DE1065071B

DE1065071B - Eddy current brake and clutch

Info

Publication number: DE1065071B
Application number: DES48712A
Authority: DE
Inventors: Franz Diesfeld
Original assignee: JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Current assignee: JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Priority date: 1956-05-14
Filing date: 1956-05-14
Publication date: 1959-09-10

Description

Wirbelstrombremse und -kupplung Wirbelstrombremsen mit inneren und äußeren relativ zueinander rotierenden Teilen mit Kernen magnetisierbaren Materials, deren Zwischenräume Füllungen aus nichtmagnetisierbarem Material besitzen, sind bekannt. Diese haben jedoch nur eine einzige Erregerspule und sind nur in einem von den beiden relativ zueinander rotierenden Teilen mit Zähnen aus magnetisierbarem Material und mit Füllungen aus elektrisch gut leitendem Material in den Räumen zwischen den Zähnen versehen.Eddy current brake and clutch Eddy current brakes with internal and outer parts rotating relative to one another with cores of magnetizable material, The interstices of which have fillings made of non-magnetizable material known. However, these only have a single excitation coil and are only in one of the two parts rotating relative to one another with teeth made of magnetizable Material and with fillings made of electrically conductive material in the spaces between provide the teeth.

Ferner sind Kupplungen bekannt, welche sowohl im Stator als auch im Rotor Ringspulen sowie im Eisen eingebettete Kurzschlußwicklungen besitzen. Bei diesen folgen Pole mit wechselnder Polarität aufeinander, so daß das Bremsmoment bzw. Kupplungsmoment mit steigender Drehzahl abnimmt. Weiterhin gibt es homopolare elektromagnetische Kupplungen, welche aus einem ringförmigen, magnetisch leitfähigen Ständer mit feststehender Ringspule und zwei magnetisch leitfähigen, mit Zähnen versehenen Läufern bestehen, von denen der eine mit der Antriebswelle und der andere mit der Abtriebswelle fest verbunden ist. Dabei stehen sich die Zähne der Läufer in der zur Ringspulenachse senkrechten Mittelebene der Ringspule gegenüber und liegen über je einen schmalen Luftspalt an den Spulenköpfen der Ringspule über das Läufereisen mit dem Ständereisen in einem magnetischen Kreis, dessen Kraftlinien in den Zähnen der Läufer durch einen Metallring konzentriert werden, in den die Zähne eingebettet sind. Diese homopolaren elektromagnetischen Kupplungen besitzen drei Luftspalte, welche außerdem um 90° gegeneinander versetzt sind. Die hohe Zahl der Luftspalte bedingt einen entsprechend hohen magnetischen Widerstand, während infolge der gegeneinander versetzten Luftspalte Kräfte in axialer und radialer Richtung auftreten, welche die Lager sehr beanspruchen und zu Defekten an diesen führen. Eine Konzentration des Kraftflusses wird hier nur an einem Luftspalt erreicht, so daß eine solche Kupplung größere Abmessungen erhalten muß, als wenn die Kraftflußkonzentration an zwei Luftspalten stattfindet. Mit den größeren Abmessungen sind wiederum größere Fliehkräfte verbunden. Außerdem findet durch das Gegenüberstehen von nur ungleichnamigen Polen ein schnelles, hartes Kuppeln statt, was im Kupplungsrupfen und in Schwingungen zum Ausdruck kommt. Es gibt auch elektromagnetisch betätigte Reibungskupplungen, deren innere und äußere zylindrische Teile mit Zähnen versehen sind. Diese sollen den einzigen Elektromagnet relativ zum Anker in eine solche Stellung bringen, daß die Achsen der Zähne zusammenfallen. Außerdem soll eine Längsversetzung des Elektromagnets als Gesamtheit und seines gleitenden Kernes bewirkt werden, um eine Pressung der Kupplungsscheiben herbeizuführen. Die Zähne werden hierbei durch eine Tragkonstruktion aus nichtmagnetisierbarem Material gegen eine Verformung unter Einwirkung der Zentrifugalkraft geschützt. Diese Konstruktion besitzt nur eine einzige Erregerspule, welche außerdem ganz dicht an der Welle liegt, so daß die Wege des magnetischen Flusses sehr lang sind und eine dementsprechend große Streuung haben.Furthermore, couplings are known which are used both in the stator and in the Rotor have toroidal