DE2631354A1

DE2631354A1 - Anordnung zur uebertragung einer drehbewegung

Info

Publication number: DE2631354A1
Application number: DE19762631354
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Rer Nat Wehde
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1978-01-26

Description

Anordnung zur Übertragung einer Drehbewegung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ubertragen der Drehbewegung einer Welle auf wenigstens eine zweite Welle, wobei auf diesen Wellen Räder, Kegelräder oder dgl. befestigt sind, die einander zugeordnet sind und über die eine Kopplung der Wellen bewirkt Wird.
Es ist bekannt, die Übertragung einer$rehbewegung (hierunter soll auch die Übertragung eines Antriebsmoments verstanden werden) von einer Welle auf eine zweite Welle mittels Zahnrädern vorzunehmen. Eine solche Übertragung verursacht Lärm und das Getriebe ist einer Benützung unterworfen, insbesondere je höher der Betriebadrehzahlbereich liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungsanordnung zu schaffenj die Lärm weitgehend vermeidet und abnützungsfrei ist.
Diese Aufgabe wird-erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese Kopplung durch Kräfte hervorgerufen ist, die durch zwischen den Rädern oder dgl, wirksamen magnetischen Feldern erzeugt werden. -- Bei der Erfindung besteht zwischen den Kupplungsmitteln, z.B. Rädern, Kegelrädern und dgl., keine mechanische Berührung. Damit kann Lärm und Abrieb nicht erzeugt werden, d.h., die Übertragung ist verschleißfrei. Darüber hinaus erhält man eine Koppeleinrichtung zwischen den Wellen, die bei Überlastung nicht beschädigt werden kann, sondern bei der in diesem Falle lediglich eine Verdrehung der Wellen zueinander bei Überwindung der zwischen den Rädern bestehenden Haltemoments zustandekommt. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe spielen Abstandstoleranzen keine sehr große Rolle.
Sie kann vielmehr auch dort angewendet werden, wo zwischen den Wellen Relativbewegungen auftreten, z.B. bei einer elastischen Lagerung der einen Welle. Auch kleine von 0 bzw.-bei Schrägverzahnung von 900 abweichende Winkel zwischen den Wellen können ohne Schwierigkeit verkraftet werden, auch wenn dieser Winkel in einem gewissen Bereich variabel ist. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Übertragung verlustarm. Es kann eine Übertragung im Verhältnis 1 : 1 realisiert werden, jedoch bei entsprechender Ausbildung auch jedes andere Übersetzungsverhältnis. Versuche haben gezeigt, daß das Getriebe auch praktisch hysteresefrei und daher mit verspannten Zahnrädern vergleichbar ist.
Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise realisieren.
Gemäß einer bevorzugten Aushtihrungsform sind auf dem einzelnen Übertragungsrad oder dgl. abwechselnd unterschiedlich polarisierte radial oder axial magnetisierte Permanentmagnete vorgesehen, d.h., es ist mit der Erfindung ein Getriebe mit Radialverzahnung oder St: nverzahnung realisierbar. Die Radialverzahnung kann ähnlich einer Außen - und einer Innenverzahnung ausgebildet sein, wobei im einen Fall die Räder die Magnete am äußeren Umfang tragen und im anderen Fall ein Rad einen äußeren Ring aufweist, der an seinem Innenumfang die Magnete trägt. Bei Verwendung der erwähnten Kegelräder ist wie bei einer Kegelradverzahnung eine Umlenkung der Drehbewegung möglich.
Wenn man ein schwächeres übertragbares Drehmoment in Kauf nimmt, genügt es auch, nur ein Rad mit permanentmagnetischen Polen zu versehen. Das andere Rad muß dann aus weichmagnetischem Werkstoff bestehen und Zähne mit einer entsprechenden Polteilung besitzen.
Man kann die bei niedriger Polzahl auftretende Welligkeit in der Übertragung der Drehbewegung dadurch herabsetzen, daß man schräg geschnittene Magnete aneinandersetzt; in diesem Fall steht die Trennebene zwischen zwei benachbarten Magneten im Winkel zu der Drehachse. Diese Anordnung entspricht einer Schrägverzahnung. Eine ähnliche Wirkung läßt sich mit zwei gleich ausgebildeten, auf einer Welle nebeneinander angeordneten Rädern bzw. Magnetringen erreichen, wenn man diese um etwa eine halbe Polteilung gegeneinander verdreht.
Anstelle der Vielzahl von aufgesetzten Permanentmagneten kann man auch einen Permanentmagneten pro Rad vorsehen und diesem eine Vielzahl von aus Weicheisen gebildeten Polschuhen zuordnen. Solche Anordnung entsprechen dann den Klauenpolankern, wie sie vielfach für kleinere Wechselstromgeneratoren verwendet werden. Eine andere einfache Anordnung ergibt sich, wenn Ringe aus hartmagnetischem Werkstoff benutzt werden, die am Umfang bzw. stirnseitig lateral magnetisiert sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die beiden miteinander zu kuppelnden Räder oder dgl. am genutzten Umfang Zähne oder dgl. auf und es ist ein Magnetfelderzeuger derart den beiden Rädern so zugeordnet, daß wenigstens im Bereich der sich im Eingriff befindenden Zähne Magnetpole gebildet werden. Der Liagnetfelderzeuger kann ein Elektromagnet oder ein feststehender Permanentmagnet sein. Um Wirbelströme zu vermeiden, wird man die Räder aus lamellierten Blechen aufbauen.
Es ist auch möglich, nur am angetriebenen Rad Magnetpole zu erzeugen und das andere Rad aus Hysteresematerial herzustellen. Dieses Hystereserad verhält sich dann ähnlich dem Rotor eines Hysteresemotors, d,h., er läuft beim Anlauf verzögert nach, um sich später in der Geschwindigkeit auszugleichen.
