DE1035419B

DE1035419B - Magnetic particle clutch or brake

Info

Publication number: DE1035419B
Application number: DED14341A
Authority: DE
Inventors: Anthony Winther
Original assignee: Eaton Manufacturing Co
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1953-02-12
Filing date: 1953-02-12
Publication date: 1958-07-31

Description

Magnetpulverkupplung oder -bremse Die Erfindung bezieht sich auf Magnetpulverkupplungen oder --bremsen mit im Abstand voneinander konzentrisch liegenden und mit den zu kuppelnden Teilen verbundenen Arbeitsflächen, zwischen denen ein vermittels einer ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung magnetisierbares, fließfähiges Material angeordnet ist und von denen die äußere Arbeitsfläche glatt ist.Magnetic Particle Clutch or Brake The invention relates to magnetic particle clutches or --brake with concentrically spaced apart and with the closed Coupling parts connected working surfaces, between which one by means of a a magnetic field generating device arranged magnetizable, flowable material and the outer working surface of which is smooth.

Es sind bereits magnetische Kupplungen oder Bremsen mit relativ zueinander umlaufenden kuppelnden Teilen bekannt, zwischen denen eine fließfähige, magnetisierbare Mischung zur Übertragung des Drehmoments zwischen den zu kuppelnden Teilen vorhanden ist. Nach einer bekannten Ausführung ist dabei die Innenfläche des äußeren Gliedes mit Nuten versehen. Bei dieser bekannten Kupplung tritt die Wärmeentwicklung hauptsächlich am inneren Teil auf, von wo sie schlecht abgeleitet werden kann.There are already magnetic clutches or brakes with relative to each other rotating coupling parts known, between which a flowable, magnetizable Mixture for transmitting the torque between the parts to be coupled available is. According to a known embodiment, this is the inner surface of the outer link provided with grooves. In this known coupling, the heat development occurs mainly on the inner part, from where it can hardly be derived.

Das wird dadurch beseitigt, daß bei einer Magnetpulverkupplung mit im Abstand voneinander konzentrisch liegenden und mit den zu kuppelnden Teilen verbundenen Arbeitsflächen, zwischen denen ein vermittels einer ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung magnetisierbares, fließfähiges Material angeordnet ist und von denen die äußere Arbeitsfläche glatt ist; erfindungsgemäß die innere Arbeitsfläche ringförmige Nuten mit dazwischenliegenden Stegen aufweist.This is eliminated by the fact that with a magnetic particle clutch at a distance from each other concentrically and connected to the parts to be coupled Work surfaces, between which one by means of a device generating a magnetic field magnetizable, flowable material is arranged and of which the outer Work surface is smooth; according to the invention the inner working surface is annular grooves has with intervening webs.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Kraftliniendichte am Umfangsteil der Stege größer ist als an der Innenfläche des getriebenen Gliedes, da sich diese aus dem Verhältnis der verfügbaren Oberflächen ergibt. Wenn nun ein magnetisierbares Pulver zwischen das getriebene Glied und das treibende Glied in solchen Mengen eingefüllt wird, daß der Raum zwischen dem Umfangsteil der Stege und der Innenfläche des getriebenen Gliedes ausgefüllt ist, steht das magnetisierbare Pulver unter der Einwirkung des magnetischen Kraftfeldes. Da die Haltekraft des Kraftfeldes an den Stegen größer ist als an der Innenfläche des getriebenen Gliedes, tritt an der Innenfläche des Umfangsgliedes, nicht jedoch an den Stegen ein Schlupf auf, da die Kraftliniendichte an den Stegen größer ist als an der Umfangsfläche. Diese Wirkung wird zwar durch die Zentrifugalkraft etwas verringert, jedoch ist die Wirkung der Zentrifugalkraft nicht so stark, daß die Kräftedifferenz aufgehoben wird, die durch das Verhältnis der Kraftliniendichte an den Stegen und an der Innenfläche des getriebenen Gliedes erzeugt wird.In this way it is achieved that the density of force lines at the peripheral part the webs is larger than on the inner surface of the driven link, since this results from the ratio of the available surfaces. If now a magnetizable Powder is filled between the driven member and the driving member in such amounts that the space between the peripheral part of the webs and the inner surface of the driven Member is filled, the magnetizable powder is under the action of magnetic force field. Because the holding force of the force field on the webs is greater is than on the inner surface of the driven link, occurs on the inner surface of the Circumferential link, but not on the webs, because of the density of force lines is larger on the webs than on the circumferential surface. This effect is admittedly through the centrifugal force is somewhat reduced, but the effect of the centrifugal force is not so strong that the difference in forces caused by the relationship is canceled out the density of lines of force on the webs and on the inner surface of the driven link is produced.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Stege im wesentlichen glatte zylindrische Außenflächen auf. Durch diese Ausbildung erhält man eine besonders günstige Verteilung des zwischen den konzentrischen Arbeitsflächen vorhandenen magnetischen Feldes.According to a preferred embodiment of the invention, the webs essentially smooth cylindrical outer surfaces. Receives through this training a particularly favorable distribution of the between the concentric work surfaces existing magnetic field.

