DE1940543A1

DE1940543A1 - Kupplung,insbesondere fuer Fluessigkeitsniveau-Messgeraete

Info

Publication number: DE1940543A1
Application number: DE19691940543
Authority: DE
Inventors: Lamarque Gilbert Andre Charles
Original assignee: Precision Mecanique Labinal SA
Current assignee: Precision Mecanique Labinal SA
Priority date: 1968-02-06
Filing date: 1969-08-08
Publication date: 1970-10-08
Also published as: FR1560584A

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Kupplung zwischen zwei koaxialen Wellen, welche ein konstantes, von 1 versehie- . denes Drehzahlverhältnis dieser Wellen vermittelt, insbesondere bestehend aus drei koaxialen Bauteilen, nämlich einem ersten drehbaren, mit einer der beiden besagten Wellen drehsicher verbundenen Bauteil, einem Zwischenbauteil, und einem zweiten drehbaren, mit der anderen der beiden besagten Wellen drehsicher verbundenen Bauteil, wobei die Bauteile jeweils einen Kranz von unterschiedlich vielen, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Zähnen oder Stäben aus magnetischem Material aufweisen und das erste und zweite Bauteil derart angeordnet sind, daß wenigstens eines ein magnetisches Feld erzeugt, welches sich nach dem Durchtritt durch die Zähne bzw. Stäbe des Zwischenbauteils im anderen Bauteil schließt.

Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, derartige Kupplungen zu vermitteln, welche die Übertragung eines Drehmoments von einer Welle auf eine andere durch eine dichte Wand hindurch ermöglichen.

ist ex-fiadungegemäß dadurch erzielt _p daß das eehenbauteil au® @inem Abschnitt einer festen und dichten Wand

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gebildet 1st, welche die beiden drehbaren, jeweils mit einer der beiden zu kuppelnden Wellen drehsicher verbundenen Bauteile voneinander trennt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die besagten Bauteile konzentrisch zueinander angeordnet sein, und das Zwischenbauteil aus wenigstens einem dünnwandigen Zylinderring bestehen, welcher auf einer seiner beiden zylindrischen Mantelflächen mit daraus hervortretenden, magnetische Zähne bzw. Stäbe bildenden Längsrippen versehen ist. Dabei können.die Rippen vorteilhafterweise von magnetischen Keilstücken gebildet sein, welche in Längsnuten im Zylinderring eingesetzt und darin mittels vorzugsweise· eingepreßten Zylinderhülsen axial festgelegt sind.

JJie gegenseitige axiale Festlegung eines oder beider Bauteile und des Zwischenbauteils kann dadurch in weiter«.-* Vervollkommnung der Erfindung ohne Axialgleit- oder -wälzlager erfolgen, daß magnetische "Bordwirkungen⁵¹ von Querilächen ausgenutzt werden, welche aufeinander ausgerichtet sind und magnetischeMassen ■begrenzen_t wtlcli® von dem Zwischenbauteil bzw. dsm ö&ar &«n drehbaren .Bauteilen gebildet sind. Demgemäß weisen einsn weiteren ktnnze lohnend en Merkmal der Erfindung zufolge das Zwischenbauteil und wenigstens eines der beiden drehbaren, mit den zu kuppelnden Wellen verbundenen Bauteile zwei konzentrische fortlaufende oder unterbrochene Einge aus magnetische» Material auf, welche jeweils von zwei Querflachen begrenzt sind, wobei Jede Querfläche eines Kinges in Querrichtung auf eine Querfläolie des anderen Hinges ausgerichtet ist, und wobei ferner die ärehbarett Bauteile mittels Wälzlager in- bzw· aufeinander gelagert sind, welche in axialer Hichtung keine Kräfte übertra-

Me besag ^en ^uBoi4wirkungen^M k&niiett aadursli werden, daß die aufeinander ausgerichteten

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facht werden, indem man geeignete Ringnuten in den besagten magnetischen Massen vorsieht· Ein zusätzliches Merkmal der erfindungsgemäßen Kupplung "besteht demnach darin, daß jeder Ring aus magnetischem Material mehr als zwei Querflächen aufweist, indem darin Ringnuten vorgesehen sind, deren Seitenflächen solche Querflächen bilden.

