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Elektromagnetisch betätigte Kupplung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch
betätigte Kupplung mit regelbarem Schlupf - die, wie bekannt, bei Festhalten eines
der beiden Kupplungsteile auch als Bremse benutzt werden kann - mit einer entweder
ortsfesten oder drehbeweglichen Elektromagnetspule und einem rotierenden Träger
für das Drehmoment übertragende ferromagnetische Körper, der mit einer in der geometrischen
Achse des Elektromagneten gelagerten Welle verbunden ist.
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Beim Einschalten derartiger bekannter Kupplungen ist der Schlupf zunächst
unendlich. Er verringert sich bei genügender Erhöhung des Erregerstromes der elektromagnetischen
Spule bis auf Null. Man kann zwar die Zeitdauer verkürzen, innerhalb deren sich
der Schlupf auf Null verringert, doch gelingt es nicht, die Wärmemenge, die durch
Schlupfarbeit entsteht, solange der Schlupf nicht gleich Null ist, zu beeinflussen.
Diese Wärmemenge entspricht der Reibungswärme, die beim Schlupf einer Rutschkupplung
entsteht.
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Diesbezüglich, wie auch im Hinblick auf das Verhältnis von Erreger
zur Übertragungsleistung und die dadurch erreichbare leichte Steuerbarkeit des Schlupfes
liegen die Verhältnisse bei einer Kupplung nach der Erfindung sehr günstig. Es ist
daher, beispielsweise bei Kränen, möglich, tonnenschwere Lasten durch Betätigung
eines Schwachstrompotentiometers ohne wesentlichen Verschleiß und Wärmeentwicklung
zu heben und zu senken. Im unerregten Zustand sind zudem die kupplungsbewirkenden
Körper völlig voneinander getrennt und nicht beansprucht.
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Diese großen Vorteile werden bei der Kupplung nach der Erfindung dadurch
erreicht, daß der aus nicht magnetisierbarem Stoff bestehende Träger wenigstens
einen zwischen den Polen des Elektromagneten befindlichen, zur Antriebswelle exzentrischen
und zu ihr parallelen Zapfen aufweist, auf welchem ein ringförmiger Körper aus magnetisierbarem
Stoff frei drehbar und axial verschieblich gelagert ist, dessen dem Elektromagneten
zugewandte Stirnfläche mit einem diamagnetischen Schmiermittelfilm überzogen ist.
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Wird durch die Spule des Elektromagneten bei dieser Kupplung ein Strom
geschickt und dreht der eine der beiden Kupplungsteile mit der Antriebswelle, so
geraten zunächst die ringförmigen Körper aus magnetisierbarem Stoff auf ihren Zapfen
in Drehung. Ihre Drehrichtung ist z. B. entgegengesetzt zur Drehrichtung der Antriebswelle.
Sie werden dabei von dem Elektromagneten angezogen und schleifen auf ihn. Wegen
des Schmiermittelfilms sind aber Verschleiß und Reibungswärme vernachlässigbar klein.
Die Drehzahl der Körper verringert sich in dem Maße, in dem der Schlupf sich dem
Wert Null nähert. Beim Schlupf Null drehen sich die ringförmigen Körper relativ
zu ihrem Träger nicht mehr, und der Träger läuft mit der Drehzahl der Antriebswelle
um. Natürlich kann auch der Träger mit der Antriebswelle verbunden sein und der
Elektromagnet den abgetriebenen Kupplungsteil bilden.
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Bei der Kupplung nach der Erfindung mit ortsfestem Magneten ist es
zweckmäßig, wenn, wie bei elektromagnetischen Kupplungen in ähnlicher Weise bekannt,
eine in dem Elektromagneten koaxial zum Träger gelagerte rotierende Welle und eine
polarisierte Scheibe vorgesehen ist, die auf dieser Welle verkeilt und zwischen
dem Elektromagneten und den von den exzentrischen Trägerzapfen getragenen ringförmigen
Körpern eingeschaltet ist.