Weiterhin ist es zweckmäßig, am äußeren Kupplungsteil Kühlmittel anzuordnen, die vorzugsweise die Form von an der äußeren Umfangsfläche angeordneten Rippen haben können. Diese zweckmäßige Ausführungsform zeigt besonders deutlich, daß die Kühlung in besonders einfacher und vorteilhafter Weise vorgenommen werden kann, wenn die Wärmeentwicklung überwiegend an der Innenfläche des äußeren Kupplungsteiles auftritt.It is also useful to arrange coolant on the outer coupling part, which preferably have the form of ribs arranged on the outer peripheral surface can. This expedient embodiment shows particularly clearly that the cooling can be made in a particularly simple and advantageous manner if the Heat development occurs predominantly on the inner surface of the outer coupling part.

Als fließfähige, magnetisierbare Mischung kann z. B. eine Mischung von feinverteiltem trockenem Schmiermittel mit feinem Eisenpulver oder eine Mischung aus 01 und feinverteiltem Eisenpulver Ver= wendung finden.As a flowable, magnetizable mixture, for. B. find a mixture of finely divided dry lubricant with fine iron powder or a mixture of 01 and finely divided iron powder Ver = use.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below described on the basis of the drawing.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Teilquerschnitt der Kupplung gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt, in dem die fließfähige magnetische Mischung im Luftspalt der Kupplung bei in Betrieb befindlicher Kupplung zu sehen ist.Fig. 1 shows a vertical partial cross-section of the coupling according to the invention; Fig. 2 shows an enlarged partial section in which the flowable Magnetic mixture in the air gap of the clutch when the clutch is in operation you can see.