Die erfindungsgemäße Kupplung eignet sich insbesondere zur Anwendung in Flüssigkeitsniveau-Meßgeräten. Dabei ist eines der drehbaren Bauteile mit einer Trommel verbunden, auf welche sich das Aufhängekabel eines teilweise in die Flüssigkeit eingetauchten Fühlers wickelt, dessen wirkliches Gewicht einem Dynamometer übertragen ist, das eine Steuerspannung für einen von dem die Flüssigkeit enthaltenden Raum isolierten Motor abgibt, welcher zusammen mit einem Zähler an das andere der beiden .drehbaren Bauteile angeschlossen ist.

'Nachstehend sind zwei Ausüirungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In diesen Seigen:

Fig. 1 die Ansicht eines Viertels des Querschnitts entlang der Linie I-I in Fig. 2 durch eine erfindungsgemäße Kupplung; "

Fig. 2 die Ansicht des Längsschnittes entlang der Linie II-II in Fig. 1 derselben erfindungsgemäßen Kupplung$

Fig. 3 die Ansicht eines Seils eines Längsschnitts durch . eine zweite erfindungsgemäße Kupplung| und

Fig. 4 die Ansicht des Schnittes entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. ■

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Zur Vermeidung der Nachteile von Zahnradgetrieben (Verschleiß, Geräusch, Notwendigkeit der Schmierung, usw.) ist es bereits vorgeschlagen worden, ein Drehmoment von einer drehbaren Welle auf eine andere drehbare Welle auf magnetischem Wege zu übertragen, und zwar mit einem Drehzahlverhältnis der Yifellen, welches verschieden ist von 1. Dgbei würden drei konzentrische, koaxiale Bauteile verwendet, von denen das äußere und das innere drehbar und jeweils mit einer der beiden zu kupplenden Wellen verbunden bzw. daran befestigt sind, wobei die Bauteile jeweils mit einem Kranz von magnetischen Polen, Zähnen oder Stäben versehen sind, die gleichmäßig über den Umfang des Kranzes verteilt und bei jedem Bauteil in unterschiedlicher Anzahl vorhanden sind, und wobei ferner die mit den zu kuppelnden Wellen verbundenen Bauteile derart angeordnet sind, daß wenigstens eines von ihnen ein magnetisches Feld erzeugt, das sich durch das Zwischenbauteil hindurch im anderen der beiden mit den zu kuppelnden Wellen verbundenen Bauteile schließt.

Sind N₁, N₂ und N, die Anzahl der Zähne, Pole oder'Stäbe eines der beiden mit den zu kuppelnden Wellen verbundenen Bauteile., beispielsweise des inneren Bauteils 1, des Zwischenbauteils 2 und des anderen, beispielsweise äußeren Bauteils 3» und sind ferner .diese"-Größen durch die Gleichungen

■ ■ . ν ■ " ■..,'.

Ί.) a ( b - 1 '·.) N₁- = N₂, und
2.) ab N₁ = N₅

miteinander verknüpft, wobei a und b ganze Zahlen darstellen und b ' mindestens gleich zwei ist, dann wird das Bauteil 3 vom Bauteil 1 mitgenommen, d.h. in Drehung versetzt, bzw. das Bauteil 1 vom Bauteil 3 in Verdrehung gesetzt, wenn eines dieser Bauteile mit Strom gespeist wird, mit einem Verhältnis der Geschwindigkeit V^ des Bauteils 3 zur Geschwindigkeit V₁ des Bauteils 1, welches gleich ist (N₃ - Np),

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Das Bauteil 1 ist mit der Antriebswelle 4, das Bauteil 3 mit der Abtriebswelle 7 drehfest verbunden.

JJarüberhinaus sind zur Übertragung der in Rede stehenden Drehmomente durch eine dichte Wand hindurch erfindungsgemäß Magnetstäbe 2 des Zwischenbauteils mittels einer dünnen, fortlaufenden zylindrischen Wand miteinander verbunden, welche Stäbe 2 auf dieser Wand vorspringende Rippen bilden und damit, zu einem einzigen Block vereinigt sein können.

