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Kupplung, insbesondere für Dieselfahrzeuge.
Die Erfindung bezieht sich al f Kupplungen, insbesondere solche, wie sie zur Übertragung der Kraft des Antriebsmotors auf die Treibräder der Diesellokomotiven und ähnlicher Fahrzetge Verwendung finden, die durch einen in bezug auf Drehmoment und Tourenzahl wenig anpassungsfähigen Motor angetrieben werden.
Bei derartigen gewöhnlich als Reibungskupplungen ausgebildeten Kraftübertragtingsvorrichtungen muss die gesamte beim Anfahren der Lokomotive od. dgl zu leistende Beschleunigungsarbeit an den Reib- flächen der Kupplung aufgebracht werden. Das führt, zumal die Reibbeläge der Kupplung meist schlechte Wärmeleiter sind, zu ausserordentlich starken Wärmestauungen und damit auch zu einer baldigen Zer- störung der betreffenden Kupplungsteile.
Diese Übelstände lassen sich dadurch vermeiden, dass man den Hauptteil der Beschleunigungsarbeit, beispielsweise den beim Anfahren des Zuges bis zur Erreichung e'ner gewissen Fahrgeschwindigkeit anfznwendendm, der Reibungskupplung abnimmt und ihm einer besonderen, mit dieser kombinierten Kupplung überträgt, die auf der kraftübertragenden Wirkung von durch den einen Kupplungsteil in
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in dem die Wirbelströme erzeugt werden, nach aussen, so dass er mit der Atmosphäre in dauernder unmittelbarer Berührung steht, so lässt sieh die in ihm entwickelte grosse Wärmemenge ohne Schwierigkeiten ableiten, wodurch die ganze Kupplung in bezug auf Wärmestauung ausserordentlich entlastet wird,
und insbesondere die schädigenden Einflüsse übermässiger Temperaturerhöhung der in der Hauptsache nur zum Manövrieren benutzten Reibungskupplung ferngehalten werden.
Wesentlich für die Erfindung ist also in erster Linie die Verbindung der Reibungskupplung mit einer Wirbelstromkupplung, u. zw. in der Weise, dass insbesondere die Teile, in denen die Wirbelströme erzeugt werden, mit der Aussenluft unmittelbar in Berührung stehende, umlaufende ITmfargsteile der Kupplung bilden. Weitere Verbesserungen beziehen sich auf die besondere Ausbildung und Anordnung der kombinierten Kupplung sowie ihrer Teile.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform, u. zw. in der oberen Hälfte in senkrechtem Achsschnitt, in der unteren Hälfte in Seitenansicht. Fig. 2 veranschaulicht in derselben Darstellungsweise eine weitere Aus- führungsform ; hier ist die untere in Ansicht dargestellte Kupplungshälfte weggebrochen gedacht. Fig. 3
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in Abwicklung dar. Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 entsprechender Darstellungsweise, während Fig. 5 diese Ausführungsform in der unteren Hälfte in Ansicht von einem Ende her, im linken oberen Quadranten in einem Schnitt nach der Linie Z und im rechten oberen Quadranten in einem Schnitt nach der Linie X der Fig. 4 darstellt.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist auf die Welle des Dieselmotors, der entweder unmittelbar oder mittels eines Zahnradgetriebes sein Drehmoment auf die Treibräder der Lokomotive übertragen soll,
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ein glockenförmiger Rotationskörper 2 aufgekeilt, der mit dem Flansch 1 der Motorwelle verschraubt ist. Der Körper 2 dient gleichzeitig als Schwungrad und nimmt an einem freien Stirnende den Reibbelag 3 der elektromagnetisch betätigten Reibungskupplung auf. Innerhalb des zylindrischen Hohlraumes des
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kupplung starr verbunden ist.
