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Wirbelstromeinrichtung Die Erfindung befaßt sich mit Verbesserungen
für Wirbelstromeinrichtungen, vor allem mit Verbesserungen für Induktorteile in
solchen Einrichtungen, die man als Kupplungen, Bremsen, Dynamometer u. dgl. verwenden
kann.
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Das Erfindungsziel ist, eine solche Wirbelstromeinrichtung derart
auszubilden, daß sie ein ziemlich hohes Drehmoment bei verhältnismäßig kleinen Geschwindigkeiten
durch die Benutzung von verhältnismäßig hochleitenden Oberflächen auf den Induktorteilen,
welche den Magnetpolen der Einrichtung gegenüberstehen, überträgt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstromeinrichtung, bestehend
aus einem ferromagnetischen Induktorteil und einem Feldteil mit Polen, die einer
Wand des Induktorteils gegenüberstehen und von ihm durch einen Luftspalt getrennt
sind, durch den ein magnetisches Feld zur Verkettung der Teile hindurchgeht, die
relativ zueinander drehbar sind, so daß durch Flußänderungen Wirbelströme in der
Oberfläche des Induktorteils am Luftspalt erzeugt werden. Die Erfindung besteht
darin, daß die Oberfläche des Induktorteils aus Chrom besteht, um so eine harte
Oberfläche zu erhalten, die ein größeres Drehmoment bei niedrigen Schlupfgeschwindigkeiten
übertragen kann.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung weiter erläutert. Es ist Fig.
1 ein axialer Schnitt einer Musterwirbelstromeinrichtung, bei welcher die Erfindung
angewendet werden kann, Fig. 2, 3, 4 und 5 im größeren Maßstab axiale Schnitte von
Teilen von Induktorverkleidungen mit verschiedenen Formen der Erfindung, Fig. 6
eine graphische Darstellung gewisser Merkmale der Erfindung.
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Es wird jetzt vor allem auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Wirbelstrom-Schlupfkupplung
1 gemäß der Erfindung besteht aus einem Gehäuse, das durch die einander anstoßenden
Polringe 3 und 5 gebildet ist, die zur Lagerung einer ringförmigen Feldwicklung
7 und der Abschlußteile 9 und 11 für die Kupplung 1 dienen. Die Kupplungsabschlußteile
9 und 11 weisen Lager 13 und 15 auf, welche die Antriebswelle 17 bzw. die angetriebene
Welle 19 umgeben. Auf der Antriebswelle 17 ist ein magnetisierbares, polares Feldteil
21 aufgekeilt, das umfangsmäßig angeordnete, sich axial erstreckende Pole bildende
Zähne 23 trägt. Diese Zähne oder Pole 23 liegen der Innenoberfläche einer ferromagnetischen
Trommel 25 (Eisen oder Stahl) parallel zu einem kleinen Spalt 27 an ihren
Enden gegenüber. Die äußere Mantelfläche der Trommel 25 befindet sich gegenüber
den kontinuierlichen, zylinderförmigen Innenoberflächen 29 und 31 der Polringe 3
und 5 parallel zu den kleinen Spalten 33 bzw. 35.
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Wird die Spule 7 von elektrischem Strom durchflossen, geht ein toroidales
magnetisches Flußfeld F durch die Teile 3, 5, 25 und 23 hindurch und kreuzt die
Spalte 27, 33 und 35. Die Verteilung des Flusses in den Spalten 33 und 35 ist umfangsmäßig
gleichmäßig, während in dem Spalt 27 der Fluß in Abständen durch die Zähne 23 zusammengeballt
oder konzentriert wird. Infolgedessen werden bei einer Relativdrehung des polaren
Feldteiles 21 und der Trommel 25 die Flußfeldänderungen Wirbelströme in der Trommel
25 induzieren. Diese wiederum erzeugen rückwirkende magnetische Felder mit den Feldern
von den Polen oder Zähnen 23, so daß eine Antriebsschlupfkupplung erhalten wird.