Besteht diese Wand wie die Stäbe oder üippen aus magnetischem Material, dann leitet sie einen !eil des Induktionsflusses ab. 1st sie ausreichend dünn, dann ist ihr magnetischer Widerstand im Vergleich zu demjenigen des Hauptkreises beträclrclich und der von ihr abgeleitete flußteil vernachlässigbar. ■■■*■""

Eine derartige Wand oder Abdeckung vermittelt nicht nur den Vorteil einer dichten Abtrennung der Bauteile 1 und 3, sondern verbessert auch die mechanische Starrheit des Zwischenbauteils, vermindert die zu* Überwindung de's Luftspalt«» erforderliche Magnetkraft und, dämpft Änderungen des übertragen ί nen Drehmomentesα

Eine interessante Anwendung der erfindungsgemäßen Kupjplung ist auf dem Gebiet der flüssigkeitsniveau-Messung gegeben, beispielsweise kann sie bei der Messung des Niveaus eines Kohlenwasserstoffes eingesetzt werden· Die erwähnte Wand 11 ist dann Seil der dichten Wandung. 5 eines die flüssigkeit ,enthaltenden Beservoirs. ,

Bei de* Ausführungsf orsa nach den fig* 1 uad 2 iet das innere Bauteil 1 vor einer magaetisohefc Ausrüstung gebildet,

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in welcher sich der durch das Bauteil 3 erzeugte magnetische Fluß schließt. Daa Bauteil 3 "besteht aus einem zylindrischen Magneten 13» der zwischen zwei verzahnten und koaxialen Aussenringen 3^ und 3^ angeordnet ist.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist ET, * 2, H₀ β 152 und N, = \54, was ein Y* -Verhältnis = 1

ergibt. VJ ''

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist das Bauteil 3 mit den magnetischen Zähnen oder Rippen 6 ausgestattet. -Kadi air ill enlEUgellager, welche nicht nur radiale, sondern auch axiale Kräfte übertragen, dienen der drehbaren Lagerung der Wellen 4 und 7·

Bei der'Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist die axiale Fixierung mindestens eines der drehbaren Bauteile bezüglich seines Haehbars ohne jede mechanische Reibung sichergestellt. Das dabei antreibende Bauteil 1 ist ebenfalls mittels HadialrilleKlugeliagem 10 im teaten Gehäuse 5 drehbar gelagert waä axial fixierte ΰββ getriebene Bauteil 3 ist jeaoch nicht au£ derartigen Wälzlagern angeordnet, sondern auf amagnetischen 2yliia,der:£ollen 14» die beispielsweise aus dem unter dem Handelsname» ¹¹DEIiRIH¹¹ bekannten Kunststoff hergestellt sind und das Bauteil 3 lediglich in radialer Kichtung fixieren, nicht jedoch in axialer itichtung·

j Letzteres wird auf magnetischem Wege bewerkstelligt, ί und sswar unter Ausnutzung des "Soröeffektes¹¹, weloher durch das Ausrichten in Querriohtüng von mehreren Qüerfläohen zuetandiösebraoht ist_t welohe zwei, magnetische, ringförmige Massen, begrenzen, dt* VOK Mt diahtta. Wand 11 Mir· vom angttrie« bene» Bauteil 2 getragen eind»

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Jiine derartige "Bordwirkung" hat eine starke gegenseitige axiale Ausrichtung des angetriebenen Bauteils 3 und. der festen wand 11 zufolge, welche vom Bauteil 3 übergriffen ist. Das Bauteil 3 ist automatisch bestreut, diejenige Stellung einzunehmen, in welcher die Wand 11 und das Bauteil 3 dem magnetischen.Fluß den leg des größten Querschnitts Meten und vermeiden, daß an den Borden oder Kanten dieses Weges spitzwinklige Vorsprünge entstehen, welche starke magnetische ¥/iderstände hervorrufen. Das Batrteil 3 und die feste Wand 11, deren gegenseitige Axialsteilung festgelegt sein soll, bestehen im allgemeinen aus zwei ring- oder kranzförmigen magnetischen Massen, welche bezüglich einer mittleren Querehene symmetrisch zueinander sind.

liie Anzahl der die "Bordwirkung" gewährleistenden Querflächen kann also .gleich .4 für jedes Bauteil sein, wobei zwei dieser Flächen 15 den Weg des magnetischen Flusses in federn -kranz, begrenzen. .