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Es ist dabei von Vorteil, wenn, wie gleichfalls an sich bekannt, die
polarisierte Scheibe einen inneren und einen äußeren Kranz aus magnetisierbarem
und einen Mittelkranz aus nicht magnetisierbarem Stoff besitzt, wobei der innere
und äußere Kranz sich gegenüber den Polen des Elektromagneten befinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist noch ein zweiter
ortsfester Elektromagnet
vorgesehen, wobei zwischen den beiden Elektromagneten
ein Träger angeordnet ist, der zwei oder mehrere den Elektromagneten zugewandte
Zapfen trägt, auf welchen zwei oder mehrere ringförmgie Körper lose drehbar gelagert
sind, deren den Elektromagneten zugewandte Stirnflächen mit einem diamagnetischen
Schmiermittelfilm überzogen sind.
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Die ringförmigen Körper sind am besten massiv ausgebildet. Sie bestehen
zweckmäßig aus Agglomeraten magnetischen Pulvers, die mindestens auf den dem zugeordneten
Elektromagneten zugewandten Stirnflächen diamagnetisch und selbstschmierend gemacht
sind.
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Der Schmiermittelfilm besteht in vorteilhafter Weise aus. Molybdänsulfid
oder einer Silber-Molybdänsulfid-Zusammensetzung.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt
zwei Ausführungsformen einer Kupplung nach der Erfindung. Es stellt dar F i g. 1
einen Schnitt durch eine Kupplung nach der Erfindung, F i g. 2 eine Stirnansicht
des mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Kupplungsteile, F i g. 3 einen Schnitt
durch eine andere Ausführungsform und F i g. 4 eine Stirnansicht der polarisierten
bei der Kupplung nach F i g. 3 verwendeten Scheibe.
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Bei der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform trägt die
von einer Kraftmaschine angetriebene Welle 1 den Elektromagneten 2, der, wie bei
2 a gezeigt, auf dieser Welle verkeilt ist. Die Spule 2 b dieses Elektromagneten
wird über Schleifringe 3 gespeist. Ein weiterer Elektromagnet 7 hat eine Spule 7
b.
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Ein Träger 6 aus nicht magnetisierbarem Werkstoff ist mit einer Welle
6 a drehfest verbunden, die die abgetriebene Welle ist und zur Arbeitsmaschine führt.
Diese Welle 6 a ist mittels Lager 6 b in den Gestellen der Elektromagnete 2 und
7 gelagert. Der Träger 6 besteht z. B. aus Kunststoff und bildet bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel mit der Welle 6a ein einstückiges Gußteil.
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Zwischen den Polen der Elektromagnete 2, 7 hat der Träger 6 achsparallele
Zapfen 5, 5 a. Dabei sind die Zapfen 5 dem Elektromagneten 2 und die Zapfen
5 a dem Elektromagneten 7 zugewandt. Auf diesen Zapfen sind ringförmige Körper
4, 4 a aus magnetisierbarem Stoff drehbar und axial verschiebbar gelagert. Wie aus
F i g. 1 ersichtlich, befinden sich Teile jedes Körpers 4, 4 a gegenüber
den bei Erregung der Spule im Gestell jedes Elektromagneten entstehenden Nord- und
Südpolen N und S. Je nach der Leistung, die man mit einem gegebenen
Elektromagneten zu übertragen wünscht, können ein oder mehrere Zapfen 5,
5a sowie ein oder mehrere Körper 4, 4 a vorgesehen sein. In F i g. 2 ist
ein einziger Zapfen 5 und ein einziger Körper 4 dargestellt.
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Gemäß der Ausführungsform nach F i g. 1 sind die magnetisierbaren
Kerne 4, 4a massiv ausgebildet und auf dem Zapfen 5, 5a frei drehbar gelagert,
wobei die Abmessungen dieser Zapfen und dieser Körper derart gewählt sind, daß sich
die Körper auf den Zapfen axial leicht verschieben können, um jede unnötige mechanische
Reibung wenn der zugeordnete Elektromagnet nicht erregt ist, zu vermeiden. Vorzugsweise
wird diese Axialverschiebung gering gehalten, um im Augenblick der Erregung für
die Haltbarkeit der Stoffe schädliche Stöße zu vermeiden. Die massiven Körper 4,
4a sind auf ihrer dem zugeordneten Elektromagneten zugewandten Stirnfläche mit einem
dünnen Schmierfilm, z. B. aus dem diamagnetischen Eigenschaften aufweisenden Molybdändisulfid,
versehen.