coils and short-circuit windings embedded in the iron. at these are followed by poles with alternating polarity, so that the braking torque or clutch torque decreases with increasing speed. There are also homopolar ones electromagnetic clutches, which consist of a ring-shaped, magnetically conductive Stand with fixed ring coil and two magnetically conductive ones with teeth provided runners exist, one of which with the drive shaft and the other is firmly connected to the output shaft. The runners' teeth stand against each other in the center plane perpendicular to the toroidal coil axis opposite to the toroidal coil and lie via a narrow air gap on each of the coil heads of the ring coil over the armature with the stator iron in a magnetic circuit, the lines of force in the teeth the runner are concentrated by a metal ring in which the teeth are embedded are. These homopolar electromagnetic clutches have three air gaps, which are also offset by 90 ° from one another. The high number of air gaps requires a correspondingly high magnetic resistance, while as a result of each other offset air gap forces occur in the axial and radial direction, which Put a lot of stress on the bearings and lead to defects in them. A concentration the power flow is achieved here only at an air gap, so that such a coupling must get larger dimensions than if the power flow concentration at two air gaps takes place. With the larger dimensions, in turn, greater centrifugal forces are associated. In addition, by confronting only unlike Poles, a fast, hard coupling takes place, which is expressed in clutch picking and vibrations. There are also electromagnetically operated friction clutches, their internal and external ones cylindrical parts are provided with teeth. These are supposed to be the only electromagnet move relative to the armature in such a position that the axes of the teeth coincide. In addition, a longitudinal displacement of the electromagnet as a whole and his sliding core are caused to bring about a compression of the clutch plates. The teeth are supported by a support structure made of non-magnetizable material protected against deformation under the action of centrifugal force. This construction has only one excitation coil, which is also very close to the shaft, so that the paths of magnetic flux are very long and one accordingly have large dispersion.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstrombremse und -kupplung zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet. Die Lösung wird dabei in der Weise herbeigeführt, daß gemäß der Erfindung sowohl der aus einem Hohlzylinder bestehende äußere Teil als auch der aus einem Zylinder bestehende innere Teil an ihrem inneren bzw. äußeren Umfang mit Nuten und Zähnen versehen sind, welche vor den Ringspulen Ausnehmungen besitzen, wobei die Nuten auf der gesamten Länge mit einem nichtmagnetisierbaren, elektrisch gut leitenden Material: ausgefüllt sind, welches seitlich mit den Stirnflächen und am Umfang mit den Zahnoberkanten abschneidet.The invention is therefore based on the object of an eddy current brake and coupling to create which avoids these disadvantages. The solution is doing this brought about in such a way that, according to the invention, both of a hollow cylinder existing outer part as well as the inner part consisting of a cylinder their inner and outer circumference are provided with grooves and teeth, which in front the toroidal coils have recesses, with the grooves along the entire length a non-magnetizable, electrically good conductive material: are filled, which cuts off laterally with the end faces and on the circumference with the top edges of the teeth.

Zur Erhöhung der Frequenz und auch zur Erhöhung der Kupplungsleistung bei einer Relativdrehzahl ordnet man vorzugsweise sowohl den inneren als auch den äußeren Teil drehbar an, wobei die Rotation im entgegengesetzten Sinn erfolgt.To increase the frequency and also to increase the clutch performance in the case of a relative speed, both the inner and the outer part rotatable, whereby the rotation takes place in the opposite direction.