Die magnetische Kupplung oder Bremse nach der Erfindung enthält relativ zueinander umlaufende Teile und eine fließfähige, magnetisierbare Mischung zur Übertragung des Drehmoments sowie Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zwischen den Kupplungsteilen, wobei die infolge des Schlupfes entstehende Wärme in dem äußeren Teil auftreten soll, von dem sie sich am leichtesten ableiten läßt. Es wurde festgestellt, daß bei Vorrichtungen dieser Art der Wert der Scherkraft von Eisenpulver mit Schmiermittel, entweder trocken oder flüssig, derart proportional der Flußdichte ist, daß der Wert der Scherkraft viel rascher ansteigen kann als die magnetische Flußdichte. Es kann die Erregung und. somit das Produkt aus Scherkraft und Flächen. an den entsprechenden Oberflächen der relativ zueinander umlaufenden Teile so bestimmt werden, daß der. Schlupf an der gewünschten Fläche auftritt. Durch eine Anzahl im Abstand angeordneter ringförmiger Rillen in der Oberfläche des inneren Teiles werden die glatten Flächen des äußeren Gliedes verkleinert, wodurch infolge der sich ergebenden höheren Flußdichte an dem Teil mit der verminderten Oberfläche- der Schlupf am Teil mit der größeren Fläche und damit dort auch die Wärme auftritt. Tritt die Wärme überwiegend im äußeren Glied auf, so kann sie durch Kühlmittel, z. B. Kühlrippen oder mittels einer Kühlflüssigkeit wirksam abgeleitet werden.The magnetic clutch or brake according to the invention contains relatively parts rotating around each other and a flowable, magnetizable mixture for transfer of the torque and means for generating a magnetic field between the Coupling parts, the heat generated as a result of the slippage occurring in the outer part from which it can be most easily deduced. It was found that for devices of this type, the value of the shear force of iron powder with lubricant, either dry or liquid, so proportional to the flux density that the value the shear force can increase much faster than the magnetic flux density. It can the excitement and. thus the product of shear force and areas. to the appropriate Surfaces of the parts rotating relative to one another are determined so that the. Slippage occurs on the desired surface. By a number spaced annular grooves in the surface of the inner part become the smooth surfaces of the outer member is reduced in size, as a result of the resulting higher flux density on the part with the reduced surface - the slip on the part with the larger Surface and so there is also the heat. If the heat occurs predominantly in the exterior Link on, it can be replaced by coolant, e.g. B. cooling fins or by means of a cooling liquid can be effectively derived.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand näher dargestellt. Mit 10 ist allgemein eine Magnetkupplung oder -bremse bezeichnet, die aus einer treibenden oder Eingangstrommel 12 und einem getriebenen oder Ausgangsrotor 14 besteht.The subject of the invention is shown in greater detail in the drawing. With 10 is generally referred to as a magnetic clutch or brake, which consists of a driving or input drum 12 and a driven or output rotor 14.

Die Trommel 12 enthält einen radialen Teil 16, der innen in einer, Nabe 18 endet, die auf der treibenden Welle 20 aufgekeilt ist. Am äußeren Ende dieses Teiles 16 schließt sich ein axialer Teil 22 an, auf dem eine Reihe von Kühlrippen 24 angebracht ist.The drum 12 includes a radial part 16 which is internally in a, Hub 18 which is keyed onto the driving shaft 20 ends. At the outer end of this Part 16 is followed by an axial part 22 on which a number of cooling fins 24 is attached.

Der Rotor 14 enthält einen Wellenstumpf 26, der mit der getriebenen Welle verbunden werden kann. An diesem Wellenstumpf sitzt ein ringförmiger Teil 28, der auf Kugellagern 30 montiert ist, die auf einer Verlängerung der Welle 20 sitzen. Ein Paar Magnetringe 32 ist am Teil 28 des Wellenstumpfes 26 angeschraubt oder in ähnlicher Weise befestigt. Sie nehmen zwischen sich die ringförmige Magnetspule 34 auf.The rotor 14 includes a stub shaft 26 which can be connected to the driven shaft. An annular part 28 sits on this stub shaft and is mounted on ball bearings 30 which sit on an extension of the shaft 20. A pair of magnetic rings 32 is screwed to part 28 of the stub shaft 26 or fastened in a similar manner. They take the ring-shaped magnetic coil 34 between them.

Während die Innenteile der Ringe 32 die Spule 34 fest umschließen, lassen die Randteile 36 Platz für einen nichtmagnetischen Ring 35, der die Spule vollständig umschließt. Die Außenflächen der Randteile 36 der Ringe 32 sind jeweils mit einer Anzahl ringförmiger, axial getrennter Rillen 38 versehen, so daß sie gegenüber der glatten Innenwandung des axialen Teiles 22 der Trommel 12 eine verminderte Oberfläche haben.While the inner parts of the rings 32 tightly enclose the coil 34, the edge parts 36 leave room for a non-magnetic ring 35 that forms the coil completely encloses. The outer surfaces of the edge portions 36 of the rings 32 are respectively provided with a number of annular, axially separated grooves 38 so that they are opposite the smooth inner wall of the axial part 22 of the drum 12 has a reduced surface to have.