Der Magnetkörper 5 besteht aus einer Anzahl gleichmässig über den Umfang des auf der Welle 4 sitzenden Nabenkörpers verteilter, radial gerichteter Kernstöcke, die die Erregerwicklungen 8 tragen und aussen mit Polschuhen 9 versehen sind, die sich der Innenfläche des Hohlkörpers 2 anschmiegen. Sowohl die verschiedenen Erregerwicklungen 8 wie auch die einheitliche Erregerwicklung des Magnetsystems 6 erhalten den Erregerstrom durch drei Schleifringe 7 zugeführt. Die Schaltung der Zuführungsleitung ist eine solche, dass die Erregerwicklungen der beiden Magnetsysteme unabhängig voneinander eingeschaltet werden können.
Die Wirkungsweise der Kupplung ist folgende : Der Dieselmotor wird in bekannter Weise leer angelassen, so dass der fest aufgekeilte Sehwungkörper 2 mitrotiert. Soll nun die Kupplung eingerückt, werden, so erregt man mit langsam ansteigendem Strom zunächst das Magnetsystem 5. Hiedurch entstehen in dem Sehwungkörper 2 in bekannter Weise elektrische Wirbelströme, die eine Mitnahme des auf die Welle 4 aufgekeilten Magnetsystems 5 zur Folge haben. Durch langsame Verstärkung des Erregerstrokes nähert Iran allmählich die Drehzahl des mitgenommenen Teiles 5 einem Höchstwert, der durch bekannte Mittel und durch entsprechende Di. ensionierung der magnetischen Stromkreise verändert werden kann.
Ist die durch den Schlupf der Wirbelstromkupplung beding e Höehstdrehzahl erreiehí, so schaltet man die elektromagnetische Kupplung ein. Infolge des Reibungsschlusses auf den Reibflächen wird dabei der Körper 2 mit de 11 Körper 5 starr gekuppelt, so dass jetzt die Wirbelstromübertragung durch die Kupplung überbrückt ist und ausgeschaltet werden kann.
Auf der Reibscheibe der Kupplung ist ge. : näss der Erfindung also nur noch der verhältnismässig kleine Gesohwindigkeitsunterschied zwischen dem Diesel'otor und der Zuggeschwindigkeit zu über-
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Reibfläche der Kupplung wird jetzt nur sehr schwach beansprucht ; sie i leibt deshalb kalt und kann auch geringer dimensioniert werden, da sie keine allzu hohen Beanspruchungen auszuhalten hat. Die Betriebssicherheit der ganzen Anlage wird hiedureh wesentlich erhöht, da eine Auswechslung der Reibbeläge nur in sehr grossen Zeitzwischenräumen nötig wird. Die Anfahrarbeit setzt sich zu n Teil in die Joulesehe Wärme der i'1 Schwungkörper 2 erzeugten Wirbelströn e um.
Der Körper 2 besitzt ver toge seiner grossen Masse eine so erhebliche Wärmeaufnahn efähigkeit, dass er eine unzulässige Te. peratur nicht annimmt.
Die Regelung der Anfahrleistung der Wirbelstromkupplung kann durch bekannte Mittel, z. B. durch Ver- änderung des Erregerstromes oder durch Veränderung der Polzahl oder Polteilung oder durch eine Kombination aller dieser Mittel erfolgen. Ebenso ist die Ausbildung des Körpers, in dem die Wirbelströme sich ausbilden sollen, für das Wesen der Erfindung belanglos ; unter Umständen kann der Einbau eines besonderen Stromträgers für die Wirbelströme zweck. rässig sein. Man kann auch die War. ; evernichtung statt im Schwungkörper in einem besonderen elektrischen Widerstand vornehmen, in den die induzierten Ströme geleitet werden. Dieser Widerstand kann unter Umständen auch zur Regulierung herangezogen werden.
Statt der Magnetkupplung kann auch eine beliebig anders betätigte Reibungskupplung mit der Wirbelstromkupplung kombiniert werden ; die Kombination der Wirbelstromkupplung mit einer elektromagnetischen Kupplung ist aber im allgemeinen vorzuziehen.
Bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 ist mit dem Wellenflansch 1 des Dieselmotors ebenfalls ein gleichzeitig als Schwungrad dienender glockenartiger Hohlkörper 2 starr verbunden, in dessen mantelteil 2a die Wirbelströme erzeugt werden.
Zur Erleichterung der Wärmeabgabe ist der Teil 2a aussen zweckmässig nach Art eines Radiators
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Ganzes betrachtet, die Form eines Zylinders besitzt. Der Körper 5 ist auf die anzutreibende Welle 4 fest aufgekeilt. Der Körper 5 besteht aus zwei Teilen Ja und J & , die bei 5c in einer senkrecht zur Achse liegenden Ebene zusa'nn enstossen und durch Schraubbolzen 5d miteinander verbunden sind. Zwischen den Teilen 5a und 5b befindet sich ein ringförmiger Hohlraum 10, der zur Aufnahme der konzentrisch zur Achse liegenden Erregerspule 8 dient, der der Erregerstrom durch Vermittlung der Schleifringe 7 zugeführt sind.
Aussen an die durch den Hohlraum 10 gebildeten Flansche des Körpers 5 schliessen sich abwechselnd
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wesentlichen über die ganze Tiefe des Innenraumes des Wirbelstromkörpers 2 erstrecken.
Auf der rechten Stirnseite weist der Magnetkörper 5 eine zweite ringförmige Ausnehmung 13 auf, in der die Erregerspule 14 fÜr die Reibungskupplung untergebracht ist. Auch diese Wicklung erhält ihren Strom von den Schleifringen 7 aus. In die betreffende Stirnseite des Körpers 5 sind Bolzen 15 eingeschraubt, die zur Führung der Ankerscheibe 16 dienen und in Bohrungen 17 dieser Scheibe eingreifen. Mit dem äusseren Teil der Innenseite des Ankers 16 tritt beim Einrücken der Reibungskupplung der Reibring 18 in Eingriff, der an eine n besonderen ringform l igen Zwischenstück 19 aus unmagnetische-n Material
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angebracht ist. Dieses Zwischenstück 19 ist an der Stirnseite des Mantelteiles 2a des Wirbelstromkörpers befestigt.
Die Ausbildung aus nichtmagnetischem Material hat den Zweck, das Übertreten des Feldes des Wirbelstromm 19neten in die Ankerscheibe 16 zu verhindern. Der Ringkörper 19 wird zur Erleich-
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kupplung kann nunmehr ausgeschaltet werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausbildung und Anordnung der Pole kann nat'.'tirlich auch durch eine andere ersetzt werden. Wesentlich ist bei dieser Ar. sfuhrungsform dass eine möglichst weitgehende Polunterteilung erreicht wird, ohne dass entsprechend zahlreiche Erregerwicklungen erforderlich wären,
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liche Kraftlinienfluss in einem gemeinsamen Magnetkörper erzeugt werden.
Bei der in den Fig. 4 und a dargestellten Ausführungsform besteht der Körper, in dem die Wirbelströme erzeugt werden, aus einem Ringe 2b, der auf der linken Seite durch Vermittlung eines Schildes 20a an dem Motorwellenflansch 1 befestigt ist, während er auf der rechten Seite durch Vermittlung eines Schildes 20 auf der angetriebenen Welle 4 gelagert ist. Auf diese Welle ist ausserdem ein Stahlgusskörper 5 aufgekeilt, der aus einem inneren, nabenartigen, die Magnetkörper der Reibungskupplung bildenden Teil 5e und aus einem äusseren, kranzartigen, mit dem ersteren durch Arme 51 verbundenen Teile 5g
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an.