Jedoch ist es vorteilhaft, die Anzahl über vier hinaus zu erhöhen, und zwar vorzugsweise durch Vorsehen von aufeinander ausgerichteten Ringnuten 16 in jedem magnetischen Kran.*,, deren Seitenwandungen 17 Sluerflachen darstellen. Eine deraiUge Nut 16 ist bei deren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung nach JJ'ig. 3 und 4 in jedem Kranz vorgesehen, was. im Ganzen acht Paare ausgerichteter Querflächen mit "Bordwirkungen¹¹ ergibt.

Auch hier ist das treibende Bauteil 1 eine magnetische Ausrüstung mit zwei Polen, in welcher sich der von einem zylindrischen Magneten 13 erzeugte magnetische. Fluß schließt«, Der äußere Magnet 13, beispielsweise aus unter dem %ndelsnsmen ¹¹TICONAIi G^lf bekannten Material, ist zwischen zwei magnetischen Grenzen 3-j angeordnet, die mit einer Innenverzahnung 6 versehen sind« . .' '■ ■ -. ,'■·. ^;. ■. ·- '■"'" ■■'.' - ;;- .

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Die dichte Wand 11, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung AG 5, ist außen mit Längsnuten 18 versehen, in welche abgestufte Keilstücke 19 eingesetzt sind, deren mittlere, "nach außen vorspringende Abschnitte magnetische Zähne 2 bilden.

Die Keilstücke 19 weisen Ansätze auf, über welche sie durch aufgepreßte zylindrische Hülsen 20 in den Nuten 18 gehalten sind j die Hülsen 20 können insbesondere aus unmagnetischem, nicht oxydierendem Stahl ζ. β GHD 18 - 12 bestehen.

Die beiden größeren Hülsen 20 dienen als Innenlaufringe für die Ziylinderrollen 14. Ihre Lage ist durch die Anordnung. von Stopfen 21 aus Araldit zwischen ihren freien Enden und dem Boden der Nuten 18 gesichert.

Die Außenlaufringe der Zylinderrollen 14 sind von den inneren Zylinderflächen an Eingen 22 gebildet, die insbesondere aus Aluminiumlegierung AG 5 bestehen und mittels Schrauben 23 an den Kanten 3-j befestigt sind.

Dine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Kupplung liegt auf dem Gebiet der Messung des Niveaus von Flüssigkeiten mittels Geräten, wie sie in den Unterlagen des französischen Zusatzpatents Nr. 91 213 zum französischen Patent Nr. 1 504 beschrieben und dargestellt sind.

^j Bei einer derartigen Vorrichtung ist ein teilweise in dieFlüssigkeit* deren Niveau festgestellt werden soll, eingetauchter Fühler an einem Kabel aufgehängt, das sich nach Belastung eines Dynamometers auf eine Trommel aufwickelt. Ein Elektromotor, dessen Erregung vom Dynamometer aus gesteuert wird, bewirkt seinerseits Umdrehungen der Trommel derart, daß der Fühler stets in einer mittleren Eintauchstellung gehalten ist. Ein Zähler zeigt die Winkelstellung der Trommel an, welche ein Abbild

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des festzustellenden .Flüssigkeitsniveaus ist. Die Verbindung zwischen den elektrischen .bauelementen und der Trommel erfolgt auf magnetischem Wege durch eine dichte Wand hindurch.,

üei dieser bevorzugten Anwendung ist das getriebene .bauteil 3 mechanisch mit der Trommel verbunden, während das treibende .bauteil 1 mit dem Motor und dem Zähler in Verbindung steht.

