DE19825264C1 - Drehzahl- und fliehkraftabhängige Schlupfkupplung - Google Patents

Abstract

Im einfachen Aufbau der zwischen zwei drehenden Teilen (1, 2) angeordneten Kupplung trägt das eine Teil (1) auf der dem zweiten Teil (2) zugewandten Seite einen ringförmigen Mitnehmer (3), der mit Reibschluß gegen eine zylindrische Mantelfläche (4) des zweiten Teils (2) wirkt und wobei die Wirkung der vom ringförmigen Mitnehmer (3) und der zylindrischen Mantelfläche (4) gebildeten Schlupfkupplung durch die Drehzahl des ersten Teils und die auf den Mitnehmer einwirkende Fliehkraft zu einer Aufweitung des elastisch ausgebildeten Mitnehmers führt.

Description

Aus der US 1 994 141 ist eine fliehkraftabhängige Reibungs­ kupplung bekannt, bei der ein unter Federspannung stehendes Band einen Reibbelag gegen die Mantelfläche einer drehenden Trommel hält. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft wird die Federvorspannung des Bandes verändert und damit verändert sich die Mitnahmewirkung des Reibbelages gegenüber der dre­ henden Trommel. Diese Reibungskupplung ist wegen der Feder­ vorspannung, dem Spannband und der Reibbelageinlage aufwendig sowie störanfällig.

Aus der DE 195 17 959 C1 ist ein elektrischer Antrieb für Schienenfahrzeuge und spurgebundene Fahrzeuge, mit einem Elektromotor und wenigstens einem auf der Motorwelle angeord­ neten Lüfterrad bekannt. Bei einem derartigen Antrieb soll die Motorkühlung verbessert werden. Hierzu ist eine von der Motordrehzahl abhängige Schlupfkupplung zwischen der Motor­ welle und dem frei drehbar auf der Motorwelle gelagerten Lüf­ terrad vorgesehen, wobei ab einer vorgebbaren Motordrehzahl die Wirkung der Schlupfkupplung bis zur Aufhebung der Kraftübertragung reduzierbar ist und wobei bei abfallender Motordrehzahl die Kraftübertragung der Schlupfkupplung wieder zunimmt.

Elektromotoren für schienen- und spurgebundene Fahrzeuge, wie Drehstrom-Bahnmotoren, werden in zunehmendem Maße mit hohen Drehzahlen betrieben, um die Motor-Drehmomente und somit das Motorgewicht wie auch die Bauform klein zu halten. Gemäß der DE-B-25 14 265 ist zur Motorkühlung ein fest auf der Motor­ welle angeordnetes Lüfterrad vorgesehen, das mit der jeweili­ gen Motordrehzahl angetrieben wird und die Umgebungsluft ent­ weder durch den Motor oder durch spezielle Außen-Kühlkanäle saugt oder drückt.

Um von der Umgebungsluft und der Luftfördermenge des Motors unabhängig zu sein, wurden auch schon aufwendige Fremdkühlsy­ steme vorgeschlagen, die entweder auf der Basis einer Fremd­ belüftung mit Luftführung und eigenem Gebläsemotor oder auf der Basis einer Wasserkühlung arbeiten. Diese Kühlsysteme und ihre Steuerungen sind sehr aufwendig.