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Die Trommel 25 ist mit ihrem einen Ende auf einem Läuferkörper
37 gelagert, der in dem Abschlußteil 9 auf dem Lager 39 gelagert ist. Das andere
Ende der Trommel 25 ist auf einer Scheibe 41 gelagert, die an einem Flansch 43 der
angetriebenen Welle 19 befestigt ist. Die zusammengebauten Teile 19, 41 und 43 sind
auf einem Lager 45 gelagert, das sich an dem Ende der Antriebswelle 17 befindet.
Ein Kühlmittel, z. B. Wasser, wird durch eine Einlaßöffnung 2 zugeführt. Ein Teil
davon gelangt, wie dies durch die unteren, kurvenförmigen Pfeile a-a in der Fig.
1 gezeigt ist, durch die Trommel 25 und die Pole oder Zähne 23, entweicht durch
die Öffnungen 4 und gelangt schließlich
aus dem Gehäuse 3, 5, 9,
11 durch die Abflußöffnung 6. Dieser Teil des Kühlmittels ist dafür verantwortlich,
daß manchmal Fremdkörperchen in den Spalt 27 eindringen. Sie haben bisher Schaden
an der Innenauskleidung der Trommel 25 angerichtet, wenn, was bisher üblich war,
die Innenstirnseite dieser Auskleidung aus Kupfer hergestellt war. Ein anderer Teil
des Kühlmittels gelangt, wie dies durch die oberen, kurvenförmigen Pfeile b-b in
der Fig. 1 gezeigt ist, rund um die Trommel 25 durch den Abschlußteil 11 zur Abflußöffnung
6. Wie gezeigt, sind für die verschiedenen Lager Wellendichtungen vorgesehen. Sie
brauchen nicht im einzelnen erläutert zu werden, weil ihre Konstruktion und ihre
Funktion bekannt sind.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Beschaffenheit der Innenmantelfläche
der Trommel 25, die den Außenteil des Spalts 27 gegenüber den Polen oder
Zähnen 23 bestimmt. Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen dieser Mantelfläche
gemäß der Erfindung. Es wird jetzt vor allem auf Fig. 2 Bezug genommen. Es ist in
einem sehr großen Maßstab ein Axialschnitt der Trommel gezeigt. Ihre Innenmantelfläche
hat das Bezugszeichen 47. Auf ihr ist in an sich bekannter Weise ein galvanisch
hergestellter Nickelüberzug 49 mit einer Dicke von 0,00254 bis 0,0127 mm angebracht.
Auf diesem Nickelüberzug ist galvanisch eine dickere Schicht Kupfer 51 mit einer
Dicke von 0,1016 bis 0,381 mm hergestellt. Auf der Kupferoberfläche ist galvanisch
eine Chromschicht 53 mit einer Dicke von 0,0127 bis 0,127 mm gebildet.
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Es ist bekannt gewesen, auf einer Wirbelstrominduktortrommel zur Erhöhung
des bei den niedrigeren Schlupfwerten zwischen einem Polteil, z. B. 21, und der
Trommel, z. B. 25, zu übertragenden Drehinoments eine Kupferverkleidung zu verwenden.