Das Ganze bildet einen einheitlichen Stahlgusskörper, der, wie Fig. 4 erkennen lässt, nur so weit massiv gehalten ist, wie es der Verlauf der Kraftliniensysteme der Wicklungen erfordert. Die Wicklungen 14
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des Körpers 5 untergebracht, während die Wicklungen 8 der Wirbelstromkupplung auf dem Polkern 5h sitzen. Auf die beiden Enden des in axialer Richtung über das Polrad vorstehenden Nabenteiles 5e sind Ringe 21, 21 a aufgeschoben und durch Schrauben 22 mit dem Armstern des Polrades verbunden. Diese Ringe dienen als Widerlager für die Reibbeläge 18, 18a, die auf der Innenseite der zu den Magnetkörpern der Reibungskupplungen gehörenden Anker 16, 16a angebracht sind.
Diese Anker t ilden Ringscheiben, die mit Hilfe von über den Umfang verteilten Bolzen 15a in axialer Richtung verschiebbar an den Lager-
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rungen der Schilde 20, 20a untergebracht sind. Die Lagerschilde weisen, wie insbesondere Fig. 5 erkennen lässt, grosse Öffnungen 23 auf, die die Ventilation begünstigen. Das eine Schild 20 ist, wie bereits erwähnt, auf der zugehörigen Welle 4 gelagert, während das andere 20a seinerseits ein Rollenlager 25 enthält,
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von elektrisch gut leitenden, z. B. kupfernen Zwischenringen 26,26a mit dem aus Eisen bestehenden Ringkörper 2b verbunden. In dem Ring 2b bilden sich beim Umlauf des Polrades die die Übertragung
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zur kräftigeren Ausbildung der Wirbelströme.
Sie erfüllen die gleiche Funktion wie die Stirnringe der Käfigwicklung des Kurzschlussläufers bei Drehstrommotoren. Die Erregerströme werden den verschiedenen Wicklungen durch Vermittlung von auf der Welle 4 angeordneten Schleifringen 7 zugeführt.
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strom für die Wirbelstromkupplung eingeschaltet, bis die ar getriebene Welle ihre maximale Drehzahl erreicht hat, die ja, nach der Ausführung der Wirbelstromkupplung und der Stärke der Erregung mehr oder weniger hinter der Drehzahl der treibenden Welle zurückbleibt. Ist diese Drehzahl erreicht, so werden die Erregungen der magnetischen Reibungskupplungen eingeschaltet. Dadurch werden die Anker 16, 16a angezogen und die Reibflächen 21, 21a in Eingriff gebracht.
Es addiert sich also zu dem durch die Wirbel- stromkupplung übertragenen Drehmoment das Moment der Reibungskupplungen hinzu, wodurch die angetriebene Welle 4'weiter beschleunigt wird, bis zwischen den beiden Reibungsflächen der Magnetkupplungen kein Gleiten mehr stattfindet. Die Erreguhg der Wirbelstromkupplung kann dann abgeschaltet werden. Da der Schlepf zwischen den Reibflächen 18 und 21 beim Einrücken der Reibungskupplungen nur klein ist, hält sich auch die Reibungsarbeit in ganz geringen Grenzen, so dass einerseits
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infolge der Reibungsarbeit entstehende geringe Wärme kann bei entsprechender Ausbildung der die Reibungsarbeit aufnehmenden Körper mit Rippen, Kühlkanälen usw. durch die Öffnungen 23 in den Lagerschildern leicht abgeführt werden.
Die Anordnung stellt also eine einen sehr geringen Raum 1 ean- spruehende Kombination einer Wirbelstromkupplung mit einer magnetischen Reibungskupplung dar, deren Abkiihlungsverhältnisse sich ausserordentlich günstig gestalten. Infolgedessen können die Reibflächen hoch beansprucht werden, d. h. einen verhältnismässig kleinen wirksamen Radius besitzen. Die Abführung der Wärme aus dem aussen vollständig freiliegenden Wirbelstromkörper 2b macht keinerlei Schwierigkeiten. Eine Abnutzung dieses Körpers kommt natürlich auch bei längerer Dauer der Einschaltung der Wirbelstromkupplung überhaupt nicht in Betracht.