Um das durch einen Ventilator mit zunehmender Rotationsge­ schwindigkeit ansteigende Motorengeräusch zu reduzieren, ist aus der CH-A-664 242 ein Kühlluftventilator für eine drehende elektrische Maschine bekannt, mit einem an einem Joch befe­ stigten Stator und einem auf einer drehbar auf dem Joch ge­ stützten Welle befestigten Rotor, wobei der Kühlluftventila­ tor drehbar mittels eines Lagers auf der Welle angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Magnetpaaren ist auf dem Rotor oder dem Ventilator befestigt. Eine nicht eisenhaltige Scheibe ist am Ventilator oder dem Rotor befestigt und weist einen ring­ förmigen, zwischen den Magnetpaaren angeordneten Flansch auf. Der Ventilator wird durch die Wechselwirkung zwischen den Ma­ gneten und im Scheibenflansch induzierten Wirbelströmen ange­ trieben. Es tritt ein als Funktion der Geschwindigkeit an­ steigender Schlupf auf, wobei der durch den Ventilator be­ wirkte Geräuschpegel reduziert wird. Bei hohen Motordrehzah­ len kann es bei ausreichender Fahrtwindkühlung wünschenswert sein, daß die Mitnahmewirkung der Kupplung bis zur Wirkungs­ losigkeit aufhebbar ist. Dies läßt sich mit dieser bekannten Magnetkupplung nicht erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine drehzahl- und fliehkraft­ abhängige Schlupfkupplung zu schaffen, die sich durch ihren einfachen Aufbau auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer drehzahl- und fliehkraftabhängigen Schlupfkupplung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhaft dabei ist an einem ersten antreibenden drehenden Teil der ringförmige Mitnehmer und an einem zweiten angetrie­ benen Teil die zylindrische Mantelfläche vorgesehen. Bis zu einer vorgebbaren Drehzahl des antreibenden Teils ist der Reibschluß zwischen dessen Mitnehmer und der zylindrischen Mantelfläche des anderen angetriebenen Teils so hoch, daß das zweite Teil mit der Drehzahl des ersten Teils angetrieben wird. Bei erhöhter Drehzahl wird der Schlupf der Kupplung bis zur Aufhebung der Kraftübertragung wirksam. Es kann auch an einem ersten antreibenden drehenden Teil die zylindrische Mantelfläche und an einem zweiten angetriebenen Teil der ringförmige Mitnehmer vorgesehen sein. Nach dieser Ausführung trägt das angetriebene Teil den von der Fliehkraft be­ einflußbaren elastischen Mitnehmer, d. h. ab einer vorgebbaren Drehzahl koppelt sich das angetriebene Teil über seinen Mit­ nehmer vom antreibenden Teil ab. Fällt die Drehzahl des ange­ triebenen Teils ab, so wird der Reibschluß der Kupplung zwi­ schen dem Mitnehmer des angetriebenen Teils und der zylindri­ schen Mantelfläche des antreibenden Teils wieder wirksam.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hohlzylinder aus elastischem Material besteht und auf seiner Außenseite Fliehgewichte oder Mate­ rialanformungen trägt, die drehzahl- und damit fliehkraftab­ hängig das Reibmoment der Schlupfkupplung verändern.

Bei niedrigen Drehzahlen bewirken die Fliehkräfte nur eine geringe Fliehkraftwirkung, so daß die mit der Konstruktion der Schlupfkupplung vorgebbare Vorspannkraft des auf die zy­ lindrische Mantelfläche drückenden Mitnehmers groß genug ist, das anzutreibende Teil mit gleicher Antriebsdrehzahl mitzu­ nehmen. Ab einer definierbaren Drehzahl wird die auf den Mit­ nehmer wirkende Fliehkraft so groß, daß die Mitnahmewirkung nicht mehr ausreicht, um das andere Teil mit der gleichen Drehzahl wie das antreibende Teil drehen zu lassen. Bei noch größeren Drehzahlen entsteht ein Spalt zwischen den zuge­ wandten Reibflächen des Mitnehmers und der zylindrischen Man­ telfläche, so daß das auf das Teil mit der zylindrischen Man­ telfläche wirkende Antriebsmoment gegen Null geht.

Die erfindungsgemäße Schlupfkupplung ist besonders bei dreh­ zahlveränderbaren Antrieben bzw. Motoren mit einer Motorwelle und wenigstens einem Lüfterrad verwendbar, wobei die Schlupf­ kupplung zwischen der Motorwelle und der Lüfterradnabe vorge­ sehen wird. Dabei kann, je nach Ausführung, entweder die Mo­ torwelle oder das Lüfterrad den Mitnehmer tragen und das je­ weils andere drehbare Teil die zylindrische Mantelfläche auf­ weisen.

Die erfindungsgemäße Schlupfkupplung ist auch zum Einsatz bei eigenbelüfteten elektrischen Antrieben mit einer Läuferwelle und wenigstens einem auf der Läuferwelle frei drehbar gela­ gerten Lüfterrad vorgesehen. Gemäß dieser Ausführung weist das mit einer Lüfterradnabe und einem Lager auf der Läufer­ welle frei drehbar gelagerte Lüfterrad eine auf der Lüfter­ radnabe angeordnete zylindrische Mantelfläche auf, die von einem Hohlzylinderabschnitt des Mitnehmers der Schlupfkupp­ lung überlappt ist, wobei dieser hohlzylinderförmige Mitneh­ mer drehfest an einem lüfterseitigen Druckring des Läufer­ blechpakets befestigbar ist. Insbesondere kann eine Schlupf­ kupplung dieser Art bei eigenbelüfteten elektrischen Bahnmo­ toren eingesetzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch einen Läufer einer eigenbelüfteten elektrischen Maschine, wobei auf der Läufer­ welle ein Lüfterrad drehbar gelagert ist und wobei zwischen dem Läufer und dem Lüfterrad eine Ausführung einer erfin­ dungsgemäßen Schlupfkupplung vorgesehen ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Mitnehmer der erfindungsge­ mäßen Schlupfkupplung in einer Ausführung als dünnwandiger elastischer Hohlzylinder, der über seinen Umfang verteilt Fliehgewichte trägt und innenseitig Reibbeläge aufweist.

