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Kombinierte Reibungs- und Wirb elstromkupplung, insbesondere für
Kraftfahrzeuge Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine praktisch verschleiß
freie Kupplung zu schaffen, die ein besonders weiches Einkuppeln gestattet.
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Derartige Kupplungen sind als hydraulische oder als reine Wirbelstromkupplungen
an sich bekannt. Die hydraulischen, Kupplungen bedingen einen erheblichen Aufwand
an empfindlichen Teilen, so daß sie für den rauhen Fah.rzeugbetrieb nur unter besonderen
Voraussetzungen geeignet sind. Die Wirbelstromkupplungen können grundsätzlich keinen
synchronen Lauf zwischen getriebener und antreibender Welle vermitteln, so daß sie
bislang im Fahrzeugbau noch kaum Eingang finden konnten.
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Es ist daher schon vorgeschlagen worden, Reibungs.-kupplungen mit
Wirbelstromkupplungen derart zu kombinieren, daß die Mitnehmerscheibe der Reibungs.-kupplung,
auf ihrem äußeren Umfang mit einem dauermagnetischem Polring versehen, auf eine
zylinderförmige Wirbelstrombahn einwirkt, bis nahezu Synchronismus zwischen treibender
un.d getrieben.er Welle erreicht ist und dann erst die Reibungskupplung in Eingriff
gebracht wird. Bei derartigen Kupplungen übernimmt also der Wirbelstromkupplungsteil
die Aufgabe, die Drehbewegung von der treibenden Welle auf die getriebene Welle
zu übertragen, und zwar gerade während derjenigen Zeit, während welcher der Schlupf
groß sein muß, um ein weiches Einkuppeln zu ermöglichen. Da aber eine Wirbelstromkupplung
in jedem Falle auch bei großem Schlupf völlig verschleiß frei arbeitet, ist es also-
mit solchen Kupplungen möglich, die Zeit, während der die Kupplung schlüpft, beliebig
lang zu. halten. Die starre Verbindung zwischen treibender und getriebener Welle
zum Zwecke des synchronen Antriebs übernimmt dann eine nach den bekannten Grundsätzen
gebaute Reibungskupplung, die nunmehr nur eine außerordentlich kleine Drehzahldifferenz
aus zugleichen hat. Dadurch wird auch für diesen Teil der Kupplung die Verschleißfestigkeit
außerordentlich gesteigert. Die Lebensdauer dieses Reibungsteiles der Kupplung wird
durch diese Maßnahme so gesteigert, daß mani für die Gesamtkupplung praktisch mit
keinem Verschleiß zu rechnen hat.
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In einer bereits vorgeschlagenen Ausführung mit einem Magnetpolrad
auf der Kupplungsscheibe zur Erzeugung von Wirbelströmen in einer am Kupplungsgehäuse
befestigten zylindrischen Wirbelstrombahn ist jedoch d.ie Baulänge derartiger Kupplungen
größer als bei den. heute gebräuchlichen Reibungskupplungen für Fahrzeuge. Hierdurch
wird der nachträgliche Einbau in Kraftfahrzeuge, die bisher mit einer üblichen,
Reibungskupplung ausgerüstet waren, erschwert.
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Die Erfindung beseitigt nun diese Mängel dadurch,
daß bei kombinierten
Reibungs- un.d Wirbelstromkupplungen unter Verwendung von Dauermagneten die Kupplungsscheibe
an ihrer der Gehäuseplatte zugewandten Seite mit segmentförmigen, abwechselnd in
entgegengesetzter, para.llel zur Kupplungsachse verlaufender Richtung magnetisierten
Dauermagn.eten ausgerüstet wird, bei welchen der Abstand zwischen benachbarten Polkanten
gleich oder größer als das Doppelte der Dicke der auf der Kupplungsscheibe befestigten
Wirbelstrombahn einschließlich des in der Einschaltstellung verbleibenden Luftspaltes
ist. Bei einer derartigen Bemessung der Polkantenabstände bewegt -sich der Arbeitspunkt
der Dauermagnete zwischen Einschalt- und Ausschaltstellung der Kupplung nur über
einen verhältnismäßig kleinen Bereich der Entmagnetisiernngskurve. In der Einschaltstellung
ist nämlich die Lage des Arbeitspunktes im wesentlichen durch den Arbeitsluftspalt
bedingt, während in der Ausschaltstellung der gesamte Kraftfluß direkt von Pol zu
Pol übergeht. Der Abstand zwischen zwei ben,achbarten Polen stellt somit einen,
zum Arbeitslu.ftspalt pa.rallel geschalteten Nebenschluß dar, dessen Größe die Lage
des Arbeitspunktes in der Ausschaltstellung bedingt. In der Einschaltstellung jedoch
ist dieser Nebenschluß luftspalt von untergeordneter Bedeutung, da der Arbeitsluftspalt
selbst einen vergleichweise kleineren Widerstand für das Magnetfeld darstellt. Gleichzeitig
wird auf diese Weise erreicht, daß die Streuung der Dauermagnete in axialer Richtung
in
der Ausschaltstellung verhältnismäßig klein bleibt, so d.aß man schon durch kleine
Axialverschiebungen den Arbeits luftspalt nahezu feldfrei machen kann. Auf diese
Weise ist es möglich, kom.binierte Reibungs- und Wirbelstromkupplungen zu bauen,
deren Baulänge diejenige von üblichen Reibungskupplungeti nur um einen geringen.
