Magnetkupplung Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine lIagnet.kttpplung von der Art, in welcher ein fliessbares magnetisches Material zur Bil dung einer Verbindung in einem Ringraum zwischen dem treibenden und dem angetrie benen Element der Kupplung verwendet wird. Hierbei ist das magnetische Material aus dem Ringraum entfernbar, wenn das Magnetfeld vollständig aberregt ist.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer kurzen, kompakten Magnetkupplung, ins besondere für Fahrzeuge, welche für ein ge gebenes, zu übertragendes Drehmoment gegen über den bisher bekannten Kupplungen dieser Art ein kleineres Gewicht. aufweist.
Nach der Erfindung ist zu diesem Zweck eine Magnetkupplung mit rotierenden An triebs- und Abtriebselementen, die je magneti- sierbare Teile aufweisen, zwischen welchen ein zur Aufnahme eines fliessbaren magnetischen Materials dienender ringförmiger Raum ge bildet ist, und mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zwischen diesen magnetisierbaren Teilen, dadurch gekennzeich net, dass die felderzeugenden Mittel eine ring förmige Feldspule und axial mit Zwischen raum voneinander angeordnete, an einem jener rotierenden Elemente befestigte Zylinder um fassen,
welch letztere Zylinder zwischen sich und einem magnetisierbaren Teil dieses rotie renden Teils einen ringförmigen Raum ein schliessen, in welchem eine mit dem andern die- ser rotierenden Elemente verbundene magneti- sierbare Hülse derart angeordnet ist, dass an gegenüberliegenden Seiten dieser Hülse Spal ten gebildet sind, in welche das fliessbare magnetische Material fliessen kann, wobei die genannte ringförmige Feldspule zur Erzeu gung eines Ringmagnetfeldes mit Kraftlinien dient, die durch "die verschiedenen magneti- sierbaren Teile gehen und die Hülse zweimal durchdringen, dadurch vier Magnetspalten, je zwei auf jeder Seite der Hülse, bildend,
und wobei die verschiedenen Teile so angeordnet sind, dass bei Erregung der Spule das magne tische Material in die genannten Magnetspal ten gezogen wird und bei Aberregung der Spule wieder aus diesen Spalten abfliessen kann.
Der vorerwähnte, zur Bildung des Ring raumes dienende, magnetisierbare Teil kann einen ferromagnetischen Zylinder bilden, der die genannten in axialer Richtung mit Zwi schenraum voneinander angeordneten Zylin der umgibt und mit diesen verbunden ist und in welchem die genannte Ringfeldspule inner halb dieser letztgenannten magnetisierbaren Zylinder angeordnet ist.
Die Verbindung zwischen dem ferro- magnetischen und den axial mit Zwischenraum voneinander angeordneten Zylinder kann durch einen nichtmagnetischen Ring gebildet sein. Die Hülse kann in einer Ebene zwischen den genannten axial mit Zwischenraum von einander angeordneten Zylindern einen Teil aufweisen, dessen magnetischer Widerstand grösser ist als derjenige der übrigen Hülse. Beispielsweise kann sie dort mit einer in Um- fangsrichtung verlaufenden Nut, oder mit Durchbrechungen versehen sein.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine bei spielsweise Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes dargestellt; es zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erregte Magnetkupplung, wobei der Schnitt in der obern Hälfte nach der Linie A-A der Fig. 2 und der Schnitt.
in der untern Hälfte nach der Linie B -B der Fig. 2 verläuft, Fig. 2 eine teilweise Abwicklung zur Dar stellung der Form einer ferromagnetischen Hülse nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig.3 einen teilweisen Schnitt zur Dar stellung der Lage des feinverteilten, ferro- magnetischen Materials, wenn die gefüllte Kupplung aberregt ist,
und Fig. 4 ein Schnitt entsprechend der Fig. 3 zur Darstellung der Lage des genannten fein verteilten ferromagnetischen Materials, wenn die gefüllte Kupplung erregt ist, und ein Dreh moment überträgt.
In den Zeichnungen sind für entspre chende Teile durchwegs gleiche Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 der Zeichnung bezeichnet 1 einen Mutnehmer, beispielsweise den Flanschteil der Kurbelwelle eines Explosionsmotors und 3 eine Abtriebswelle. Mit dem Mutnehmer 1 ver schraubt und allgemein mit 5 bezeichnet ist das Antriebselement der Kupplung dargestellt. Dieses Antriebselement 5 umfasst einen radia len scheibenförmigen Teil 7 sowie einen äussern peripheren, ferromagnetischen (Stahl) zylin drischen Ring 9. Die Elemente 7 und 9 sind vorzugsweise durch ein einziges schalenförmi ges Stahlstanzstück gebildet.