Die Rillen sind in den Zeichnungen mit quadratischem Querschnitt dargestellt, können jedoch jede andere Form haben, wenn sie nur die Randfläche ihres Gliedes bezüglich der entsprechenden Fläche der Innenwandung des axialen Teiles der Trommel wirksam verkleinern, wobei die Stege zwischen den Rillen die wirksame Fläche des Rotors gegenüber der glatten Fläche der Innenwandung des Trommelteiles bilden.The grooves are shown in the drawings with a square cross-section, however, they can have any other shape if only the peripheral surface of their limb with respect to the corresponding surface of the inner wall of the axial part of the drum effectively reduce the size, the ridges between the grooves being the effective area of the Form rotor opposite the smooth surface of the inner wall of the drum part.

Um die fließfähige magnetische Mischung 39 in der Kupplung zu halten, sind Labyrinthdichtungen 40 und 42 vorgesehen und an den entsprechenden Enden der Ringe 32 vorgesehen. Die' Dichtung 40 enthält ein Element 44, das auf der Innenwandung des radialen Teiles 16 der Trommel befestigt ist und eine Reihe radial mit Abstand angeordneter schräger Manschetten 46 aufweist, die zwischen entsprechende Manschetten 48 am Teil 50 greifen, der auf einer Seite des Ringes 32 angeordnet ist. Die Dichtung 42 gleicht der Dichtung 40 und enthält ein Element 52, das an der Seitenfläche des zweiten Ringes 32 befestigt ist. Sie enthält ebenfalls eine Reihe von Manschetten 54, die abwechselnd mit den Manschetten 56 an der Abschlußplatte 58 angeordnet sind. Die Platte 58 ist am freien Ende des axialen Teiles 22 der Trommel 12 montiert.In order to hold the flowable magnetic mixture 39 in the coupling, labyrinth seals 40 and 42 are provided and provided at the respective ends of the rings 32 . The 'seal 40 includes an element 44 which is fastened to the inner wall of the radial part 16 of the drum and has a series of radially spaced oblique collars 46 which engage between corresponding collars 48 on the part 50 which is on one side of the ring 32 is arranged. The seal 42 is similar to the seal 40 and includes a member 52 that is attached to the side surface of the second ring 32. It also contains a series of collars 54, which are arranged alternately with the collars 56 on the end plate 58. The plate 58 is mounted on the free end of the axial part 22 of the drum 12.

Die Dichtungen 40 und 42 halten die fließfähige magnetische Mischung in dem von ihnen abgeschlossenen Raum zwischen Trommel und Rotor, so daß immer eine ausreichende Menge dieser Mischung für das richtige Arbeiten der Kupplung verfügbar ist. Eine Menge dieser Mischung, die gerade den Spalt zwischen der glatten Innenfläche der Trommel und den Stegen 59 zwischen den Rillen 38 am Rotor zu füllen vermag, reicht zum richtigen Arbeiten der Kupplung aus. Weil nur eine zur Füllung des radialen Spaltes zwischen den Rotorstegen und der Innenwandung der Trommel ausreichende Menge der magnetischen Mischung vorgesehen wird, ergibt sich keine Hemmung längs der Rillenwandungen, so daß ein wesentlicher Unterschied der wirksamen Fläche von Rotor und Trommel entsteht.The seals 40 and 42 hold the flowable magnetic mixture in the space between the drum and rotor that is closed off by them, so that there is always one sufficient amount of this mixture is available for the clutch to work properly is. A lot of this mixture that just made the gap between the smooth inner surface able to fill the drum and the webs 59 between the grooves 38 on the rotor, is sufficient for the clutch to work properly. Because only one to fill the radial Gap between the rotor webs and the inner wall of the drum sufficient amount the magnetic mixture is provided, there is no obstruction along the groove walls, so that there is a significant difference in the effective area of rotor and drum.

