DE1034428B

DE1034428B - Centrifugal clutch, in particular starting and operating clutch for electric motor drives

Info

Publication number: DE1034428B
Application number: DES31125A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Witzschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-11-19
Filing date: 1952-11-19
Publication date: 1958-07-17

Description

Fliehkraftkupplung, insbesondere Anlaß-und B etriebskupplung für elektromotorische Antriebe Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine hinsichtlich ihrer Betriebsbrauchbarkeit besonders vorteilhafte Konstruktion für Fliehkraftkupplungen, insbesondere Anlaß- und Betriebskupplungen für elektromotorische Antriebe, zu schaffen.Centrifugal clutch, in particular starting and operating clutch for electromotive Drives The invention has as its goal, one in terms of their operational usability particularly advantageous design for centrifugal clutches, especially starting and operating clutches for electromotive drives.

Es sind bereits Fliehkraftkupplungen bekannt, bei denen Rollkörper in Gestalt von körnigem Material oder Kugeln als Kupplungsmittel zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil und einem mit Mitnehmern versehenen, auf der treibenden Welle sitzenden Innenteil verwendet sind. Beim Anlauf der treibenden Welle werden hierbei die Rollkörper durch die Mitnehmer ebenfalls in Umlauf versetzt und mit zunehmender Fliehkraft gegen den hohlzylindrischen Außenteil der Kupplung gepreßt, so daß sie dessen Mitnahme bewirken. Centrifugal clutches are already known in which rolling elements in the form of granular material or balls as coupling means between one hollow cylindrical outer part and one provided with drivers, on the driving Shaft seated inner part are used. When starting the driving shaft will be in this case, the rolling elements are also set in circulation by the driver and with increasing centrifugal force pressed against the hollow cylindrical outer part of the clutch, so that they cause it to be taken away.

Es ist bereits eine Reibungskupplung dieser Art vorgeschlagen worden, bei der an dem einen Kupplungsteil eine Trommel befestigt ist, der ein mit dem anderen Kupplungsteil verbundener konzentrischer Armstern zugeordnet ist. Die Verbindung erfolgt hierbei mit Hilfe von Kugeln aus magnetischem Material, die durch einen innerhalb der Armsternnabe angeordneten Elektromagneten gesteuert werden, so daß sie bei Erregung des Magneten nach innen gezogen sind, was einem Leerlauf entspricht, während sie zum Einkuppeln durch Entregung des Magneten losgelassen werden, so daß sie durch die Fliehkraft an die Trommelwandung gedrückt und auf diese Weise eine reibungsschlüssige Verbindung zwischen Armstern und Trommel darstellen. A friction clutch of this type has already been proposed, in which a drum is attached to one coupling part, one with the other Coupling part connected concentric arm star is assigned. The connection takes place here with the help of balls made of magnetic material, which by a arranged within the arm star hub electromagnets are controlled so that they are drawn inwards when the magnet is excited, which corresponds to idling, while they are released to engage by de-energizing the magnet so that they pressed by the centrifugal force to the drum wall and in this way a represent frictional connection between arm star and drum.

Weiter ist bereits eine elastische Verbindung zwischen zwei Wellen bekanntgeworden, bei der entgegen der Wirkung von Federn eine gegenseitige Verdrehung der Wellen gegeneinander bis zu einem durch Anschläge begrenzten maximalen Wert zugelassen wird. Hierbei sind an dem einen Teil starre Anschläge angeordnet, die mit an dem anderen Teil befestigten, federnd ausgebildeten Anschlägen über dazwischen angeordnete Kugeln zusammenarbeiten. Sobald der maximal zulässige Verdrehungswinkel erreicht ist, wird die Verbindung starr, da eine weitere Relativbewegung der einzelnen Teile durch die Hubbegrenzung verhindert wird. Next is an elastic connection between two shafts became known, in which a mutual twisting counter to the action of springs of the waves against each other up to a maximum value limited by stops is allowed. Here, rigid stops are arranged on one part, the with attached to the other part, resiliently formed stops over therebetween arranged balls work together. As soon as the maximum permissible twist angle is reached, the connection becomes rigid, as a further relative movement of the individual Parts is prevented by the stroke limiter.