Die Übergangs stelle 10 zwischen den Elementen 7 und 9 ist ausspringend ausgebildet, wie aus Fig.1 er sichtlich. Der Zylinder 9 ist von einem Ver stärkungsband 11 umgeben und mit einem An lassergetriebeteil 13 verbunden. An die Ele- mente 9 und 11 ist ferner (durch Schweissen) ein nichtmagnetischer, schalenförmiger Ring 15 beispielsweise aus Aluminium, befestigt. Dieser Ring 15 wirkt als Stütze für eine innere Feldanordnung 17, welche einen Teil des Antriebselementes 5 bildet. Diese Feld anordnung besitzt eine gestanzte Stahlnabe 19 mit einem radialen Flansch 21.
Innerhalb der Nabe 19 ist. ein Wälzlager 23 angeordnet, das durch eine zweite, mit. der Welle 3 verkeilte Nabe 25 getragen ist. Ein Lager 27, das zwi schen einem verjüngten Ende 29 der Welle 3 und dem Teil 1 angeordnet ist, dient zusam men mit. dem Lager 23 zur Erhaltung der Ko- a.xialität zwischen den angetriebenen und an treibenden Teilen.
Die Feldanordnung 17 weist ein Paar ring förmiger Stahlstanzstücke 37, 39 und ring förmige Stahlstanzstücke 33, 35 und 29, 31 auf. Alle diese Stanzstüeke sind durch Nie ten 47. zusammengehalten. Die Stanzstücke 37 und 39 sind vorteilhafterweise gleich ausge bildet, ebenso wie die Stücke 33 und 35 sowie die Stücke 29 und 31. Die Stanzstücke 29, 33 und 37 wie auch die Stanzstücke 31, 35 und 39 sind so gebündelt, dass sie Lamellierungen bilden.
Vor der Montage und dem Zusammen= nieten werden zwischen die beiden resultieren den Lamellierungen 29, 33, 37 und 31, 35, 39 eine ringförmige Feldspule 43 und ein nicht magnetischer Abstandsring 45, letzterer vor zugsweise aus Aluminium oder Messing, ange ordnet. Nach dem Zusammennieten der Teile erscheint die Kupplung, wie in Fig. 1 darge stellt, wobei die Feldspule 43 zwischen den Lamelliernngen 29, 33, 3 7 und 31, 35, 39 ge halten ist. Der Ring 45 wird durch die Kanten der äussern zylindrischen Teile der Stanzstücke 29 und 31 in Lage gehalten und durch Zylin derteile der Stücke 33 und 35 überlappt.
Die äussern Zylinderflächen der Stanzstücke 33 und 35 sind mit Nuten versehen, wie beispiels weise bei 47 angedeutet.
An der Nabe 19 ist eine Stütze 49 für eine Isolierspule 51 verbunden, welche Schleifringe 53 für Bürsten trägt, welche in einem geeig neten Erregerstromkreis angeordnet. sind. Die Bürsten sowie der Erregerstromkreis sind, da bekannt, nicht dargestellt. Leitungen 55, wel che in geeigneter Weise bei 5 7 befestigt sind, vervollständigen den Stromkreis durch die Spule 43. Nicht dargestellte geeignete Öff nungen gestatten die Durchführung der Lei tungen 55 durch die Feldanordnung 17 zu der Spule 43.
Die bisher beschriebenen Teile können im folgenden als Antriebsteil oder Feldvorrich tung der Magnetkupplung bezeichnet, werden. Sie werden durch den Teil 1 angetrieben. Die Abtriebsanordnung wird durch ein geeignetes tellerförmiges, ferromagnetisches Stahlstanz- stüek 59 gebildet. Ihre Mittelpartie 61 ist mit tels Nieten 63 mit der Nabe 25 verbunden. Der äussere zylindrisehe Rand oder Hülse 65 des Teils 59 ist zwischen den äussern Flächen der Stanzstücke 33 und 35 und dem zylindrischen Rand der Scheibe 7 angeordnet.
Diese Hülse 65 hat in Abstand voneinander angeordnete Gruppen von äussern Nuten 67, sowie eine grö ssere zentrale Nut 69. Dadurch werden vier voneinander getrennte Spalten 71, 72, 73, 74 gebildet. Alle diese Spalten haben vorzugs weise radiale Dimensionen von 1,2-1,6 mm bis 111s Zoll).
Zwecks Abisolierung des linken Spalt paares 73, 74 vom. rechten Spaltpaar 71, 72 sind periphere längliehe Schlitze oder Durch brechungen 75 in der Hülse 65 vorgesehen. Diese Schlitze 75 bewirken zusammen mit der Nut 69 einen vergrösserten magnetischen Wi derstand in der Mittelebene der Hülse 65 und damit einen erhöhten Grad magnetischer Iso lation zwischen dem linken und dem rechten Ende der Hülse.