Man kann bei permanentmagnetisch erzeugten Magnetpolen das Rad oder dgl. zusätzlich auch als Rotor eines Antriebsmotors ausnutzen, wobei diesem Rotor eine wenigstens zweiphasige Antriebswicklung zugeordnet wird. Diese wird vorzugsweise nur einem Teil des Rotors gegenüberstehend angeordnet. Es können auch mehrere miteinander gekoppelte Räder gleichzeitig derart angetrieben werden. Die Antriebsmotore können kolleltorlose Gleichstrommotore, aber auch Synchronmotore sein.
Da bei dem erfindungsgemäßen Antrieb ein Luftspalt zwischen den Rädern vorhanden ist und dieser mit einem Medium, das wenigstens schlecht leitet und weitgehend unmagnetisch ist, ausgefüllt sein kann, kann man die Erfindung zum Antrieb einer Welle hinter einer Trennwand, z.B. in einem evakuierten Raum, benutzen.
Anwenden lEßt sich die Erfindung z.B. zum Antrieb der Bohrspindeln einer Mehrspindelbohrmaschine oder aber auch zum Antreiben der Rotore von Texturiermaschinen für Chemiefasern, die mit gleicher Drehrichtung anzutreiben sind. In diesem Palle wird man die beiden anzutreibenden Wellen mit einer angetriebenen Welle nach der erfindungsgemäßen Methode magnetisch koppeln.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen Fig. 1 - ein Ausführungsbeispiel mit Außenverzahnung in Seitenansicht Fig. 2 a) u. b)- zwei Aufsichten auf eines der Räder der Fig. 1, wobei einmal eine 1,Normalverzahnung" und einmal eine 'Schrägverzahnung" vorgesehen ist Fig. 3 - ein Ausführungsbeispiel mit zwei gezahnten Weicheisenrädern und einem diesen zugeordneten Magnetfelderzeuger Fig. 4 - ein Ausführungsbeispiel mit "Innenverzahnung" Fig. 5 - ein Ausführungsbeispiel mit einem Magneten pro Rad Fig. 6 - ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit 3 Rädern, von denen zwei angetrieben werden Fig. 7 - ein Ausführungsbeispiel für den Antrieb der Rotoren einer Texturiermaschine Fig. 8 - eine Aufsicht auf ein Rad mit zwei versetzten Magnet ringen In Fig. 1 sind zwei Wellen 1 und 2 vorgesehen, von denen die Welle 1 in Pfeilrichtung angetrieben sein soll. Mit den Wellen sind Räder 3 und 4 verbunden, die sich an einem Teil ihres Umfangs gegenüberstehen und die auf ihrem Umfang eine Reihe von Permanentmagneten 5 bzw. 6 tragen, wobei diese derart aufgebracht sind, daß benachbarte Magnete gegensinnig (N, S) gepolt sind. Die Räder 3 und 4 bilden die Rückschlüsse. Bei Drehung der Welle 1 in Pfeilrichtung dreht sich die Welle 2 in die ebenfalls angegebene Pfeilrichtung. Das Mitlaufen des Rades 4 bleibt bis zu einem durch die Stärke der Magnete und die Luftspaltgröße vorgegebenen Drehmoment erhalten. In den Luftspalt zwischen den Rädern kann eine Trennwand 7 aus nichtleitendem und unmagnetischem Material vorgesehen sein; d.h., daß das angetriebene Rad 4 z.B. in einem evakuierten Raum laufen kann.
Die Permanentmagnete 5 und 6 können so wie in Fig. 2a) gezeigt, geschnitten sein, d.h. in Aufsicht ein Rechteck darstellen (entsprechend einer Normalverzahnung) oder aber so, wie in Fig. 2b) gezeigt, d.h. in Aufsicht ein Parallelogramm darstellen (entsprechend einer Schrägverzahnung).
In Fig. 3 sind zwei Räder 30 und 31 aus Weicheisen mit Zähnen 32 (nur teilweise dargestellt) vorgesehen, wobei diese Zähne jedoch nicht miteinander in Eingriff kommen. Diesen Rädern ist eine mit Gleichstrom gespeiste Wicklung 33 zugeordnet, die einen Feldverlauf, wie in Fig. 3 angedeutet, erzeugt.
Hierdurch werden im gezahnt dargestellten Bereich der Räder 30 und 31 einerseits Nordpole und andererseits Südpol erzeugt, wodurch auch hier eine Verkopplung zwischen den Rädern zustandekommt, die eine Übertragung einer Drehbewegung zuläßt.
In Fig. 4 ist die Welle 40 mit dem Ring 41 verbunden (nicht dargestellt), der auf seinem Innenumfang Magnete abwechselnder Polarität trägt. Die Wellen 43 und 44 tragen Räder 45, 46, die entsprechend Fig. 1 ausgebildet sind. Bei Drehung des Rings 41 in Pfeilrichtung werden die Räder 45 und 46 und damit die Wellen 43 und 44 mit gleichem Drehsinn, jedoch wegen der unterschiedlichen Radgröße mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben.
In der Fig. 5 sind zwei Wiauenpolrüder dargestellt.
Im Rad ist je ein axial magnetisierter Permanentmagnet 55 und 56 vorgesehen, die in den Zähnen der Weicheisenräder 52 und 53 Nord- bzw. Südpole erzeugen. Damit stellen sich die Zähne der beiden Räder einander gegenüber und dieser Zustand wird auch bei Drehung aufrecht erhalten.
In Fig. 6 sind drei Wellen 60, 61 und 62 mit Rädern 63, 64 und 65 vorgesehen, die ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet sind. Zum Antrieb der drei Wellen mit gleicher Geschwindigkeit sind hier die r,Iagneträder" 63 und 64 noch als Rotoren von Antriebsmotoren ausgebildet. Hierzu ist diesen Rotoren über einen Bereich des Umfangs je eine wenigstens zweiphasige Wicklung zugeordnet. Der Motor kann in bekannter Weise als kollektorloser Gleichstrommotor oder als Synchronmotor ausgebildet sein.
In Fig. 7 werden die beiden Wellen 70 und 71 mittels der angetriebenen Welle 72 und der miteinander verkoppelten Räder 72 und 73 bzw. 72 und 74 angetrieben. Die mit den Wellen 70 und 71 verbundenen, nur angedeuteten Rotoren 80 und 81 einer Texturiermaschine, drehen sich bei Drehung der Welle 72 in der Richtung des Pfeiles 76 in die Richtung der Pfeile 77 und 78; hierbei wird der zwischen den Rotoren geführte Faden 79 in bekannter Weise nach dem Falschdrahtverfahren texturiert.
In Fig. 8 ist ein Rad 82 in Aufsicht gezeigt, das zwei Magnetringe zeigt, deren Magnete um eine halbe Polteilung gegeneinander verschoben sind. Auch diese Ausbildung dient zur Verringerung der Welliglceit.
- Patentansprüche -