Für manche Anwendungszwecke ist es erwünscht, daß eine Drehmomentübertragung erst bei höheren Drehzahlen einsetzt. Nach der Erfindung kann dies bei einer Fliehkraftkupplung, bei der als Kupplungsmittel zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil einerseits und einem mit Mitnehmern versehenen, auf der treibenden Welle sitzenden Innenteil andererseits Rollkörper verwendet sind, dadurch erreicht werden, daß die durch die Fliehkraft hervorgerufene Zentrifugalbewegung der Rollkörper in ihre die Drehmomentübertragung bewirkende Lage, in welcher sie gegen die Wandung des hohlzylindrischen Außenteils gedrückt werden, durch die Formgebung der unter der Wirkung einer Rückstellkraft stehenden Mitnehmer mechanisch gehemmt wird. For some applications it is desirable that a torque transmission only starts at higher speeds. According to the invention, this can be done with a centrifugal clutch, in the one hand as a coupling means between a hollow cylindrical outer part and an inner part provided with drivers and seated on the driving shaft on the other hand rolling bodies are used, can be achieved in that the by the Centrifugal movement of the rolling elements caused by centrifugal force in their torque transmission effecting position in which it is against the wall of the hollow cylindrical outer part are pressed by the shape of the under the action of a restoring force stationary driver is mechanically inhibited.

Mit besonderem Vorteil kann bei einer Fliehkraftkupplung mit Kugeln als kuppelnde Rollkörper zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil und einem mit Mitnehmern versehenen Innenteil den Kugeln als Schmiermittel, wie bei Magnetpulverkupplungen bekannt, trockener Graphit beigesetzt werden. Für die konstruktive Durchbildung ist es zweckmäßig, die unter der Wirkung einer Rückstellkraft stehenden Mitnehmer zu einer Sperrvorrichtung auszubilden, die sich erst oberhalb bestimmter Drehzahlen löst, in geschlossenem Zustand aber den Zutritt der Rollkörper nach der Wandung des hohlzylindrischen Außenteiles versperrt. Die mechanische Hemmung des Zutritts der Rollkörper zu der Lage, in der sie einen Reibungsverschluß zwischen Mitnehmer und dem hohlzylindrischen Außenteil herstellen, kann auch dadurch erreicht werden, daß die an dem Innenteil angeordneten Mitnehmer Kammern bilden, deren Wände an den dem Außenteil zugewendeten Enden gegenüber Axialebenen schräg stehen. With a centrifugal clutch with balls as a coupling roller between a hollow cylindrical outer part and one with The inner part of the balls is provided with drivers as a lubricant, as in magnetic particle clutches known to be buried in dry graphite. For constructive training it is expedient to remove the driver, which is under the action of a restoring force to train a locking device, which is only above certain speeds solves, in the closed state, however, the access of the rolling elements after the wall the hollow cylindrical outer part blocked. The mechanical obstruction of access the rolling body to the position in which they create a friction lock between drivers and the hollow cylindrical outer part can also be achieved by that the arranged on the inner part driver chambers, the walls of which on the the ends facing the outer part are inclined with respect to axial planes.

Die Erfindung hat besondere Bedeutung als Anlaß-und Betriebskupplung für elektromotorische Antriebe. The invention is of particular importance as a starting and operating clutch for electromotive drives.