Jedem zweiten der Schlitze 75 sind Quer schlitze 77 zugeordnet. Weitere Querschlitze 79, welche sich axial ;durch den Teil 59 er strecken und gegenüber Randschlitzen 81 die ses Teils liegen, sind in gestufter Anordnung zu den Querschlitzen 77 angeordnet. Die Querschlitze 77, 79 und die Schlitze 81 sind alle axial angeordnet, wobei jedoch gewisse Abweichungen toleriert werden können. Die benachbarten Enden 83 der Schlitze 79 und der Schlitze 81 überlappen, in peripherer Rich tung gesehen, die beiden Enden 85 der Schlitze 77. Die Schlitze 77, 79 und 81 dienen der Erleichterung der Verteilung von fliessbarem, magnetischem Material M, wie nachfolgend be schrieben wird.
Für den Fall einer Magnet kupplung mit einem mittleren Durchmesser von etwa 30 cm werden beispielsweise je acht dieser in Fig. 2 dargestellten Schlitze ver wendet.
Konische, mit dem Teil 7 bzw. 25 verbun dene Ablenker 87 und 89 dichten den äussern Teil des Zwischenraumes zwischen den Teilen 7 und 59 ab. Weitere Ablenker 91 und 93, welche mit der Nabe 25 verbunden sind, die nen zum Abdichten des Zwischenraumes zwi schen den Teilen 59 bzw. 17. Die Nieten 63 halten die Ablenker 89, 91 und 93 in Lage. Zusätzliche Dichtungen für die Lager 27 und 23 sind in den Figuren mit 95 und 97 an gedeutet. Die Übergangsstelle 10 zwischen den Teilen 7 und 9 ist so geformt, dass sie einen ringförmigen Raum 99 bildet.
Der niehtmagne- tische Teil 15 ist ebenfalls so geformt, dass er einen ringförmigen Raum 101 bildet.
In die durch die Spalten 71, 72, 73, 74 und Räume 99 und 101 gebildeten Kammern ist eine fliessbare magnetische Mischung M ein gefüllt. Diese Mischung kann irgendwelcher bekannter Art sein. Sie muss fliessbar und von variabler magnetischer Scherfestigkeit sein, um die Magnetspalten zwischen relativ zueinander beweglichen Magnetteilen abschlie ssen zu können, wenn ein Magnetfeld erzeugt wird. Das Magnetmaterial kann unter Wir kung der Zentrifugalkraft aus den Spalten entfernt werden, um diese zu leeren, wenn das Feld aberregt wird (Fig. 3).
Es kann beispielsweise eine Mischung von trockenem, pulverförmig fein verteiltem Eisen zusammen mit einem entsprechend fein verteilten Zusatz von Graphit verwendet werden, wie beispiels weise in der USA-Patentschrift Nr. 2 519 449 beschrieben ist. Selbstverständlich kann auch ein anderes geeignetes Material den gleichen Zweck erfüllen.
Die Menge dieses fein ver teilten Materials wird so gewählt, dass, wenn die Spule 43 aberregt ist und das Antriebs element 5 rotiert, die Mischung unter der Wir- kung der Zentrifugalkraft in die Speicher räume 99 und 101 verdrängt wird, wie in Fig. 3 dargestellt, und zwar teilweise durch die Durchgänge 75, 77, 79 und 81 und teilweise direkt durch die Spalten 71, 72, 73 und 74.
Durch Erregung der Spule 43 wird ein Ringmagnetfeld erzeugt, wie beispielsweise durch die gestrichelten Linien<B>F</B> in den Fig. 1 und 4 angedeutet ist. Dieses Ringmagnetfeld umschliesst die Spule 43 und durchdringt die Spalten 71, 72, 73 und 74. Durch Induktion magnetisiert dieses Feld die fein verteilten magnetisierbaren Teilchen des Materials 1T und zieht sie in die Spalten 71, 72, 73, 74. Gleichzeitig verändert es die Scherfestigkeit der Masse des Materials 31. Es wird eine rasche und gleichmässige, axiale und nach einwärts gerichtete Verteilung der Teilchen durch die Öffnungen 75, 77, 79 und 81 erzielt.
Diese Öffnungen haben vorzugsweise in Querrich tung Dimensionen, welche mindestens das Dop pelte der Dicke der Hülse 65 übertreffen, so dass die auftretenden magnetischen Ausfran- sungserscheinungen die freie Bewegung des Materials durch die Öffnungen nicht stören. Im Anschluss an eine teilweise Erregung ge stattet die Feldstärke, welche ihr Maximum noch nicht erreicht hat, eine gewisse Scher- wirkung im Material 111 in dessen in Fig. 4 dargestellten Stellung, so dass die Kupplung mit Schlupf arbeitet.