Hierzu wird auf die graphische Darstellung in der Fig. 6 verwiesen. In dieser sind
die Werte des Drehmoments (mkg) auf der Ordinate aufgetragen, während die Werte
der Schlupfgeschwindigkeit in U/min für eine 15-Ampere-Erregung für eine Spule,
z. B. 7, auf der Abszisse aufgetragen sind. Die Kurve A zeigt die Wirkung einer
ferromagnetischen Trommel, z. B. 25, ohne die Verwendung irgendeiner besonderen
Verkleidung an den Polen 23. Die Kurve B zeigt die Wirkung einer solchen Trommel,
für die eine Kupferverkleidung benutzt wird, was bisher üblich gewesen ist. Die
Kurve zeigt, wie im Falle einer Trommel mit einer Kupferverkleidung das bei den
niedrigen Schlupfgeschwindigkeiten zu übertragende Drehmoment erhöht wird. Ein Zweck
der Erfindung ist, diese Eigenschaft einer Kupferverkleidung ohne die Nachteile
des Kupfers beizubehalten. Bei höheren Schlupfgeschwindigkeiten, was nicht in den
Kurven dargestellt ist, werden die in beiden Fällen zu übertragenden Drehmomente
mehr ausgeglichen. Es besteht ein wesentlicher Vorteil, wenn die hohen Drehmomente
bei niedrigen Schlupfgeschwindigkeiten übertragen werden können. Der Grund für diesen
Vorteil einer Kupferauskleidung ist darin zu sehen, daß Wirbelströme in einer Oberfläche,
welche von den polarisierten Flußfeldern bestrichen wird, hauptsächlich nahe der
Oberfläche gegenüberstehend den Polen erzeugt werden können. Da Kupfer eine höhere
elektrische Leitfähigkeit hat als das ferromagnetische Material, aus dem die Trommel
25 besteht, werden größere Wirbelströme bei niedrigeren Schlupfgeschwindigkeiten
erzeugt, die wiederum stärkere, rückwirkende Flußfelder erzeugen.
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Der Nachteil einer Kupferverkleidung ist ihre Weichheit. Wenn also
Fremdteilchen am kleinen Spalt 27 eindringen, der eine Breite von nur ungefähr 0,508
mm hat, verursachen sie ein Aushöhlen, ein Abschnipseln, eine Abnutzung oder Reibung,
ein Einritzen od. dgl. Dadurch wird etwas Kupfer entfernt, das sich zu Kugeln zusammenrollen
will und somit den Betrieb der Wirbelätromeinrichtung stören kann. Dieser Vorgang
ist besonders störend, wenn sich, wie gezeigt, das rotierende, die Pole bildende
Teil auf der Innenseite der Trommel befindet, da dann die Pole in Verbindung mit
den Fremdteilchen wie eine Hammermühle wirken. Durch die Verwendung einer Chromauskleidung,
z. B. 53, oberhalb der Kupferverkleidung, z. B. 51, wie vorhergehend beschrieben,
erhält man eine harte Oberfläche, die durch die Fremdteilchen nicht ausgehöhlt,
abgeschnipselt, durch Reibung abgenutzt oder eingeritzt werden kann. Außer seiner
Härte hat Chrom die Eigenschaft, daß er spröde oder bröcklig ist. Diese Eigenschaft
jedoch ist im vorliegenden Fall nicht schädlich, weil eine weiche Unterlage durch
das verhältnismäßig weiche Kupfer 51 gebildet ist. Dadurch wird das Abschnipseln
verringert. Während Chrom nicht so einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand
gegen den Stromfluß hat wie Kupfer, ist sein Widerstand doch beträchtlich kleiner
als der von Eisen und Nickel. Somit ist auf der Innenmantelfläche der Trommel 25
ein Material vorhanden, das nicht nur eine Schutzwirkung hat, sondern auch eine
ziemlich hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Es wird jedoch ein Vorteil aus
der Tatsache erreicht, daß Kupfer ein besserer spezifischer elektrischer Leiter
ist als Chrom, indem die Dicke des Kupfers größer gemacht wird als die des Chroms,
wie dies durch die oben angegebenen Dimensionen gezeigt ist. Da ferner Nickel die
geringste elektrische Leitfähigkeit hat, wird seine Dicke soweit wie möglich verringert,
so daß es sich hierbei nur um einen Überzug handelt. Da Nickel in der elektrischen
Spannungsreihe zwischen Eisen und Kupfer steht, vermindert es das elektrische Potential
quer zu irgendeiner Berührungsfläche zwischen den Schichten aus Eisen, Nickel und
Kupfer. Das Resultat ist eine verhältnismäßig geringe elektrische Korrosion, die
sonst zwischen einer unmitelbaren Kupfer-Eisen-Aneinanderlagerung zu erwarten ist.
