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Dokumentenidentifikation DE20221763U1 08.11.2007
Titel Kupplungsvorrichtung
Anmelder ASKOLL HOLDING S.r.l., Dueville, Vicenza, IT
Vertreter Huber & Schüssler, 81825 München
DE-Aktenzeichen 20221763
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 08.11.2007
Registration date 04.10.2007
Application date from patent application 29.10.2002
File number of patent application claimed EP 02 02 4107.1
IPC-Hauptklasse F04D 13/06(2006.01)A, F, I, 20070402, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F04D 13/02(2006.01)A, L, I, 20070402, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Einsatzgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung zwischen dem Läufer eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie.

Es ist bekannt, dass die Konstruktion eines elektrischen Motors mit einem permanentmagnetischen Läufer einen Ständer, Ständerbleche, Ständerwicklungen und einen Läufer beinhaltet, der zwischen wenigstens zwei Ständerpolen platziert ist.

Eine Welle erstreckt sich der Länge nach durch den Läufer und ist drehbeweglich an einer Lagerstruktur befestigt.

Es ist zudem bekannt, dass die Anlaufphase eines Synchronmotors umso schwieriger ist, je größer die Trägheit der Arbeitspartie ist.

Es ist eine Tatsache, dass die Anlaufphase ein vorübergehender Modus ist, bei dem sich die Drehrichtung, die Geschwindigkeit und der Strom zwangsweise ändern, bevor ein synchronisierter Modus erreicht wird.

Während dieses Übergangsmodus wird dem Läufer durch den Ständer eine Schwingungsbewegung erteilt, die ein wechselndes magnetisches Feld erzeugt.

Diese Schwingungsbewegung veranlasst den Läufer, durch Herbeiführen eines Drehmoments am permanentmagnetischen Läufer, sich in eine Position zu bewegen, wo das magnetische Feld des Läufers mit dem Ständerfeld ausgerichtet ist.

Wenn der Läufer einen ausreichenden Betrag an kinetischer Energie aufnimmt, um sich nur eine Kleinigkeit aus seiner ausgerichteten Position zu bewegen, erhält er unter diesem „Schwingungs"-Zustand eine zusätzliche Beschleunigung, die ihn dazu veranlasst, sich noch ein bisschen weiter zu drehen. Diese Effekte summieren sich, bis der synchronisierte Modus erreicht wird.

Stand der Technik

Tatsächlich wird vielfach von mechanischen Kupplungen zum Verbinden des Läufers mit der Arbeitspartie Gebrauch gemacht; in der Anlaufphase ermöglichen es diese Kupplungen dem Läufer, sich frei um einen bestimmten Winkel zu schwenken.

Das ist der Fall bei den so genannten Klauenkupplungen, wobei ein erster, eingreifender Zinken, der in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist, starr an den Läufer gekoppelt ist und ein zweiter, angegriffener Zinken, der auch in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist, starr an die Arbeitspartie gekoppelt ist.

Auf diese Weise wird der Läufer während der vorübergehenden Anlaufphase von der Trägheit der Arbeitspartie gelöst und das macht es leichter, die Synchronisation zu erreichen.

Mit anderen Worten wird eine freie Winkelbewegung (typischerweise von 180 Grad) der Leerlaufdrehung erlaubt, an deren Ende die Last mit einem Stoß erfasst wird, der den Läufer und die Arbeitspartie in Eingriff bringt, so dass sie sich zusammen drehen. Beim tatsächlichen Betrieb wird auf diese Weise eine positive Bewegungsübertragung aufgebaut.

Auf diese Weise ermöglicht es der Leerlaufdrehungsausgleichvorgang dem Motor den synchronisierten Betriebsmodus zu erreichen und einen ausreichenden Drehmomentbetrag zu entwickeln, um die Trägheit der Arbeitspartie beim Anlaufen zu überwinden.

Eine Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung zwischen dem Läufer eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie wird in WO-A 9948189 im Namen dieses Anmelders offenbart. Diese Vorrichtung umfasst wenigstens zwei Bewegung übertragende Kupplungen, die gegenseitig in einer kinematischen Serie zusammenwirken.

Eine erste Kupplung der Vorrichtung umfasst wenigstens ein antreibendes Element, das in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und das starr an den Läufer gekoppelt ist, und wenigstens ein angetriebenes Element, das ebenfalls in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und das sich in Bezug auf den Läufer frei drehen kann.