Diese Anordnung vermittelt den Vorteil, daß die Axialstellung des getriebenen Bauteils 3 und damit der Trommel ohne jede mechanische Beibung erreicht wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Montage der von d.er Trommel und dem mitgenommenen Bauteil 3 gebildeten Einheit auf der festen Wand 11 und die Demontage dieser Einheit vereinfacht sind* insbesondere dabei keine Axialbefestigungsscheiben eingesetzt bzw. entfernt werden müssen. _;

Die erfindungsgemäße Kupplung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, ebenso nicht auf die beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen ihrer verschiedenen Teile. Insbesondere können die Luftspalte anstatt zylindrisch auch eben ausgebildet sein, wobei dann die Zähne oder Stäbe beispielsweise von radialen Rippen gebildet sind, welcne in axialer Kichtung aus einer ebenen Scheibe vorspringen, v/eiterhin können die ittuten, welche je zwei benachbarte magnetische Zähne oder Stäbe des Zwlschenbauteils miteinander einschließen .statt unausgefüllt zu sein, mit einem nichtmagnetischen Stoff ausgefüllt sein, und zwar bündig bis zur oberen Kante der Zähne bzw. Stäbe. Diese können auch stattdessen vollkommen in eine Wand, bestehend aus den besagten amagnetischen * Material, eingelassen sein, und zwar derart» daß sie mit ihrer Ober- und Unterkante bündig mit den beiden Seiten dieser Wand abschließen.

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Claims

Ansprüche

1.) Kupplung zwischen zwei koaxialen Wellen-, ■ welche. ein konstantes, von 1 -verschiedenes Drehzahlverhältnis dieser Wellen vermittelt, insbesondere bestehend aus^ drei koaxialen Bauteilen, nämlich einem ersten drehbaren_f mit einer der . beiden besagten Wellen drehsicher verbundenen Bauteil, einem Zwischenbauteil, und einem zweiten drehbaren«, mit der anderen der beiden besagten Y/ellen drehsicher vei'bun&enen Bauteils, wobei die Bauteile jeweils einen -^ranz von unterschiedlich vM.en, in ümfangsrichtung gleichmäßig verteilten Zähnen oder Stäben aus magnetischem Material aufweisen und das erste und zweite Bauteil derart angeordnet sind j daß wenigstens eines ein magnetisches leid erzeugt, welches sich nach dem Durchtritt durch die Zähne bzw. Stäbe des Zwischenbauteils im anderen Bauteil schließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (11) aus einem Abschnitt einer festen und dichten V/and (5) gebildet ist, welche die beiden Bauteile'C1, 5) voneinander trennt.

2. Kupplung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (1,3, 11) konzentrisch zueinander angeordnet sind, und das Zwischenbauteil (11) aus wenigstens einem dünnwandigen Zylinderring besteht, welcher auf einer seiner beiden zylindrischen Mantelflächen mit daraus hervortretenden, magne-.tische Zähne bzw. Stäbe (2) bildenden, Längsrippen versehen ist.

3..; Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen von magnetischen Keiistücken (19) gebildet sind, welche in liänganuten (18) im Zylinderring eingesetzt und darin mittels- vorzugsweise eingepreßter .Zylinderhülsen-'(2Q) axial festgelegt sind. - -

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4. Kupplung nach-einem der vorstehenden...Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwisehenbauteil (11) und wenigstens eines der "beiden Bauteile (1, 3) zwei konzentrische fortlaufende oder unterbrochene Hinge aus magnetischem Material jfufweisen, welche jeweils von zwei Querflächen (15) "begrenzt sind, wobei jede Querfläche eines Ringes in Querrichtung auf eine Querfläche des anderen Kinges ausgerichtet ist, und wobei ferner die Bauteile (1, 3,11) mittels Wälzlager (14) in- "bzw. aufeinander gelagert sind, welche in axialer Richtung keine Kräfte übertragen. . ν

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder King aus magnetischem Material mehr als zwei Querflächen aufweist, indem darin Ringnuten (16) vorgesehen sind, deren Seitenflächen, (17) solche Querflächen bilden.

b. Anwendung der Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüehe in einem Flüssigkeitsniveau-Meßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Bauteile (1,. 3) mit einer Irommei verbunden ist, auf welcne sich das Aufhängekabel eines teilweise in die Flüssigkeit eingetauchten Fühlers wickelt, dessen wirkliches Gewicht einem Dynamometer übertragen ist, das eine Steuerspannung für einen von dem die Flüssigkeit enthaltenden Raum isoxierten Motor abgibt, welcher zusammen mit einem Zähler an das andere der beiden Bauteile (1, 3) angeschJLossen ist.

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