Prozentsatz überschreitet, so daß der Einbau einer solchen praktisch. verschleißfreien
Kupplung in Fahrzeuge der üblichen Konstruktion kaum Schwierigkeiten bereitet.
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Gemäß der Erfindung sind die Magnetsegmente zu einem geschlossenen.
Ring zusammengefaßt, auf dem mit oder ohne körperliche Polausbildung segmentartige
Pole aufmagnetisiert sind. Durch diese Maßnahme kann die Herstellung der segmen.tartigen,
vielpoligen Magnetanordnung außerordentlich erleichtert und verbilligt werden, da
der gesamte aus Dauermagneten aufgebaute Ring derartiger Körper in einem Stück nach
den üblichen Verfahren, wie Sintern, mit Kunstharz verpressen usw., gefertigt werden
kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Pole der segmentartigen
Dauermagnete mit Polschuhen aus ferromagnetischem Werkstoff versehen.
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Diese Maßnahme ist besonders bei Verwendung von dauermagnetischen
Werkstoffen, mit großer Koerzitivkraft vorteilhaft, weil sich bei diesen infolge
ihrer geringen Permeabilität die Wirkung des Nebenschlußluftspaltes, vor allem in
der Ausschaltstellung, sonst nicht in dem erforderlichen Ausmaß auswirken würde.
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Gemäß der Erfindung können die Reibbeläge an Trägerringen befestigt
werden, welche untereinander durch einige, z. B. säulenförmige Verbindungsstäbe
starr und mit der Kupplungsscheibe axial verschiebba-r verbun.den sind. Diese Reibbeläge
treten erst dann mit der Gehäuseplatte bzw. der Drucliplatte in Verbindung, wenn
sich der Wirbelstromteil durch axiale Verschiebung der Kupplungsscheihe in vollem
Einschaitzustand befindet. Au.f diese Weise kann erreicht werden, daß der Reibungskupplungsteil
der gesamten Anordnung erst dann. zur Wirkung kommt, wenn mit Hilfe des Wirhelstromkupplungsteiles
eine weitgehende Angleichung der Drehzahl der treibenden und der getnchenen Welle
erfolgt ist.
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Erfindungsgemäß kann ein.e derartige Anordnung in entsprechend abgewan.delter
Form auch als Bremse vorteilhaft Verwendung finden.
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Im einzelnen ist die Erfindung an Han.d der Zeichnung näher erläutert.
Es bedeutet Fig. 1 eine kombinierte Reibungs- und WAi7irbelstromkupplung gemäß der
Erfindung im Längsschnitt, in ausgeschaltetem Zustand, Fig. 2 eine Draufsicht auf
einen Teil der mit segmentförmigen Magneten besetzten Kupplungsscheibe in axialer
Richtung, Fig. 3 eine Ansicht auf einen Teil der mit segmentförmigen Magneten besetzten
Kupplungsscheibe und der ihr gegenüberliegenden Gehäuseplatte in radia.ler Richtung,
in ausgeschaltetem Zustand der Kupplung.
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Fig. 4 die Kupplung gemäß Fig. 1 in eingeschaltetem Zustand, Fig.
5 eine Ansicht gemäß Fig. 3 in eingeschaltetem Zustand der Kupplung.
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An der treibenden Welle 1 ist die Gehäuseplatte 2 befestigt, welche
zur Abführung der Wänne, die d.urch die Wirbelströme gebildet wird, mit Kühlrippen
3 versehen sein kann. An ihrer der Isupplungsscheibe 4 zugewandten Seite ist die
ringförmige Wirbelstrombahn 5 aus elektrisch gut leitendem Werkstoff befestigt.