Erfindungsgemäß ist auf der Welle des inneren Teiles ein Zahnkranz fest angeordnet, dessen Zähne in Ritzel fassen, welche um Bolzen drehbar sind, die im äußeren, feststehenden Lagerschild verankert sind. Diese Ritzel stehen ihrerseits im Eingriff mit einem am inneren, drehbaren Lagerschild angebrachten Zahnkranz und versetzen somit den äußeren Teil in eine drehende Bewegung, welche entgegengesetzt zur Rotation des inneren Teiles ist. Beispielsweise besteht der äußere Teil aus mehreren Ringen, welche untereinander und mit dem inneren, drehbaren Lagerschild durch Bolzen fest verbunden sind. Über die äußeren, durch Schrauben mit den feststehenden Außenlagern fest verbundenen Lagerschilde ist ein Hohlzylinder geschoben, welcher den drehbaren äußeren Teil abdeckt.According to the invention, a ring gear is on the shaft of the inner part fixedly arranged, the teeth of which engage in pinions, which are rotatable about bolts that are anchored in the outer, fixed end shield. These pinions are in turn in engagement with a ring gear attached to the inner, rotatable bearing plate and thus put the outer part in a rotating movement, which is opposite to rotate the inner part. For example, there is the outer part made of several rings, which are rotatable with each other and with the inner one Bearing shield are firmly connected by bolts. About the outer, through screws with the fixed outer bearings firmly connected end shields is a hollow cylinder pushed, which covers the rotatable outer part.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse und -kupplung schematisch dar, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie A-B und einen Längsschnitt nach der Linie C-D gemäß Fig. 1 und Fig. 3 einen Längsschnitt bei entgegengesetzt drehbarem innerem und äußerem Teil.The drawings represent embodiments of the invention Eddy current brake and clutch schematically, namely Fig. 1 shows a side view, 2 shows a longitudinal section along the line A-B and a longitudinal section along the line C-D according to FIG. 1 and FIG. 3, a longitudinal section with the interior rotatable in opposite directions and outer part.

Der innere Teil l ist an seinem äußeren Umfang mit Nuten 2 und Zähnen 3 versehen, welche vor der Ringspule 4 Ausnehmungen besitzen. Die Nuten 2 sind in axialer Richtung auf der gesamten Länge mit einem nichtmagnetisierbaren, elektrisch gut leitenden Material 5 ausgefüllt. Der den inneren Teil t umgebende äußere Teil 6 besitzt an seinem inneren Umfang Nuten 7 und Zähne 8, die vor der Ringspule 9 mit Ausnehmungen versehen sind. Auch die Nuten 7 sind in axialer Richtung auf der gesamten Länge mit einem nichtmagnetisierbaren, elektrisch gut leitenden Material 10 ausgefüllt. Der äußere Teil 6 kann feststehen; er kann aber auch in der Weise angeordnet sein, daß er sich entgegengesetzt zum inneren Teil 1 dreht. In diesem Falle ist auf der Welle 11 des inneren Teiles 1 ein gekröpfter Zahnkranz 12 fest angeordnet, dessen Zähne 13 in Ritzel 14 fassen, welche um einen in einem feststehenden äußeren Lagerschild 15 fest angeordneten Bolzen 16 drehbar sind. Die Zähne der Ritzel 14 fassen ihrerseits in einen Zahnkranz 17, welcher am inneren Lagerschild 18 angebracht ist. Der aus einzelnen Ringen 19 bestehende äußere Teil 6 ist mit dem inneren Lagerschild 18 durch Bolzen 20 fest verbunden. Über den äußeren Lagerschilden 15 liegt ein Hohlzylinder 21, so daß der drehbare äußere Teil 6 verdeckt ist. Ferner sind die äußeren Lagerschilde 15 durch Schrauben 22 mit den feststehenden Außenlagern 23 fest verbunden.The inner part l is on its outer periphery with grooves 2 and teeth 3 provided, which have 4 recesses in front of the ring coil. The grooves 2 are in axial direction over the entire length with a non-magnetizable, electrical good conductive material 5 filled. The outer part surrounding the inner part t 6 has grooves 7 and teeth 8 on its inner circumference, which are located in front of the ring coil 9 are provided with recesses. The grooves 7 are also in the axial direction on the entire length with a non-magnetizable, electrically conductive material 10 filled out. The outer part 6 can be fixed; but he can also in that way be arranged so that it rotates in the opposite direction to the inner part 1. In this Case is on the shaft 11 of the inner part 1, a cranked ring gear 12 fixed arranged, the teeth 13 engage in pinion 14, which around a fixed in a outer end shield 15 fixed bolts 16 are rotatable. The teeth of the pinion 14 in turn engage in a ring gear 17 which is attached to the inner bearing plate 18 is. The outer part 6, which consists of individual rings 19, is connected to the inner end shield 18 firmly connected by bolts 20. A hollow cylinder is located above the outer end shields 15 21 so that the rotatable outer part 6 is covered. Furthermore, the outer end shields 15 firmly connected to the stationary outer bearings 23 by screws 22.