Bei voller Erregung wird die Scherfestig keit des Materials M genügend gross, um die Antriebs- und Abtriebsteile 5 bzw. 59 derart zusammenzukuppeln, dass sie unter voller Be lastung synchron rotieren.
Der nichtmagnetische Ring 45, der Zwi schenraum 103 zwischen den Stanzstücken 33 und 35 und die peripheren Nuten 69 und Schlitze 75 verhindern einen Kurzschluss des Ringfeldflusses F sowohl bezüglich der Stanz- stücke 33 und 35 als auch durch den mittleren Teil des Ringes 65. Dadurch wird der grösste Teil des Feldflusses zweimal abgelenkt durch den Ring 65 und über die vier Spalten 77., 72, 73 und 74, wie aus der Zeichnung ersicht lich.
Bemerkenswert ist ferner, dass die äussern Elemente 37 und 39 nicht. bis zu den Enden der ringförmigen Stanzstüeke 29, 31, 33 und 35 reichen. Dadurch wird ungefähr der gleiche Materialquerschnitt bei einem grösseren Durch messer, wie bei 0, durch die Schnitte von nur zwei Elementen 29 und 33 (oder 31 und 35) erzielt, wie bei einem kleineren mittleren Durchmesser, beispielsweise bei I, durch drei Elemente, beispielsweise durch 31, 35 und 39 (oder 29, 33, 37). Dadurch wird eine gleich mässigere Flussdichte in allen Querschnitten des ringförmig die Spule umschliessenden magnetischen Materials erzielt. Mit andern Worten wird das Eisen im Flusskreis bestens ausgenützt, so dass mit einer minimalen Menge auszukommen ist.
Die Folge davon ist eine Gewichtsverminderung, die so weit gehen kann, da.ss die Elemente 29, 31, 33, 35, 37, 39 eben als Stanzstücke hergestellt werden können, was sonst nicht. möglich wäre.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Magnetkupplung liegt darin, dass die Länge des magnetischen Kreises minimal gehalten ist, obschon sie vier Magnetspalten enthält. Der Grund dafür liegt darin, dass diese Spal ten einer einzigen Hülse 65 zugeordnet sind, statt, mehreren solchen Hülsen, wie auch schon vorgeschlagen wurde. Hinzu kommt noch, dass die vier Spalten den Feldfluss von einer ein zigen Spule erhalten.
Während für eine ge gebene Kapazität diese Spule grösser gemacht werden muss als eine Einzelspule für eine Zweispaltenkupplung, geht dies doch nicht. so weit, dass ihre Amperewindungen und ihr (Te- wicht verdoppelt werden müssen, um die gleiche Kapazität zu erzielen, wie zwei der vorerwähnten Kupplungen, deren jede zwei- Spalten aufweist, die einer einzigen Hülse zu geordnet sind. Der vom magnetischen Ma terial zurückzulegende Weg von den Speicher räumen 99 und 101 zu ihren Wirkstellen innerhalb der Spalten 71, 72, 73, 7.1 ist. wesent lich verkürzt.
Die Folge davon ist eine schnel lere Wirkung der Kupplung im Anschluss an eine Erregung oder Aberregung. Der ver grösserte magnetische Widerstand der vier in Serie geschalteten Spalten begünstigt eben- falls eine rasche Öffnung der Kupplung durch Verminderung der Remanenz des magneti schen Kreises.
Wie ohne weiteres verständlich, könnte unter besonderen Umständen statt der be schriebenen Ausführungsform, in welcher die mit dem Element 1 verbundenen Teile die trei benden Teile sind und die mit der Welle 3 verbundenen Teile angetrieben sind, diese An-. triebs- und Abtriebsanordnung umgekehrt werden. Desgleichen kann die Anordnung der Feldteile und des Zylinders 9 bezüglich der lIülse 65 umgekehrt werden.
Bezüglich der Schlitze 77, 79 und 81 ist noch festzustellen, dass die erwähnte Breite von nicht weniger als dem doppelten Wert der Dicke der Hülse den Zweck verfolgt, einen raschen Eintritt des Magnetmaterials in die Spalten im Anschluss an eine Erregung, wie auch ein rasches Austreten des Materials aus diesen Spalten im Anschluss an eine Aberre- gung zu erzielen. Vorzugsweise weisen die Schlitze 75 die gleiche Breite auf, doch ist dies weniger wichtig, da diese Schlitze nicht in erster Linie zur Verbesserung der freien Be wegung des Materials M dienen.
Wie früher erwähnt, dienen diese Schlitze 75 hauptsäch lich der Verhinderung eines Kurzschliessens des magnetischen Kreises h' durch die Hülse 65, da ein solcher Kurzschluss die Magneti- sierung in den Spalten 72 und 73 beeinträch tigen könnte.