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Bezeichnung: Vorrichtung zur Drehmoment-
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begrenzung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung
des Drehmomentes einer Antriebswelle gegenüber einer Abtriebswelle.
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Derartige Vorrichtungen werden zum Schutz von empfindlichen Maschinen
eingesetzt, beispielsweise von Rudermaschinen an Schiffen aber auch zur Vermeidung
von Beschädigungen des Antriebsmotors verwendet, wenn ein plötzlicher Stillstand
der Maschine befürchtet werden muß, was z.B. bei einem Steinbrecher der Fall sein
kann.
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In der Regel werden dazu Rutschkupplungen verwendet, die bei Erreichen
eines Sollwertes des übertragenen Drehmomentes durchzurutschen beginnen oder bei
denen in diesem Fall ein Bauteil zerbricht, so daß eine weitere Momentenübertragung
ausgeschlossen bzw. erst nach einer Reparatur möglich ist.
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Für viele Anwendungsfälle reicht beispielsweise eine einfache Rutschkupplung
völlig aus. Das gilt insbesondere
für (solche Fä le, bei denen nicht
unbedingt das Uberschreiten eines Sollwertes wichtig ist, sondern der Schutz im
allgemeinen. Ist jedoch eine feinfühlige Einhaltung eines Grenzdrehmomentes erforderlich,
versagen Rutschkupplungen, da sie nicht feinfühlig genug auf den Dre1momentenso1lwert
eingestellt werden können. Zwar gelingt die Einstellung unter konstanten äußeren
Bedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit relativ gut, bei sich ändernden
äußeren Bedingungen ändert sich jedoch oftmals der Sollwert selbsttätig aufgrund
der geänderten Reibungsverhältnisse.
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Es ist-demnach Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Begrenzung
des Drehmomentes einer Antriebswelle gegenüber einer Abtriebswelle zu schaffen,
die feinfühlig bezüglich des Sollwertes einstellbar ist und auch unter wechselnden
äußeren Bedingungen ihre Einstellung beibehält.
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Die Erfindung besteht darin, daß jede Welle mit der einen Hälfte einer
berührungsfreien Magnetkupplung verbunden ist, und daß der Abstand zwischen den
magnetbesetzten Kupplungshälften variabel und einstellbar ist.
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Die Erfindung verläßt demnach das Prinzip der Rutschkupplung und verwendet
statt dessen die Anziehungskräfte von ungleichnamigen Magneten zur Xraftübertragung,
deren Abstand zueinander zur feinfühligen Abstimmung des Sollwertes verändert wird,
bei dem ein Zurückbleiben der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle eintritt.
Insgesamt zeigt dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung die Charakteristik einer
herkömmlichen Vorrichtung, bei der bei Erreichen eines Sollwertes ein entsprechendes
Bauteil zerstört wird. Sobald nämlich die erfindungsgemäße Vorrichtung in die schlüpfende
Betriebsweise übergeht, fällt das. übertragbare Drehmoment annähernd bis zu dem
Wert Null. ab. Für eine erneute Drehmomentübertragung bedarf es der Drehzahlsynchronisierung
zwischen beiden Kupplungs-
hälften, also im Normalfall des Stillsetzens
der Antriebswelle bzw. der BeschReunigung der Abtriebswelle auf die Drehzahl der
Antrie-bswelle.- Die genannte Charakteristik ist demnach vorhanden, ohne daß es
nach dem Auslösen der Vorrichtung bei Uberschreitn des Sol'lwertes einer Reparatur
bedarf.
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Die Kupplungshälften können entweder in Form eine-r-Stirndrehkupplung
mit sich gegenüberliegenden magnetbesetzten Scheiben oder nach Art einer Zylinderkupplung
ausgebildet sein, bei der die sich gegenüberliegenden Seiten von ineinandergesteckten
Zylindern mit Magneten besetzt sind. Im ersteren Fall führt die Variation des Abstandes
zwischen beiden Scheiben zu einer Abstandsänderung in Richtung der Magnetlänge der
jeweiligen Magnete, während bei dem zweiteren Fall der- überdeckungsgrad der.an
den Zylindern angebrachten Magnete variiert wird. Unter Überdeckungsgrad ist eine
Deckung in axialer Richtung zu verstehen, wobei die 100titer überdeckung eine Lage
beschreibt, in der die jeweils seitlichen Begrenzunyen der Magnete in einer Ebene
liegen, während bei einer über deckung von Null die Magnete der jeweiligen Zylinder
bezogen auf ihre gemeinsame Mittelachse aneinandergereiht sind-.
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Bei einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als zylindrische
Kupplung ist es zweckmäßig, den Außenzylinder der Antriebswelle und den Innenzylinder
der Abtriebswelle zuzuordnen. In dieser Weise ist das Teil mit dem größeren Rotations-Trägheitsmoment
der Antriebswelle zugeordnet, so.daß beim Anlaufen der'Vorrichtung das für die Beschleunigung
erforderliche Moment vergleichsweise gering gehalten wird.'Es ist außerdem zweckmäßi4,
lediglich den Innenzylinder verstellbar, hingegen den AuBenzylinder axial ortsfest
in einem Gehäuse anzuordnen, da wegen der geringeren Rotationsmasse des Innenzylinders
eine gegebenenfalls vorhandene Unwucht sich weniger auf den Verstellmechanismus
auswirkt.