Die Anwendungs- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse und -kupplung ist folgende: Sie wird in an sich bekannter Weise mit der abzubremsenden oder zu kuppelnden Vorrichtung verbunden. Wird nun die Ringspule 4 im inneren Teil 1 erregt, so stellen sich die gegenüberstehenden Zähne S im äußeren Teil 6 und im inneren Teil 3 so zueinander ein. daß das magnetische Feld die größtmögliche Dichte erreicht; bei einer Verdrehung von äußerem Teil 6 und innerem Teil t gegeneinander stellt sich dieser eine Reaktionskraft entsprechend der Größe der Induktion entgegen. Der magnetische Kreis schließt sich also in diesem Fall ausgehend von den Zähnen 3 im inneren Teil 1 über die Zähne 8 im äußeren Teil 6. @ird dagegen die Ringspule 9 im äußeren Teil 6 erregt, dann schließt sich der Kreis über den inneren Teil 1. Werden nun beide Ringspulen 4,9 gleichzeitig in einem solchen Sinne erregt, daß sich ihre Wirkungen addieren, so wird der magnetische Fluß entsprechend verstärkt; vor allem wird die Dichte des magnetischen Flusses an den Zahnköpfen und damit die Richtkraft erhöht.The application and mode of action of the eddy current brake according to the invention and coupling is as follows: It is in a manner known per se with the to be braked or connected device to be coupled. Now the ring coil 4 is in the inner part 1 excited, the opposing teeth S in the outer part 6 and in the inner part 3 so one to another. that the magnetic field has the greatest possible density achieved; when the outer part 6 and the inner part t are rotated relative to one another this is opposed by a reaction force corresponding to the magnitude of the induction. In this case, the magnetic circuit closes based on the teeth 3 in the inner part 1 over the teeth 8 in the outer part 6. @ird, however, the ring coil 9 excited in the outer part 6, then the circle closes over the inner part 1. If both toroidal coils 4,9 are excited at the same time in such a way that If their effects add up, the magnetic flux is correspondingly increased; above all, the density of the magnetic flux at the tooth tips and thus the Straightening force increased.

Es handelt sich bei diesem Vorgang um eine rein magnetische Wirkung, die bei Stillstehen von äußerem und innerem Teil - also ohne Relativbewegung -eine verbindende, reibungslose Kraft bewirkt bzw. - im Falle der Bewegung - sich dem in Bewegung befindlichen Teil entgegenstellt.This process is a purely magnetic effect, the one when the outer and inner part are stationary - i.e. without relative movement unifying, frictionless force causes or - in the case of movement - the opposing the moving part.

Eine zweite Wirkung ist mit der Füllung der Nuten mit nichtmagnetisierbarem, elektrisch gut leitendem Material verbunden.A second effect is the filling of the grooves with non-magnetizable, electrically conductive material connected.