Claims

Patent ansprüche Anordnung zinn Übertragen der Drehbewegung einer Welle auf wenigstens eine zweite Welle, wobei auf diesen Wellen Räder, Kegelräder oder dgl. befestigt sind, die einander zugeordnet sind und über die eine Kopplung der Wellen bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kopplung durch Kräfte hervorgerufen ist, die durch zwischen den Rädern oder dgl. wirksamen magnetischen Feldern erzeugt werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rädern usw. abwechselnd unterschiedlich polarisierte, radial oder axial magnetisierte Permanentmagnete aufgebracht sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Rad oder dgl. wenigstens einen Permanentmagneten und eine Vielzahl von aus Weicheisen gebildeten Polschuhen enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander gekoppelta Räder am genutzten Umfang Zähne oder dgl. aufweisen und daß ein Magnetfelderzeuger den beiden Rädern derart zugeordnet ist, daß wenigstens die sich im "Eingriffsbereich" befindlichen Zähne der beiden Räder unterschiedliche Polarität aufweisen.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelderzeuger ein Elektromagnet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur das angetriebene, von zwei miteinander verkoppelten Rädern oder dgl. Magnetpole aufweist und das andere Rad oder dgl. aus Hysteresematerial besteht.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gekoppelte Räder oder dgl. die Magnetpole am äußeren Umfang aufweisen (Außenverzahnung).
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei miteinander verkoppelten Rädern eines einen außen liegenden Ring aufweist, das die Magnetpole am inneren Umfang trägt (Innenverzahnung).
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart angeordnete Magnete eine zur Drehachse im Winkel verlaufende Trennebene aufweisen (Schrägverzahnung).
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinander zwei Ringe mit Magnetpolen vorgesehen sind, die etwa um eine halbe Polteilung gegeneinander verdreht sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Räder mit seinen Magneten eine Antriebswicklung zugeordnet ist und als Rotor eines kollektorlosen Gleichstrommotors oder Synchronmotors dient.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung wenigstens zweiphasig ausgebildet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung dem Rotor nur über einen Teil des Umfangs gegenübersteht.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gekuppelten Rädern eine Schicht (z.B Trennwand) aus weitgehend unmagnetischem und wenigstens schlecht leitenden Material angeordnet ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zum Antrieb der Bohrspindeln einer Mehrspindelbohrmaschine.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zum Antreiben der beiden Rotoren einer Texturiermaschine in gleiche Drehrichtung, wobei deren beide Wellen mit einer angetriebenen Welle magnetisch gekoppelt sind.