Eine zweite Kupplung dieser Vorrichtung umfasst wenigstens ein antreibendes Element, das in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und ein angetriebenes Element, das ebenfalls in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und das starr an die Arbeitspartie gekoppelt ist.

Der Winkel, der durch die Elemente einer jeden Kupplung abgedeckt wird, beträgt im Ganzen weniger als einen Vollwinkel, aber das antreibende Element der zweiten Kupplung entspricht dem angetriebenen Element der ersten Kupplung, so dass der Winkel der Freiheit zwischen dem Läufer und der Arbeitspartie vergrößert wird.

Mit anderen Worten, das antreibende Element der ersten Kupplung und das angetriebene Element der zweiten Kupplung werden an diskreten axialen Positionen ungehindert voneinander platziert und die mittlere Komponente, die als angetriebenes Element der ersten Kupplung und als das antreibende Element der zweiten Kupplung arbeitet, greift mit ihrer axialen Kontur in den Bewegungspfad der beiden Elemente ein.

Die mittlere Komponente, die zwischen das antreibende und das angetriebene Element der ersten und der zweiten Kupplung platziert wurde, ist ein einzelnes elastisches Element, das aus Gummi gefertigt ist.

Ein Problem, dem durch diese Art von Antriebskupplungen begegnet wird ist, dass die sehr großen Beschleunigungsbeträge (in der Größenordnung von 16000 rad/sec2) des Läufers einen Stoß zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Element verursachen, der sich durch das mittlere Element fortpflanzt.

Die sich ergebene Stoßwelle wird innerhalb des mittleren elastischen Elements eingefangen, was dazu führt, dass letzteres vorzeitig versagt.

Es ist eine vorrangige Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung zwischen dem Läufer eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie bereitzustellen, das die baulichen und funktionalen Merkmale aufweist, die die oben erwähnten Nachteile des Stands der Technik beseitigt.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, den akustischen Umsetzungsgrad (Merkmal des geräuschlosen Laufs) der Vorrichtung von der Motoranlaufphase bis zum Dauerbetrieb für die gesamte Lebensdauer des Motors zu verbessern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bewegung übertragende Vorrichtung von einfacher Konstruktion und kompakter Größe bereitzustellen.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bewegung übertragende Vorrichtung mit vergleichsweise geringen Kosten bereitzustellen.

Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Ermüdungsbeständigkeit der Komponenten und ihre Anwendung zu verstärken.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung zwischen dem Läufer eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie von dem Typ gelöst, der vorhin erwähnt wurde und der durch den beschreibenden Teil des beigefügten Anspruchs 1 definiert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollten klarer aus einer detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels davon, das als nicht einschränkendes Beispiel gegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung verstanden werden, wobei:

Kurze Beschreibung der Erfindung

1 eine Explosionsansicht eines Läufers eines elektrischen Motors mit Permanentmagneten ist, in der die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;

2 eine perspektivische Ansicht einer mittleren Komponente der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;

3 eine diametrale Querschnittansicht (genommen entlang der Linie III-III in 4) der in 1 gezeigten Vorrichtung ist; und

4 eine Querschnittansicht ist, genommen entlang der Linie IV-IV in 3.

Detaillierte Beschreibung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungsansichten wird bei 10 der Läufer eines elektrischen Synchronmotors mit Permanentmagneten im Allgemeinen gezeigt. Der Motor, der nicht gezeigt wird, ist einer vom herkömmlichen Typ.

Der Synchronmotor ist geeignet zur Drehung einer Arbeitspartie; beispielsweise könnte der Motor in einer Kreiselpumpe eingebaut sein, die als Arbeitspartie ein Pumpenrad 17 aufweist. Die folgende Beschreibung wird lediglich zum Zweck unter Bezugnahme auf dieses spezielle Anwendungsgebiet gegeben, die gesamte Erklärung zu vereinfachen.

Der Läufer 10 enthält einen Permanentmagneten 11, der eine zylindrische und ringförmige Form aufweist und als eine Hülse auf einer inneren Nabe 13 des Kunststoffelements 12 befestigt ist, das einen axialen Durchgang 15 aufweist.

Das Kunststoffelement 12 weist sich gegenüberliegende geflanschte Enden 14 auf und ist einstückig mit einer Welle 16 gestaltet, die durch den axialen Durchgang 15 hindurchläuft.