Bei einer Relativbewegung zwischen äußerem und innerem Teil tritt die rein magnetische Wirkung nur gering in Erscheinung, da das vorher konstante Feld durch diese Bewegung in ein magnetisches Wechselfeld umgewandelt wird, durch welches z. B. bei Erregung der Ringspule 4 im inneren Teil 1 in den Zahnkopfflächen Wirbelströme zur Ausbildung gelangen, die sich hier in Wärme umsetzen. Denkt man sich die Nuten 2, 7 zwischen den Zähnen 3, 8 nicht ausgefüllt, dann ist die Bildung der Wirbelströme nur unvollkommen, da allein die Zahnkopfflächen zur Verfügung stehen.With a relative movement between the outer and inner part occurs the purely magnetic effect is only slight, since it was constant before Field is converted into an alternating magnetic field by this movement which z. B. with excitation of the ring coil 4 in the inner part 1 in the tooth tip surfaces Eddy currents get to training, which are converted into heat here. One thinks If the grooves 2, 7 between the teeth 3, 8 are not filled, then the formation is complete the eddy currents are only imperfect, since only the tooth tip surfaces are available.

Durch die Füllung der Nuten 2, 7 mit gut leitfähigem, nichtmagnetisierbarem Material wird jedoch die Fläche zur Bildung von Wirbelströmen vervollkommnet, wobei das elektrisch schlechter leitende Material der Zähne zur Bildung des magnetischen Momentes (Nullmoment) in Anbetracht der wichtigen Funktion herangezogen wird.By filling the grooves 2, 7 with highly conductive, non-magnetizable Material, however, is perfecting the surface for the formation of eddy currents, whereby the less electrically conductive material of the teeth to form the magnetic Moment (zero moment) is used in consideration of the important function.

Das Ergebnis ist eine Bremse mit einem kräftigen Nullmoment (statisches Moment) sowie mit einem hohen Drehmoment (dynamisches Moment) oder eine Kupplung mit hohem dynamischem und statischem Kupplungsmoment.The result is a brake with a powerful zero torque (static Torque) as well as with a high torque (dynamic torque) or a clutch with high dynamic and static clutch torque.

Eine Erhöhung der Frequenz der Wirbelströme wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß der äußere Teil 6 mit Hilfe von Zahnkränzen 12 und Ritzeln 14 von der Welle 11 des inneren Teiles 1 angetrieben wird und entgegen der Drehrichtung des inneren Teiles 1 um diesen rotiert.Increasing the frequency of the eddy currents is done in a simple manner achieved in that the outer part 6 with the help of gear rings 12 and pinions 14 is driven by the shaft 11 of the inner part 1 and counter to the direction of rotation of the inner part 1 rotates around this.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Eddy current brake and clutch with internal and outer parts rotating relative to one another with toroidal coils in the outer and in the inner Part as well as with cores and teeth magnetizable material, their interstices Have fillings made of non-magnetizable material, characterized in that both the outer part (6) consisting of a hollow cylinder and that of a Cylinder inner part (1) with grooves on its inner or outer circumference (2, 7) and teeth (3, 8) are provided, which in front of the toroidal coils (4, 9) have recesses have, the grooves (2, 7) over their entire length with a non-magnetizable, Electrically good conductive material (5, 10) are filled, which laterally with the end faces and on the circumference with the top edges of the teeth.

2. Eddy current brake and coupling according to claim 1, characterized in that both the inner part (1) and the outer part (6) are rotatably arranged, the rotation in opposite sense occurs.

3. Eddy current brake and clutch according to claims 1 and 2, characterized in that a ring gear (12) is fixedly arranged on the shaft (11) of the inner part (1), the teeth (13) of which in the outer bearing plate (15 ) anchored bolts (16) grasp rotatable pinions (14), which in turn are in engagement with a ring gear (17) attached to the inner bearing plate (18), and that the outer part (6) consisting of individual rings (19) with the inner The end shield is firmly connected by bolts (20), with a hollow cylinder (21) resting on the outer end shields (15) firmly connected to the stationary outer bearings (23) by screws (22). Documents considered: German Patent No. 837 874; French Patent Nos. 509 871, 1075 450; British Patent No. 612 320.