Im Zentrum der Gehäuseplatte 2
ist mittels der Lagerbüchse 6 die getriebene Welle
7 gelagert. Auf dem genuteten Teil 8 der Welle 7 ist die innen genutete Büchse 9
axial verschiebbar angeordnet. Mit dieser Büchse 9 ist die Kupplungsscheibe 4 in
üblicher Weise mittels Niete 10 verbunden. An ihrer der Gehäuseplatte 2 zugewandten
Seite trägt die Kupplungsscheibe 4 gegebenenfalls mit Polschuhen 11 versehene segmentförmige
Magnete 12, deren Feld über den in Fig. 2 bzw. 3 deutlich sichtbaren Luftspalt 13
in dem dargestellten Ausschaltzustand geschlossen ist. Ebenfalls in der Kupplung
scheibe 4 sind die über zylindrische Bolzen 14 verhundenenTrägerringe 15 mit den
Kupplungsbelägen 16 axial verschiebbar in Bohrungen 17 der Kupplungsscheibe 4 gelagert.
Die Federn 18 drücken in der Ausschaltstellung den einen der Ringe 15 gegen die
Kupplungsscheibe 4. Die Druckplatte 19, welche drehbeweglich und axial verschiebbar
auf der Welle 7 gelagert ist, trägt einen Uberwvurfring20, welcher den Flanschring21,
der mit der Kupplungsscheibe 4 verbunden ist, übergreift. Die Feder 22 bringt den.
Uberwurfring 20 und den Flanschring21 zur Anlage. Die Federn 23 haben das Bestreben,
die Druckplatte19 gegen die Kupplungsscheibe 4 bzw. die an ihr befestigten. Teile
und somit gegen die Gehäuseplatte 2 zu pressen, sofern, die Druckplatte 19 n,icht
über den Ausrückring 24 und das Drucklager 25 vom Ausrückhebel 26 mittels des Gestänges
27 gegen die Kraft der Federn 23 in axialer Richtung abgehoben wird. Dabei stützen
sich die Federn 23 über die Federnäpfe 28 im Gehäuse 29 ab, welches mit der Gehäuseplatte
2 fest verbunden ist und mit ihr umläuft. Beim Loslassen des Ausrückhebels 26 bewegt
sich also die Druckpla.tte 19 unter der Wirkung der Federn 23 in axialer Richtung
und schiebt dabei über die Feder 22 die Kupplungsscheibe 4 so lange vor sich her,
basis sich die innen genutete Büchse 9 auf dem Flansch 30 der Lagerbüchse 6 abstützt.
In diesem Augenblick sind die segmen.tartigen Magnete 12 mit ihren Polschuhen 11
bis auf einen geringen Luftspalt der Wirbelstrombahn 5 genähert, so daß sich die
von ihnen ausgehenden Kraftlinien nunmehr unter Schneidung der Wirbelstrombahn 5
über die Gehäuseplatte 2 schließell, d. h., der Wirbelstromteil der Kupplung ist
nunmehr voll eingeschaltet. Die Welle 7 wird nunmehr bis auf einen gewissen Restschlupf
VOll der Welle 1 angetrieben. Bei weiterem Lösen d.es Ausrückhebels 26 drücken die
Federn 23 die Anpreßplatte 19 gegen die Kraft der Feder 22 so lange in a.sialer
Richtung, bis sie mit dem ihr gegenüberliegendell Reibbelag 16 in Berührung tritt.
Nunmehr beginnt der Reibungskupplungsteil in Wirkung zu treten, jedoch noch nicht
unter der vollen Kraft der Federn.23, die zunächst bei weiterer axialer Bewegung
der Druckplatte 19 noch die Federn 18 so weit zusammendrücken müssen, bis die über
die Bolzen 14 verbundenen Trägerringe 15 so weit in Richtung auf die Gehäuseplatte
2 verschoben sind, daß auch der der Gehäuseplatte 2 gegenüberliegen,de Belag 16
sich fest an diese angelegt hat.
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Der Ausrückhebel 26 ist nun. völlig entlastet. so daß sich die Kra,ft
der Federn 23 voll zwischen der Druckplatte 19 und der Gehäuseplatte 2 über die
Reibbeläge 16, welche an den mit der Kupplungsscheibe 4 verbundenen Trägerringen
15 befestigt sind, auswirken kann. Dieser voll eingeschaltete Zustand der Kupplung
ist in Fig. 4 gezeigt. In diesem Zustand ist allein der Reibungsteil der Anordnung
wirksam, so daß nunmehr ein synchroner Antrieb der Welle 7 von der Welle 1 gewährleistet
ist. Die während der Einschaltperiode entstandene Wärme wird über die Kühlrippen
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abgeführt, so daß bei geeigneter Dimen,sionirung keinerlei Überhitzung der Anordnung
auftreten kann.