie der jeweiligen Permeabilität der Welle. Außerdem
ist die Größe dieses Magnetflusses und damit das übertragbareDrehmoment bedingt
durch die relative Umlauffrequenz zwischen Läuferjochfeld und mechanischer Umdrehungszahl
der Welle, d.. h. daß bei .höheren Frequenzen mit den
bekannten
starken Verdrängungseffekten zu rechnen ist. Eine weitere grundlegende Bedeutung
hat auch die Tatsache, daß der gesamte Hauptfluß des Motors hei Nennlast nahezu
doppelt so groß ist wie bei Stillstand.
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Hieraus geht hervor, daß das von der Kupplung zwischen Welle und Läuferjoch
übertragbare Drehmoment außerordentlich stark vom Betriebszustand des Motors abhängig
ist. Um die Kupplung ein- bzw. auszuschalten. muß der ganze Antriebsmotor ein-bzw.
ausgeschaltet werden, wobei die Betätigung der Kupplung aber erst ganz allmählich
mit dem Erreichen eines bestimmten Betriebszustandes des Antriebsmotors erfolgt,
so daß für die Beschleunigung der Motorwelle das gesamte Schwungmoment des Motorläufers
wirksam ist. Außerdem ist das von der Kupplung maximal übertragbare Drehmoment verhältnismäßig
schwach, da der Kraftlinienweg durch die Welle nur einen Nebenschluß zu dem Hauptkraftlinienweg
im Läuferjoch darstellt.
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Bei der Magnetpulverkupplung oder -bremse mit kleinem Schwungmoment,
deren Magnetwege aus lamellierten Blechpaketen aufgebaut sind, ist nach der Erfindung
die Erregerwicklung als verteilte Wicklung wie bei einer Wechselstrommaschine ohne
ausgeprägte Pole in achsparallelen Nuten des äußeren Kupplungsteils angeordnet,
der zusammen mit dem inneren Kupplungsteil einen geschlossenen, ringförmigen Arbeitsspalt
für das Magnetpulver bildet.
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Eine solche Kupplung kann unabhängig vom Betriebszustand des Antriebsmotors
gesteuert werden, sie ist in der Lage, ein verhältnismäßig großes Drehmoment zu
übertragen, das unabhängig vom Schlupf nur von der Höhe des Erregerstromes abhängt.
Da die Kupplung außerdem ein extrem kleines Trägheitsmoment des getriebenen Teiles
besitzt, sind große Beschleunigungen an der getriebenen Welle möglich. Infolge des
lamellierten Aufbaues ist schließlich auch ein sehr schneller Aufbau des Magnetfeldes
erreichbar. Eine derartige Kupplung ist also vorzugsweise für Steuer- und Regelungsaufgaben
geeignet.
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Die nach dem Arbeitsspalt offenen Nuten werden nach dem Einbringen
der Wicklung durch ein dünnes Eisenrohr zum Arbeitsspalt abgeschlossen. Es können
auch völlig geschlossene Nuten vorgesehen werden, in welchem Falle die Wicklung
eingefädelt wird. Der innere Kupplungsteil kann gegebenenfalls einen oder mehrere
auf die axiale Länge verteilte Hohlräume aufweisen, die zur Aufnahme von Magnetpulver
im Stillstand der gesamten Kupplung dienen.
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Die Zeichnung zeigt schematisch an einem Beispiel den Aufbau einer
Magnetpulverkupplung gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt der Kupplung,
während in Fig.3 der Verlauf der magnetischen Kraftlinien angedeutet ist.
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In Fig. 1 nimmt das mit der Welle 10 in Verbindung stehende Kupplungsgehäuse
11 das Blechpaket 12 mit der Erregerwicklung 13 auf, die über die Schleifringe 14
und die Zuleitungen 15 gespeist wird. Der innere Kupplungsteil 16 besteht aus einem
zylindrischen Magnetkörper mit verhältnismäßig geringem Durchmesser, der in der
Zeichnung als zylindrisches Blechpaket dargestellt ist, der aber auch aus einem
Vollzylinder bestehen kann, wenn die Erregung der Kupplung nur mit Gleichstrom erfolgt.
Infolge des geringen Durchmessers des inneren Kupplungsteiles 16 kann seine Masse
trotz seines geringen Schwungmomentes verhältnismäßig groß sein, so daß er in der
Lage ist, eine verhältnismäßig große Wärmemenge aufzunehmen. Dadurch wird das Magnetpulver
bei kurzzeitigem Schlupfbetrieb vor einer Überhitzung geschützt. Der ringförmige
Arbeitsspalt 17 ist mit dem Magnetpulver 18 gefüllt und zu den Lagern 19 hin durch
Dichtringe 20 abgedichtet. 21 sind an sich bekannte, auf die Längsachse verteilte
Hohlräume, die im Stillstand der gesamten Kupplung einen großen Teil des Magnetpulvers
aufnehmen.
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Aus Fig. 2 ist die Form der einzelnen Blechlamellen ersichtlich, aus
denen das die Erregerwicklung 13 aufnehmende Blechpaket 12 zusammengesetzt ist.
Die Nuten 22 sind zunächst nach dem Arbeitsspalt 17 zu offen. Nach dem Einbringen
der Wicklung 13 werden sie durch ein dünnes Eisenrohr 23 gegenüber dem Arbeitsspalt
abgeschlossen. Die Nuten 22 können auch, wie im unteren Teil von Fig. 2 gezeigt
ist, von vornherein geschlossen sein. In diesem Falle wird die Wicklung 13 eingefädelt.
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Durch die Erregerwicklung 13 wird ein magnetischer Kraftfluß erzeugt,
der den inneren Kupplungsteil 16 quer durchsetzt, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.
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Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil bei Magnetpulverbremsen benutzt
werden. In diesem Falle würde der Außenteil 11, 12, 13 feststehend angeordnet werden.