Der Strom wird der Spule 34 über die Bürsten 60 und 62 zugeführt, die auf den Schleifringen 64 und 66 gleiten, welche isoliert an der Seite eines der Ringe 32 angebracht und an die Spule angeschaltet sind.The current is fed to the coil 34 via the brushes 60 and 62, which slide on slip rings 64 and 66, which are isolated on the side of a of the rings 32 are attached and connected to the coil.

Wegen des. Unterschiedes in der wirksamen Scherfläche zwischen den Ringen 32 und der des axialen Teiles der Trommel bei gegebener Erregung der Spule nimmt die fließfähige magnetische Mischung infolge der magnetischen Induktion längs der Bahn A um die Spule 34 zwischen den Ringen 32 und dem axialen Teil 22 der Trommel bei Drehung der Trommel 12 die in Fig. 2 gezeichnete Lage ein. Es sei beispielsweise der Wert der Scherkraft bei einer Flußdichte der Trommeloberfläche entsprechend 600/o der Flußdichte der wirksamen Stegfläche der Ringe 32 annähernd 0,14 kg/cm² für die Trommelfläche und 0,35 kg/cm² für die Rotorfläche bei einer gegebenen Erregung angenommen. Beträgt dann die wirksame Fläche des Rotors 60% der wirksamen Fläche der Trommel, so ist der Gesamtwert der Scherkraft der Trommeloberfläche 0,24 kg/cm2 und der der Rotoroberfläche 0,35 kg/cm2. Deshalb tritt der Schlupf zwischen Trommeloberfläche und fließfähiger magnetischer Mischung eher als an der Rotoroberfläche auf. An der Trommeloberfläche kann aber die dort entstehende Wärme leichter als im Rotor, z. B. durch Kühlrippen abgeleitet werden.Because of the difference in effective shear area between the Rings 32 and that of the axial part of the drum when the coil is excited takes the flowable magnetic mixture lengthways as a result of magnetic induction of the path A around the spool 34 between the rings 32 and the axial part 22 of the drum the position shown in FIG. 2 when the drum 12 rotates. Let it be for example the value of the shear force at a flux density of the drum surface accordingly 600 / o of the flux density of the effective land area of the rings 32 is approximately 0.14 kg / cm² for the drum area and 0.35 kg / cm² for the rotor area for a given excitation accepted. The effective area of the rotor is then 60% of the effective area of the drum, the total value of the shear force of the drum surface is 0.24 kg / cm2 and that of the rotor surface 0.35 kg / cm2. Therefore, the slip occurs between drum surfaces and flowable magnetic mixture rather than on the rotor surface. At the However, the drum surface can absorb the heat generated there more easily than in the rotor, e.g. B. can be derived by cooling fins.

Die obigen Ausführungen gelten nicht nur für Kupplungen, sondern in gleicher Weise auch für derart konstruierte Bremsen.The above statements apply not only to clutches, but in in the same way for brakes designed in this way.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Magnetic particle clutch or brake with at a distance concentric to each other and connected to the parts to be coupled Work surfaces, between which one by means of a device generating a magnetic field magnetizable, flowable material is arranged and of which the outer The work surface is smooth, characterized in that the inner work surface is annular Has grooves (38) with interposed webs (59).

2. Magnetic particle clutch according to claim 1, characterized in that the webs (59) are essentially smooth have cylindrical outer surfaces.

3. Magnetic particle clutch according to Claim 1, characterized in that coolant is applied to the outer coupling part are arranged, which preferably have the shape of on the outer peripheral surface (22) have attached ribs (24). References contemplated: United States Patent Specification No. 2,543,394; German patent application p 38887 VIII d / 21d¹ (published on June 26, 1952).