Sie ist vor allem für im Sterndreieckanlauf anzulassende Drehstrom-Asynchronmotoren (Käfigläufermotoren), darüber hinaus aber auch für direkt einschaltbare oder sonstwie anzulassende Motoren jeglicher Art geeignet. Bei allen diesen Antrieben ist es wichtig, die Drehmomentübertragung erst dann beginnen zu lassen, wenn der Motor über seine Kipp- drehzahl hinaus hochgelaufen ist. Bei einem direkt einzuschaltenden Motor soll also die Entlastung so lange andauern, bis der Einschaltstrom mit Sicherheit abgeklungen ist. Ein in Sterndreieckschaltung anzulassender Niotor soll, während er - möglichst auf der Sterustufe - hochläuft, durch die Fliehkraftkupplung entlastet sein. Diese Forderungen lassen sich mit Hilfe der Erfindung bei allen Netzverhältnissen voll befriedigend erfüllen, da sie es ermöglicht, zuverlässige Konstruktionen von Fliehkraftkupplungen zu schaffen, bei denen die Drehmomentübertragung erst beim Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl einsetzt. Auch die weitere, in manchen Fällen, z. B. bei Dreschmaschinenantrieben, geforderte Bedingung, daß nämlich beim Überschreiten eines bestimmten Lastdrehmomentes die Kupplung rutscht, läßt sich zuverlässig erfüllen.It is mainly used for three-phase asynchronous motors to be started in star-delta starting (Squirrel cage motors), but also for directly switchable or otherwise motors of any kind that can be started. With all of these drives it is important let the torque transmission begin only when the engine is over its Tilting speed has run up. With one to be switched on directly The motor should therefore continue to discharge until the inrush current is certain has subsided. A Niotor to be started in a star-delta connection should, while it runs up - if possible at the steroid level - is relieved by the centrifugal clutch be. These requirements can be met with the aid of the invention for all network conditions fully satisfactory as it enables reliable constructions of To create centrifugal clutches in which the torque is only transmitted when Reaching a predetermined speed begins. Also the further, in some cases, z. B. with threshing machine drives, required condition that namely when exceeded a certain load torque, the clutch slips, can be reliably fulfilled.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert. The invention is explained below with reference to the drawings.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Fliehkraftkupplung nach der Erfindung. 1 ist der auf der treibenden Welle zu befestigende Innenteil, 2 der hohlzylindrische Außenteil, der als Riemenscheibe ausgebildet sein kann und zu beiden Seiten mit eingeschraubten Wänden abgeschlossen ist, von denen die vordere in der Darstellung als entfernt angenommen ist. Auf dem Innenteil sind zwei Ringe 3, 4 mit schaufelartig geformten Wänden 13, 14 begrenzt drehbeweglich gelagert, die miteinander ein Käfigsystem für die Rollkörper, hier in Gestalt von Kugeln 10, bilden. Ihre Mitnahme durch das Innenteil 1 erfolgt durch einen Keil 5, ihre begrenzte Drehbeweglichkeit wird durch eine entsprechende Breite der Keilnut 6 ermöglicht. Je zwei zu verschiedenen Ringen gehörende Käfigwände 13, 14 sind durch eine Feder 7 (Fig. 3) verbunden, deren Rückstellkraft des Käfigsystems in die geschlossene Lage (Fig. 1 und 3) zieht, in der die Kugeln 10 nach der Wandung des hohlzylindrischen Außenteils 2 hin nahezu oder vollständig abgeschlossen sind. Figs. 1 and 2 show an embodiment of a centrifugal clutch according to the invention. 1 is the inner part to be attached to the driving shaft, 2 the hollow cylindrical outer part, which can be designed as a belt pulley and is completed on both sides with screwed-in walls, the front of which is assumed to be removed in the illustration. There are two rings on the inside 3, 4 with shovel-like shaped walls 13, 14 mounted rotatably to a limited extent, which together form a cage system for the rolling elements, here in the form of balls 10, form. Their entrainment by the inner part 1 is carried out by a wedge 5, their limited Rotational mobility is made possible by a corresponding width of the keyway 6. Each two cage walls 13, 14 belonging to different rings are spring-loaded 7 (Fig. 3) connected, the restoring force of the cage system in the closed Position (Fig. 1 and 3) pulls in which the balls 10 after the wall of the hollow cylindrical Outer part 2 are almost or completely completed.

Eine besonders gute Raumausnutzung im Käfigsystem ergibt sich, wenn dieses sechs Käfige auf dem Umfang (statt vier beim Ausführungsbeispiel) enthält. Statt Zugfedern, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3, kann man auch eine zwischen die beiden Ringe 3, 4 einzulegende vorgespannte Torsionsfeder (Fig. 4) verwenden, die mit ihren beiden abgebogenen Enden in entsprechende Aussparungen der Ringe eingehängt wird. A particularly good use of space in the cage system results when this contains six cages on the circumference (instead of four in the exemplary embodiment). Instead of tension springs, as in the embodiment according to FIG. 3, one can also use one between use the two rings 3, 4 to be inserted prestressed torsion spring (Fig. 4), which are hung with their two bent ends in corresponding recesses in the rings will.