Die Welle 16 ist an das Flügelrad 17 über eine Vorrichtung 1 zur Übertragung von Bewegung gekoppelt, das erfindungsgemäß verwirklicht wurde.

Die Vorrichtung 1 umfasst wenigstens eine erste 2 und eine zweite Kupplung 3, die gegenseitig in einer kinematischen Serie zusammenwirken.

Die erste Kupplung 2 umfasst ein antreibendes Element 23, das einen Abschnitt 22 umfasst, der in Bezug auf die Drehachse des Läufers 10 exzentrisch ist und mit einem Ende der Welle 16 verbunden ist. Solch ein antreibendes Element 23 beinhaltet einen Zinken 22.

Die erste Kupplung 2 umfasst zudem ein angetriebenes Element 5, das wiederum in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist.

Das angetriebene Element 5 umfasst wenigstens ein Paar elastischer Elemente 25 und 26, die in Winkelabfolge zueinander platziert sind, so dass sie eine festgelegte Winkelbreite von ungefähr der Hälfte einer vollen Umdrehung besetzen.

Die zweite Kupplung 3 umfasst ein antreibendes Element, das in Bezug auf die Drehachse des Läufers 10 exzentrisch ist und das drehbeweglich in einem hohlen Körper 18 untergebracht ist, der im Folgenden beschrieben wird.

Vorteilhafterweise korrespondiert das angetriebene Element der zweiten Kupplung 3 mit dem angetriebenen Element 5 der ersten Kupplung 2 und ist mit diesem koinzident.

Die zweite Kupplung 3 umfasst zudem ein angetriebenes Element 24, das starrr mit der Arbeitspartie ist, d.h. dem Pumpenrad 17.

Dieses Element 24 besteht im Wesentlichen aus einem Zinken, der in Bezug auf die Drehachse des Läufers 10 exzentrisch ist. Darüber hinaus befinden sich die Zinken 23, 24 in axialen Positionen, die eigenständig sind und sich nicht gegenseitig stören.

Die erste und die zweite Kupplung sind in einem hohlen Körper 18 untergebracht, der im Pumpenrad 17 zum Ende der Welle 16 hin vorgesehen ist.

Solch ein hohler Körper 18 ist durch einen Deckel 19 verschlossen, der ein zentrales Loch 8 aufweist, das von dem Ende der Welle 16 durchquert wird und das mit einer Ringdichtung 20 versehen ist, die in einer Einpassung nahe dem zentralen Loch 8 angeordnet ist.

Das angetriebene Element 24 der zweiten Kupplung 3, das im Wesentlichen aus einem Zinken besteht, der einstückig mit dem Pumpenrad geformt worden ist, steht innerhalb des hohlen Körpers 18 ab.

Das Element 5, das sowohl als angetriebenes Element der ersten Kupplung 2 als auch als antreibendes Element der zweiten Kupplung 3 wirkt, ist innerhalb des hohlen Körpers 18 zwischen den aneinander stoßenden Zinken 22, 24 drehbeweglich befestigt.

In der Praxis befinden sich die Zinken 22 und 24 auf eigenständigen und nicht störenden Ebenen quer zur Läuferachse und sie sind kinematisch nur über das Element 5 verbunden, das sich mit beiden in Wechselwirkung befindet. Das Winkelprofil der Zinken 22 und 24 würde offensichtlich klein genug sein für die elastischen Elemente 25 und 26, um Bewegungsfreiheit zu genießen.

Jedes elastische Element 25 oder 26 des Elements 5 ist ein Ringsegment, das vorzugsweise (obwohl nicht notwendigerweise) ein viertel einer vollen Umdrehung überspannt. Die Elemente 25, 26 weisen abgerundete Kanten auf, wie es in 2 gezeigt ist.

Die Elemente 25, 26 können auch Winkelbreiten aufweisen, die sich voneinander unterscheiden.

Vorteilhafterweise können die Elemente 25 und 26 mittels eines Diaphragmas oder einer Brücke 27, die sich in einer mittleren Position befindet, einstückig gefertigt sein. Das führt den Vorteil herbei, dass das Element 5, das die Elemente 25, 26 umfasst, einzeln durch beispielsweise Maschinen oder Geräte vom „Bestückungs"-Typ gehandhabt werden können, die für einen automatischen Zusammenbau geeignet sind.