Zur Luftkühlung eines an sich bekannten Elektromotors ist auf dessen Motor- oder Läuferwelle 1 - als erstes drehendes und antreibendes Teil - ein Lüfterrad 7 angeordnet, so daß dessen Lüfterradnabe 8 über Lager 9, 9' frei drehbar auf der Welle 1 sitzt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 trägt ein lüfter­ seitiger Druckring 10 des Läuferblechpaketes 11 einen als dünnwandiger, elastischer Hohlzylinder ausgebildeten Mitneh­ mer 3, der eine drehzahl- und fliehkraftabhängige Schlupf­ kupplung im Zusammenwirken mit einer zylindrischen Mantelflä­ che 4 des anderen drehbaren, im Ausführungsbeispiel angetrie­ benen Teils 2 bildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird das drehbare Teil 2 vom Lüfterrad 7 gebildet, wobei dessen Lüf­ terradnabe 8 die zylindrische Mantelfläche 4 aufweist. Bei stehender Maschine und beim Betrieb mit kleineren Drehzahlen wirkt der elastische Mitnehmer 3 mit Reibschluß gegen die Mantelfläche 4 und das Lüfterrad 7 wird mit der Drehzahl der Motorwelle 1 angetrieben. Die umfangsseitig auf den Mitnehmer 3 angeordneten Fliehgewichte 5 bewirken je nach Auslegung der Schlupfkupplung ab einer bestimmten Drehzahl, daß sich der elastische Mitnehmer aufweitet und daß die Antriebswirkung der Kupplung auf das Lüfterrad mit reduzierbarer Kraftüber­ tragung arbeitet. Ab einer bestimmten Drehzahl geht die An­ triebswirkung der Kupplung gegen Null. Fällt die Drehzahl des den Mitnehmer tragenden Teils ab, wird die Schlupfkupplung automatisch wieder wirksam. Wie Fig. 2 zeigt, kann wenig­ stens eine Fläche der Reibungskupplung mit einem oder mehre­ ren Reibbelägen 6 bestückt sein. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist mit 12 ein Motorlagerschild bezeichnet, in dem die Motorwelle 1 über ein Wellenlager 13 gelagert ist. Das Läuferblechpaket 11 weist axial verlaufende Kühlkanäle 14 auf, durch welche die Kühlluft gemäß der gezeichneten Pfeil­ richtung über das Lüfterrad 7 abführbar ist. Mit 15 ist ein Läuferstabende und mit 16 ein Kurzschlußring bezeichnet.

Gemäß einer nicht gezeichneten Ausführung kann der Mitnehmer mit federnden Fingern oder Abschnitten im Reibschluß gegen die zylindrische Mantelfläche des anzutreibenden Teils wir­ ken, wobei das Reibmoment der Schlußkupplung drehzahl- und fliehkraftabhängig durch auf die federnden Finger oder Ab­ schnitte wirkende Fliehgewichte veränderbar ist. Bei dieser Ausführung könnte der Mitnehmer insbesondere aus Federstahl bestehen.

In einer anderen, nicht gezeichneten Ausführung kann der als Hohlzylinder ausgebildete Mitnehmer aus einem elastischen Ma­ terial bestehen, das zudem aufgrund der in der Kupplung ent­ stehenden Reibungswärme einen größeren Ausdehnungskoeffizien­ ten aufweist.

Die Gestaltung der Fliehgewichte 5 ist vorzugsweise so ausge­ führt, daß der Schwerpunkt der Kupplung nicht in ihrer axia­ len Mitte liegt, sondern zu der Hohlzylinderseite verschoben ist, so daß die Eigenstülpung der Fliehgewichte bei Flieh­ krafteinwirkung genau die Einspannung am Hohlzylinder kompen­ siert, derart, daß sich der hohlzylinderförmige Mitnehmer an der Reibstelle gegenüber der zylindrischen Mantelfläche im wesentlichen konzentrisch erweitert und auf diese Weise eine Kantenpressung mit erhöhtem Verschleiß vermieden wird.