Läuft nun die treibende Welle und damit das Innenteil 1 an, so wird das Käfigsystem mit den Kugeln mitgenommen. Die Kugeln 10 suchen sich infolge der Fliehkraft in radialer Richtung nach außen zu bewegen, werden aber durch das Käfigsystem zunächst daran gehindert, sich an das hohlzylindrische Außenteil zu legen und die Drehmomentübertragung einsetzen zu lassen. Erst bei einer vorbestimmten, von der Kraft der Federn 7 abhängigen Drehzahl drücken die Kugeln infolge der zunehmenden Fliehkraft die schaufel artigen Wände 13, 14 des Käfigsystems auseinander in die in Fig. 2 dargestellte Lage, pressen sich gegen die Wand des hohlzylindrischen Außenteils und nehmen dieses mit. If the driving shaft and thus the inner part 1 starts up, it will taken the cage system with the balls. The balls 10 are looking for as a result of Centrifugal force to move outward in the radial direction, however, is made possible by the cage system initially prevented from laying on the hollow cylindrical outer part and the To have torque transmission used. Only at a predetermined, from the Force of the springs 7 dependent speed press the balls as a result of the increasing Centrifugal force the shovel-like walls 13, 14 of the cage system apart in the Position shown in Fig. 2 press against the wall of the hollow cylindrical outer part and take this with you.

Es kann vorteilhaft sein, den Innenraum der Kupplung, wie in Fig. 5 dargestellt, durch eine mit dem hohlzylindrischen Außenteil 2 verbundene Ringscheibe 8 zu unterteilen und in jeder der beiden so gebildeten Innenraumhälften ein mit der treibenden Welle gekuppeltes Käfigsystem anzuordnen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Anlagefläche der Kugeln an dem getriebenen Teil, das durch das hohlzylindrische Außenteil und die damit verbundenen senkrechten Wandungen gebildet wird, wird auf diese Weise vergrößert. Außerdem kann man, z. B. durch verschiedene Bemessung der Federn in den beiden Käfigsystemen, dafür sorgen, daß das eine Käfigsystem gegenüber dem anderen beim Anlaufvorgang mit einer gewissen Verzögerung sich öffnet, so daß die Drehmomentübertragung besonders weich einsetzt. It can be advantageous to design the interior of the coupling, as shown in Fig. 5 shown by an annular disk connected to the hollow cylindrical outer part 2 8 to be subdivided and one in each of the two interior halves formed in this way to arrange the driving shaft coupled cage system, as shown in FIG is. The contact surface of the balls the driven part, which is through the hollow cylindrical Outer part and the associated vertical walls is formed, is on enlarged this way. In addition, you can, for. B. by different dimensioning of the Springs in the two cage systems ensure that one cage system is opposite the other opens with a certain delay during the start-up process, so that the torque transmission starts particularly smoothly.

Die in den hohlzylindrischen Außenteil eingeschraubten Endscheiben 11, 12 sind zweckmäßig mit Wälzlagern 15 auf dem Innenteil 1 gelagert. Hierdurch läßt sich die Wärmeentwicklung gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Kupplungen, die mit Gleitlagern versehen waren, wesentlich herabsetzen. The end disks screwed into the hollow cylindrical outer part 11, 12 are expediently mounted on the inner part 1 with roller bearings 15. Through this can the heat development compared to the aforementioned known clutches, which were provided with slide bearings, significantly reduce.