Die Elemente 25 und 26 können aus dem gleichen Material (beispielsweise Gummi) oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.

Die zwei Elemente 25 und 26 repräsentieren ein elastisches System, das in der Lage ist, fortlaufend den Stoß zwischen dem Zinken 22 und 24 zu dämpfen, von denen der zweite, der starr mit dem Pumpenrad 17 ist, ursprünglich ruhig ist.

Vorteilhafterweise verteilen die Elemente 25 und 26 die Stoßenergie über ein größeres Materialvolumen als bisher, wobei sie gleichzeitig durch die Lücke, die dazwischen vorgesehen ist, die reflektierte Stoßwelle abschwächen.

Es ist eine Tatsache, dass die wahlweise Anwesenheit des Diaphragmas oder der Brücke 27 keinen Effekt aufweist; es ist nur sehr wahrscheinlich, dass das Diaphragma bei längerem Lauf bricht, aber das beeinträchtigt in keiner Weise den ordnungsgemäßen Betrieb der Bewegung übertragenden Vorrichtung 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst wirksam das technische Problem und erzielt verschiedene Vorteile, von denen der erste darin liegt, dass der Synchronmotor, der mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, ein Geräusch wiedergibt, das definitiv geringer ist in Bezug auf die Lösungen, die derzeitig durch den Stand der Technik geboten werden.

Darüber hinaus ist eine bemerkenswerte Zunahme der Betriebsdauer solch eines Motors bemerkt worden, im Wesentlichen infolge der längeren Lebensdauer und des verminderten Verschleiß der auf diese Weise ersonnenen Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung.

Schließlich lohnt es sich, darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen und zuverlässigen Aufbau und stark verminderte Kosten aufweist. Sie ist auch für eine Produktion in einem sehr großen Maßstab geeignet, auf diese Weise werden die Gesamtherstellungskosten und -zeiten über automatisierte Montagebänder vermindert.


Anspruch[de]
Verbesserte Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung zwischen dem Läufer (10) eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer mit dem Läufer (10) in Verbindung stehenden Arbeitspartie (17), umfassend:

– eine erste Kupplung (2) an einem Ende der Läuferwelle (16), wobei die Kupplung mit einem Antriebselement (23) versehen ist, das in Bezug auf die Drehachse des Läufers (10) exzentrisch ist,

– eine zweite Kupplung (3), die in einer kinematischen Serie mit der ersten Kupplung (2) zusammen wirkt und die mit einem angetriebenen Element (24) versehen ist, das in Bezug auf die Drehachse des Läufers (10) exzentrisch und starr mit der Arbeitspartie (17) verbunden ist, wobei das Antriebselement (23) und das angetriebene Element (24) in gesonderten und nicht überlappenden Axialpositionen angeordnet sind,

– dadurch gekennzeichnet, dass zwei elastische Elemente (25, 26) vorgesehen sind, die winkelmäßig hintereinander versetzt sind, wobei sich eines von ihnen mit dem Antriebselement (23) der ersten Kupplung (2) überschneidet und das andere mit dem angetriebenen Element (24) der zweiten Kupplung (3).
Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der elastischen Elemente (25, 26) die Form eines Ringabschnitts aufweist. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelbreite des einen (25) der elastischen Elemente (25, 26) von der Winkelbreite des anderen (26) abweicht. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (25, 26) mit Hilfe eines verbindenden Diaphragmas oder einer Brücke (27) als einstückige Konstruktion ausgebildet sind. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (25, 26) jeweils aus unterschiedlichen Material gefertigt sind. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement und das angetriebene Element (5) die elastischen Elemente (25, 26) umfasst, drehbeweglich in einem hohlen Körper (18) befestigt ist, der in der Last (17) in Richtung auf die Welle angeordnet und mit einem Deckel (19) geschlossen ist. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringbereich einem Viertel einer vollen Umdrehung entspricht. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Winkelbreite, die von den Elementen (25, 26) abgedeckt wird, einer Hälfte einer vollen Umdrehung entspricht. Verbesserte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (25, 26) gerundete Kanten aufweisen. Verbesserte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die verbesserte Vorrichtung in einer Kreiselpumpe eingebaut ist, die als Arbeitspartie ein Pumpenrad (17) aufweist.






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