Claims (7)

1. Drehzahl- und fliehkraftabhängige Schlupfkupplung zwischen drehenden Teilen (1, 2), wobei das eine Teil (1) auf der dem zweiten Teil (2) zugewandten Seite einen ringförmigen Mitneh­ mer (3) trägt, der mit Reibschluß gegen eine zylindrische Mantelfläche (4) des zweiten Teils (2) wirkt und wobei die Wirkung der vom ringförmigen Mitnehmer (3) und der zylindri­ schen Mantelfläche (4) gebildeten Schlupfkupplung durch die Drehzahl des ersten Teils und die auf den Mitnehmer einwir­ kende Fliehkraft zu einer Aufweitung des elastisch ausgebil­ deten Mitnehmers führt, wobei dadurch die Wirkung der Schlupfkupplung bis zur Aufhebung der Kraftübertragung redu­ zierbar ist und wobei bei abfallender Drehzahl des ersten Teils die Kraftübertragung der Schlupfkupplung wieder zunimmt dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (3) des einen drehbaren Teils (1) in Form eines dünnwandigen Hohlzylinders ausgebildet ist und wenigstens mit einem freien Hohlzylinderabschnitt die zylindrische Mantel­ fläche (4) des anderen drehbaren Teils (2) überlappt.

2. Schlupfkupplung nach Anspruch 1, wobei der Hohlzylinder (3) aus elastischem Material besteht und auf seiner Außen­ seite Fliehgewichte (5) oder Materialanformungen trägt, die drehzahl- und damit fliehkraftabhängig das Reibmoment der Schlupfkupplung verändern.

3. Schlupfkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei der als dünnwandiger Hohlzylinder aus elastischem Material ausgebil­ dete Mitnehmer (3) Fliehgewichte (5) trägt, die in ihrer An­ zahl und Formgebung so ausgelegt sind, daß das Reibmoment der Kupplung bei einer definierbaren Drehzahl den Wert erreicht, den das anzutreibende Teil als Gegenmoment erfährt.

4. Schlupfkupplung nach Anspruch 3, wobei die Gestaltung der Fliehgewichte den Schwerpunkt der Kupplung von ihrer axialen Mitte hohlzylinderseitig verschiebt, so daß sich der Hohlzy­ linderabschnitt an der Reibfläche zwischen dem Hohlzylinder (3) und der Mantelfläche (4) bei steigender Drehzahl unter der Fliehkrafteinwirkung konzentrisch erweitert.

5. Schlupfkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mitnehmer (3) mit federnden Fingern oder Abschnitten mit Reibschluß gegen die zylindrische Mantelfläche (4) wirkt und das Reibmoment der Schlupfkupplung drehzahl- und fliehkraft­ abhängig durch auf die federnden Finger oder Abschnitte wir­ kende Fliehgewichte veränderbar ist.

6. Schlupfkupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 für einen drehzahlveränderbaren Antrieb mit einer Mo­ torwelle (2) und wenigstens einem Lüfterrad (7) und einer zwischengeordneten Schlupfkupplung, wobei das mit einer Lüf­ terradnabe (8) und einem Lager (9, 9') auf der Motorwelle (2) frei drehbar gelagerte Lüfterrad (7) eine von der Lüfterrad­ nabe gebildete zylindrische Mantelfläche (4) aufweist, die von einem Hohlzylinderabschnitt des Mitnehmers (3) der Schlupfkupplung überlappt ist, wobei der hohlzylinderförmige Mitnehmer gegen die Motorwelle verdrehungssicher befestigt ist.

7. Schlupfkupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 für einen eigenbelüfteten elektrischen Bahnantrieb mit einer Läuferwelle (2) und wenigstens einem auf der Läufer­ welle frei drehbar gelagerten Lüfterrad (7) und einer zwi­ schengeordneten Schlupfkupplung, wobei das mit einer Lüfter­ radnabe (8) und einem Lager (9, 9') auf der Läuferwelle (2) frei drehbar gelagerte Lüfterrad (7) eine auf der Lüfterrad­ nabe gebildete zylindrische Mantelfläche (4) aufweist, die von einem Hohlzylinderabschnitt des Mitnehmers (3) der Schlupfkupplung überlappt ist, wobei der hohlzylinderförmige Mitnehmer drehfest an einem lüfterseitigen Druckring (10) des Läuferblechpakets (11) befestigbar ist.