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Die beschriebene Kupplung arbeitet wie folgt: Sobald die Spule 26
des Elektromagneten 2 erregt wird, entsteht in dem Gestell dieses Elektromagneten,
wie vorstehend erwähnt, je ein ringförmiger Nord-und Südpol. Der magnetische Kreis
wird durch die Drehkörper 4 über die äußerst schmalen, durch den Schmierfilm gebildeten
unmagnetischen Spalte geschlossen. Die Körper 4 drehen sich z. B. in einer Drehrichtung,
die der der Antriebswelle entgegengesetzt gerichtet ist; gleichzeitig fängt auch
der Träger 6 an, sich langsam mit einer Drehrichtung zu drehen, die der der Antriebswelle
gleich läuft. Der Erregungsgrad der Spule 2 b bestimmt die Größe des Schlupfes.
Die Rotation der Körper 4 dauert an, bis der Schlupf gleich Null ist.
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Der andere Teil, der den festen Elektromagneten 7 einschließt, arbeitet
als Bremse. Die Wirkungsweise ist ähnlich der für den Kupplungsteil vorstehend beschriebenen.
Die Bremswirkung setzt, je nach dem Erregungsgrad der Spule 7b, mehr oder
weniger schnell ein.
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Wenn gewünscht, kann zwischen die Körper 4, 4a und den Träger 6 eine
Feder eingeschaltet werden. Diese Feder hat den Zweck, die geschmierten Stirnflächen
der Kerne zu den Stirnflächen der Elektromagneten parallel zu halten. Dazu können
flache, spiralförmige oder jede beliebige geometrische Gestalt aufweisende Federn
verwendet werden, die einen konstanten Druck und eine parallele Anlage der in Berührung
stehenden Flächen begünstigen.
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In F i g. 3 und 4 ist eine Kupplung dargestellt, die einen festen
Elektromagneten besitzt. Hier ist die Antriebswelle 21 über Wälzlager 21a in dem
Elektromagneten 22 gelagert, der fest ist und dessen Spule 22 6 über eine Öffnung
15 gespeist wird. An ihrem Ende weist die Antriebswelle 21 einen Teil größeren
Durchmessers 8 auf, mit welchem eine polarisierte, allgemein mit 12 bezeichnete
Scheibe drehfest verbunden ist. Mit 26 ist ein Träger aus nicht magnetisierbarem
Stoff bezeichnet, der dem in F i g. 1 und 2 dargestellten ähnlich ist und der mit
der Arbeitswelle 26 a verbunden ist. Dieser Träger 26 ist mittels Lager 26 b zentriert
und weist exzentrische Zapfen 25 auf, die, wie im vorstehenden Fall, zur Lagerung
rotierender Ringkörper 24 dienen.
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Wie aus F i g. 3 und 4 zu entnehmen ist, weist die polarisierte Scheibe
12 einen inneren magnetisierbaren Kranz 9, einen äußeren magnetisierbaren Kranz-9
a und einen nicht magnetisierbaren Mittelkranz 10
auf. Wie gezeigt, sind in
den Kränzen 9 und 10 Öffnungen 11, 11a vorgesehen, die die Kühlung
begünstigen.
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Durch die Erregung der Spule 22b entsteht in der polarisierten Scheibe
12 je ein ringförmiger Nord-und Südpol, wodurch analog dem vorhergehenden Fall,
die Körper 24 über den durch den Schmierfilm dargestellten Mikrospalt an ihrer der
Scheibe 12 zugewandten Stirnfläche eine magnetische Anziehung erfahren. Hier wiederum
werden die Körper 24 in Drehung versetzt, was die gleiche Wirkung, wie bei der Maschine
nach F i g. 1 und 2, zur Folge hat.
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Es liegt auf der Hand, daß auch in diesem Fall der anderen Stirnfläche
des Trägers 26 ein Elektromagnet
und ringförmige Körper zugeordnet
werden können, wodurch eine Bremse entsteht. Auch können in diese Einrichtung, wie
vorstehend erwähnt, Federn einbezogen werden.
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Die ortsfesten oder rotierenden Elektromagnete können zwei oder mehrere
konzentrische oder abwechselnde Polpaare besitzen.
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Wie vorstehend angegeben, ist die für die Speisung der Elektromagnetenspulen
der erfindungsgemäßen Kupplung aufzubringende Leistung sehr schwach. Sie liegt z.
B. unter 1/1o W je Pferdekraft übertragungsleistung. Diese sehwache Steuerleistung
gestattet insbesondere die Verwendung von höchst vereinfachten elektronischen Steuervorrichtungen
mit Halbleitern.