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In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der der
Nickelüberzug 49 weggelassen ist. wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile
wie in Fig.2 bezeichnen. Während die in Fig.2 gezeigte Konstruktion die bevorzugte
ist, kann auch in einigen Fällen die Konstruktion der Fig.3 brauchbar sein. Auch
im Falle der Fig. 3 liegt die Dicke des Kupfer in der Größenordnung von 0,1016 bis
0,381 mm und die Chromdicke in der Größenordnung von 0,0127 bis 0,127 mm. Wie in
Fig. 3 gezeigt, wird vorgezogen, daß keine Nickelschicht zwischen der Kupferschicht
51 und der Chromschicht 53 verwendet wird, weil das elektrische Potential zwischen
Chrom und Kupfer geringer ist als zwischen Chrom und Nickel. Die in Fig.2 gezeigte
Anordnung ist die beste für die in Frage kommenden Metalle.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der die
Nickel- und die Kupferschicht von der Oberfläche des Induktors 25 weggelassen sind,
und es ist eine dickere Chromschicht 55 unmittelbar auf dem Eisen angebracht. Hier
handelt es sich auch um eine vorteilhafte Ausführungsform wegen der relativ dichten
Nähe vom Chrom zum Eisen in der Spannungsreihe, wodurch die elektrolytische Korrosion
zwischen den beiden Metallen an der Berührungsfläche 57 verhindert wird. Während
jedoch Chrom eine wesentliche elektrische Leitfähigkeit hat, ist sie nicht so hoch
wie die von Kupfer. Infolgedessen wird in
diesem Falle die Dicke
der Chromschicht über die Dicken gemäß F ig. 2 und 3 hinaus erhöht. In Fig. 4 beträgt
die Chromschichtdicke ungefähr 0,1778 bis 0,2032 mm. Somit sieht man, daß in diesem
Falle die Dicke der Chromschicht noch größer ist als die Dicken der zusammengesetzten
Schichten aus Kupfer und Chrom gemäß Fi;g. 2 und 3, um so den geringen Verlust an
spezifischer elektrischer Leitfähigkeit von Chrom im Verhältnis mit der von Kupfer
auszugleichen.
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In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die mit
der Ausführungsform gemäß Fig. 4 mit der Ausnahme übereinstimmt, daß ein Überzug
59 aus Nickel zwischen einer Chromschicht 61 und dem Eiseninduktor 25 benutzt wird.
In diesem Falle beträgt die Chromdicke ebenso wie in der Ausführungsform der Fig.
4 0,1778 bis 0,2032 mm, während die Dicke des Überzugs 59 ungefähr 0,00254 bis 0,0127
mm ausmacht. Der Zweck des Nickels in diesem Falle ist die Verringerung einer elektrolytischen
Korrosion, wie sie zwischen Chrom und Eisen entstehen kann.
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Aus den vorhergehenden Ausführungen geht hervor, daß erfindungsgemäß
eine Induktortrommel mit einer Verkleidung von niedrigem elektrischem Widerstand
vorgeschlagen wird, in der dem Fluß der Wirbelströme geringer Widerstand geleistet
wird, wobei es sich gleichzeitig um eine Verkleidung handelt, die nicht so leicht
beschädigt werden kann wie die früheren, frei liegenden Kupferverkleidungen. Handelt
es sich um eine dünnwandige Trommel, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so stellt man
sie vorzugsweise aus Stahl her. Es können aber in einigen Fällen Trommeln mit größerer
Wandstärke benutzt werden. In diesen Fällen kann Eisen für ihre Herstellung Verwendung
finden. Auf jeden Fall soll die Trommel ferromagnetisch sein. Sowohl Stahl als auch
Eisen sind ferromagnetisch.