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Als Werkstoff für die Magnete kommen Seltenerden-Samarium-Kobalt-Legierungen
oder ähnliche Werkstoffe infrage, bei Einsatzorten, die Temperaturen über 200°C
ausgesetzt sind, kommen Werkstoffe wie Alnico infrage.
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Diese Werkstoffe unterliegen in den angegebenen Temperaturbereichen
keiner Veränderung, auch nicht durch sich ändernde Feuchtigkeit oder dergleichen,
so daß auch bei sich ändernden äußeren Bedingungen die eingestellten Sollwerte genau
eingehalten werden.
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Nachfo.lgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der
Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt:
eine schematische Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit
einer zylindrischen Kupplung.
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Innerhalb eines Gehäuses 1 ist die einer Antriebswelle (nicht dargestellt)
zugeordnete Hälfte 2 einer Kupplung und die einer Abtriebswelle 5 zugeordnete andere
Hälfte 3 der Kupplung gelagert, wobei die eigentliche Lagerung in-Deckeln,6 und
7 des Gehäuses 1 bzw. der Abtriebswelle 5 innerhalb der einen Kupplungshälfte 2
erfolgt. Zur Aufnahme der Antriebskräfte ist die'Kupplungshälfte 2 mit einem Flansch
4 versehen, ein entsprechender Flansch ist als integraler Bestandteil an die Abtriebswelle
5 angeformt.
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Die sich gegenüberliegenden zylindrischen Seiten der -Kupplungshälften
2 und 3 sind mit Permanentmagneten 8 besetzt, die als permanentmagnetische Plättchen
zu einem polygonen Ring aneinandergesetzt sind. Abweichend davon kann an dieser
Stelle auch ein jeweils einteiliger entsprechend magnetisierter Ring vorhanden sein'
der noch geringere Abstände zwischen beiden Kupplungshälften 2 und 3 gestattet.
Dieser Abstand sollte nämlich möglichst gering gewählt werden, damit die. maximal
übertragbaren
Drehmomentwerte möglichst hoch werden. An ausgeführten-Beispielen
werden Abstände an dieser Stelle von 0,5 mm im Durchmesser erreicht.
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Die der Abtriebswelle 5 zugeordnete Kupplungshäl.fte 3.' ist mit Hilfe
eines Vielzahnprofiles 10 auf der Abtriebswelle 5 längsverschieblich angeordnet.
In der dargestellten Lage wird das maximale Drehmoment zwischen der einen Kupplungshälfte
2 und der anderen Rupplungshälfte 3 übertragen, eine weitere Steigerung-ist nicht
möglich.
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Unterhalb dieses Maximalwertes können geringere Werte eingestellt
werden, bei der die eine Kupplungshälfte 3 bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmomenten-Sollwertes
hinter der Drehzahl der anderen Kupplungshälfte 2 zurückbleibt. ' Dazu wird die
der Abtriebswelle 5 zugeordnete Kupplungshälfte 3 entlang dem Vielzahnprofil 10
axial verschoben, wodurch der überdeckungsgrad der Permanentmagnete an.
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beiden Zylindern abnimmt. Es -hat sich gezeigt, daß' bei einer Anordnung
gemäß der Figur eine lineare'Verschiebung der einen -Kupplungshälfte 3 auch zu einer
linearen Abnahme des Drehmomenten-Sollwer-tes führt, daß also bis zu einem Uberdeckungsgrad
von ca. 10% eine lineare Charakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung. erreicht
wird.
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Die eigentliche Verstellung geschieht über eine Hülse 11, die mit
Hilfe von Wälzlagern an der entsprechenden Kupplungshälfte 3 gelagert ist, Sie ist
über einen Ring 13 mit einem Innengewinde 12, das in ein entsprechendes Außengewinde
an der Hülse 11 eingreift, axial verschieblich, wobei ein Arretierbolzen 16, der
in eine Längsnut 17 eintaucht zwar eine axiale Verschiebung, nicht jedoch eine Verdrehung
der Hülse 11 gegenüber dem Gehäuse gestattet. Der Ring 13 ist axial festgelegt,
so daß dessen Verdrehung stets eine Längsbewegung der Hülse 11 zur Folge hat. An
ausgeführten Beispielen ist die zugeordnete
Kupplungshälfte 3 so
weit verstellbar, daß ein Uberdeckungsgrad von 10% oder noch weniger erreicht wird.
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In dieser Weise werden mit handlichen Abmessungen Drehmomente von
15 - 300 Nm übertragen.
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Da die Einstellung eines Sollwertes vorhersehbar ist und der betreffende
Sollwert nicht durch Tests oder dergleichen bestimmt werden muß, kann an dem Ring
13 eine Skala angeordnet sein, die wegen der linearen Charakteristik ebenfalls linear
aufgetragen oder eingraviert ist und an der vorwählbar bestimmte Sollwerte einstellbar
sind. Zur Verstellung des Ringes 13 sind an dessen Umfang Radialbohrungen vorhanden,
in die ein Stab zur Verlängerung des Hebels eingesteckt werden kann.
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Statt dessen kann der Ring auch die Form eines Schneckenrades aufweisen,
in das eine an dem Gehäuse gelagerte -Schnecke eingreift.
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Der Flansch 4 ist mit Hilfe von Schrauben 19 an der zugeordneten Kupplungshälfte
2 festgeschraubt, wobei ein Stift 20 für eine identische Wieder-Montage nach einer
Demontage sorgt, was für Ausführungsbeispiele wichtig ist, bei denen der Flansch
zusammen mit der zugeordneten Kupplungshälfte 2 ausgewuchtet ist.