Eine weitere unter Umständen vorteilhafte Ausführungsform mit zwei Käfigsystemen erhält man, wenn man die Fliehkraftkupplung nach der Erfindung so ausbildet, daß das eine Käfigsystem als Drehmoment übertragungssperrvorrichtung vom treibenden Teil der Kupplung, das andere vom getriebenen Teil aus drehzahlabhängig gesteuert wird. (Eine Anlaß- und Betriebskupplung für elektromotorische Antriebe von solcher Ausbildung, daß das gesamte übertragbare Drehmoment unterteilt und teils durch die treibende Welle, teils durch die getriebene Welle steuerbar ist, ist bereits von Reinhardt vorgeschlagen worden.) Die bisher bekannten Fliehkraftkupplungen mit Kugelfüllung hatten im allgemeinen eine Olfüllung als Gleitmittel und als Korrosionsschutz. Sie erforderten daher eine Erneuerung des Öls nach seiner Verschmutzung durch wiederholtes Rutschen. Das Öl ist auch in seiner Viskosität stark temperaturabhängig, wodurch unter Umständen die Wirkungsweise der Kupplung in unerwünschter Weise beeinflußt werden kann. Das läßt sich dadurch vermeiden, daß bei einer Fliehkraftkupplung mit Rollkörpern, insbesondere Kugeln, nach der Erfindung statt Öl eine Trockensubstanz, z. B. Graphit, wie bei Magnetpulverkupplungen bekannt, oder Speckstein, als Gleitmittel verwendet wird. Diese Substanzen haben den Vorzug, daß sie weitgehend Sicherheit gegen Verschleiß gewährleisten und temperaturunabhängig sind. Dadurch gelingt es, die Fliehkraftkupplung praktisch wartungsunabhängig zu machen. Another possibly advantageous embodiment with two Cage systems are obtained if the centrifugal clutch according to the invention is so forms that a cage system as a torque transmission locking device from the driving part of the clutch, the other from the driven part depending on the speed is controlled. (A starting and operating clutch for electromotive drives of such a design that the total transmittable torque is divided and partly is controllable by the driving shaft, partly by the driven shaft, is already by Reinhardt.) The previously known centrifugal clutches with Ball filling generally had an oil filling as a lubricant and as a protection against corrosion. They therefore required renewal of the oil after it was repeatedly contaminated Slide. The viscosity of the oil is also strongly dependent on temperature, which means that may affect the operation of the clutch in an undesirable manner can be. This can be avoided by using a centrifugal clutch Rolling bodies, in particular balls, according to the invention, a dry substance instead of oil, z. B. graphite, as known in magnetic powder clutches, or soapstone, as a lubricant is used. These substances have the merit of being largely safety guarantee against wear and tear and are independent of temperature. This makes it possible to make the centrifugal clutch practically maintenance-independent.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Centrifugal clutch using rolling elements as a coupling means between a hollow cylindrical outer part on the one hand and a on the other hand, the inner part is provided with drivers and sits on the driving shaft, in particular as a starting and operating clutch for electromotive drives, thereby characterized in that the centrifugal movement caused by the centrifugal force the rolling element in its torque transmission effecting position in which it are pressed against the wall of the hollow cylindrical outer part by the shape the driver, which is under the action of a restoring force, is mechanically inhibited will.

2. Centrifugal clutch with balls as coupling rolling elements between a hollow cylindrical outer part and an inner part provided with drivers, in particular according to claim 1, characterized in that the balls act as lubricants dry graphite is added.

3. Centrifugal clutch according to claim 1 or 2, characterized in that that under the effect the restoring force form a locking device that only releases above certain speeds, in the closed state, however, the access of the rolling body to the wall of the hollow cylindrical Completely locks on the outside.

4. Centrifugal clutch according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the arranged on the inner part driver chambers, the walls of which on the the ends facing the outer part are inclined with respect to axial planes.

5. Centrifugal clutch according to claim 1 to 4, characterized in that that the walls of the chambers are made up of two mutually movable systems, which are under the influence of restoring forces that affect the chamfered ends Press against each other in such a way that the opening of the chamber is reduced against the outer body will.

6. centrifugal clutch according to claim 1 to 5, characterized in that that the ends of the chamber walls up to the wall of the hollow cylindrical outer part the coupling reaches and are designed like a cutting edge.

7. Centrifugal clutch according to claim 6, characterized in that springs are arranged between the systems, which emit the restoring force.

8. Centrifugal clutch according to claim 7, characterized in that the springs are designed as pretensioned torsion springs (Fig. 4).

9. Centrifugal clutch according to claim 8, characterized in that the interior in itself is divided in a known manner by an annular disk and each of the two interior halves of the coupling formed in this way have a separate chamber system contains.

10. Centrifugal clutch according to claim 9, characterized in that the two chamber systems are arranged in such a way that they come with each other during the start-up process open one after the other after a certain time delay.

11. Centrifugal clutch according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the outer part (2) on the inner part (1) in a known manner Way is mounted with roller bearings (15).

12. Centrifugal clutch according to one of the preceding claims, characterized characterized in that they are in a manner known per se from the driving part and a Self-moving chamber system controlled by the driven part of the clutch for the rolling elements as a torque transmission device.

Considered publications: German Patent Specifications No. 467 083, 646 573, 506 594; French patents nos. 636 256, 867 805 920 562; British Patent No. 677 019; U.S. Patent No. 2,148,243; "National Bureau of Standards, Technical News Bulletin, "Vol. 34, No. 12, p. 169.

Older patents considered: German Patent No. 924 361.