DE202006017623U1

DE202006017623U1 - Elektromagnetische Kupplung mit Schlupfüberwachung

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Publication number: DE202006017623U1
Application number: DE202006017623U
Authority: DE
Original assignee: Linnig Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Kendrion Linnig GmbH
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2016-01-19

Abstract

Elektromagnetische Kupplung (1) mit Schlupfüberwachung zur Übertragung von Drehmomenten von einem Antriebsmotor, bevorzugt einem Verbrennungsmotor, zu einem Hilfsaggregat in Fahrzeugen, Booten oder anderen Verkehrsmitteln, im wesentlichen bestehend aus einer Ankerscheibe (3), einem Rotor (4), einem ortsfesten Magnetspulenträger (7), in den die Magnetspule (8) eingesetzt ist, einem Federelement (9) und einer Einrichtung (10) zum Zu- oder Abschalten der Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8), sowie mit einem mit dem Antriebsmotor in Wirkverbindung stehenden Antriebsteil (2) und einem Antriebsteil (6), über das das Hilfsaggregat angetrieben wird, und einer zusätzlichen Sensorspule (12), in der beim Rutschen der Ankerscheibe (3) gegenüber dem Rotor (4) und der dadurch erzeugten Änderung des Magnetflusses durch Rotor (4), Ankerscheibe (3) und Magnetspulenträger (7) eine elektrische Spannung induziert wird, die so hoch ist, dass sie detektierbar ist, über dem allgemeinen Rauschpegel liegt und die einer elektronischen Überwachungseinrichtung (13) zugeführt wird, die die Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8) unterbricht, dadurch...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung mit Schlupfüberwachung zum Antrieb eines Hilfsaggregates von einem Antriebsmotor in Fahrzeugen, Booten oder anderen Verkehrsmitteln. Die Schlupfüberwachung geschieht mittels einer Sensorspule, einer elektronischen Überwachungseinrichtung und einem Spannungsverstärker.
Elektromagnetische Kupplungen sind allgemein bekannt und finden viele Anwendungen. Eine solche Kupplung besteht im wesentlichen aus einem sie antreibenden Teil, das meist mit dem Rotor drehfest verbunden ist und einem ortsfesten Magnetspulenträger, in den die Magnetspule eingesetzt ist. Dem Rotor gegenüberliegend befindet sich die Ankerscheibe, die dann von dem Rotor über einen Luftspalt getrennt ist, wenn die Magnetspule elektrisch nicht erregt ist. Die Trennung von Rotor und Ankerscheibe geschieht mittels eines Federelementes. Die Ankerscheibe ist fest mit einem das Hilfsaggregat antreibenden Teil verbunden. Wird die Magnetspule elektrisch erregt, wird die Ankerscheibe entgegen der Kraft des Federelementes an den Rotor herangezogen, so dass ein Drehmoment übertragen werden kann. Ist die Magnetspule nicht elektrisch erregt, löst sich die Ankerscheibe aufgrund der Rückstellkraft des Federelementes wieder vom Rotor und bleibt stehen.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 806 801 ist eine ähnlich arbeitende, schleifringlose elektromagnetische Reibflächen-Kupplung bekannt. Sie soll kein „Restdrehmoment" übertragen, wenn die Magnetspule nicht erregt ist.
Der Magnetkörper ist über ein Wälzlager, an das sich seine Schulter axial anlegt, auf der Nabe der Reibscheibe gelagert. Die Reibscheibe ist über eine Feder, die über eine Ringscheibe und einen Ring auf der Welle abgestützt ist, mit dem auf ihr gelagerten Magnetkörper ständig in Richtung entgegen der magnetischen Kraftwirkung axial gedrückt. Zwischen dem Magnetkörper und der Reibscheibe befindet sich der unveränderbare aktive Luftspalt.
In den Magnetkörper ist die Spule eingebettet, der der Strom durch eine Leitung im Schutzrohr zugeführt wird. Das Schutzrohr dient gleichzeitig als Verdrehsicherung des stillstehenden Magnetkörpers.
Wird an die Spule die Erregerspannung angelegt, wird die Reibscheibe mit dem Magnetkörper entgegen der Federkraft in Richtung einer zweiten Reibscheibe verschoben und über die Anlage der Reibflächen in Abhängigkeit von der Magnetkraft ein vorbestimmtes Drehmoment übertragen. Der aktive Luftspalt zwischen den Teilen bleibt unverändert.
Wird der Erregerstrom unterbrochen und damit die Spule stromlos, wird die Reibscheibe mit dem Magnetkörper unter Wirkung der Feder wieder zurückverschoben und es erfolgt die Trennung der Reibscheibe über eine Strecke, die so groß gehalten sein kann, dass sie das Entstehen eines Reibmomentes ausschließt.
Die elektromagnetische Reibflächen-Kupplung nach dem deutschen Gebrauchsmuster 1 806 801 soll einen ständigen Luftspalt zwischen antreibenden und angetriebenen Teilen haben. Sie enthält keine Einrichtung zur Schlupfüberwachung.
Aus dem deutschen Patent 1 057 394 ist eine bei Überlast schlüpfende Kupplung bekannt.
Die Kupplung gestattet das Einhalten einer konstanten Übertragungskraft dadurch, dass ein Kupplungsteil elastisch mit einem Druckglied für das Reiborgan selbstsperrend verbunden ist. Der Anpressdruck des Reiborgans an den anderen Kupplungs teil ist durch ein mit einem Anschlag am anderen Kupplungsteil zusammenwirkendes Verstellmittel begrenzbar.
Die Reibungskraft zwischen den beiden zu kuppelnden Elementen ist dabei stets größer als die zugeführte oder abgegebene Kraft. Um die Kupplungskraft auf den Wert der Antriebskraft zu begrenzen und ein Gleiten zwischen beiden Kupplungsteilen zu erlauben, genügt es, die Lösung der Kupplung zu verzögern.
Der Anpressdruck des Reiborgans zum anderen Kupplungsteil geschieht durch ein mit einem Anschlag zum anderen Kupplungsteil zusammenwirkendes, mechanisch arbeitendes Verstellmittel.
Zum Stand der Technik wird in dieser Deutschen Patentschrift ausgeführt, dass es bekannt sei, bei Überlast auslösenden Kupplungen die Verbindung zwischen treibenden und anzutreibenden Kupplungsteil vollständig zu unterbrechen.
Die Deutsche Patentschrift 1 057 394 weist zwar eine bei Überlast schlüpfende elektromagnetische Kupplung aus, es soll jedoch ein ständiger Luftspalt vorhanden sein, die Reibungskraft soll größer als die zugeführte oder abgegebene Kraft sein und es soll ein stetes Gleiten zwischen den Kupplungsteilen ermöglicht sein. Dies wird durch ein mechanisch arbeitendes Verstellglied bewirkt.
Aus dem Europäischen Patent EP 0 317 703 B1 ist eine elektromagnetische Kupplung bekannt, in deren ortsfesten Stator zwei Spulen eingesetzt sind. Die eine Spule dient dazu, bei elektrischer Erregung mit einer ersten Kupplung ein Drehmoment zwischen dem Antriebsmotor und einem Lüfterflügel direkt zu übertragen. Die Drehzahl des Lüfterflügels ist dabei gleich der Motordrehzahl. Die zweite Spule ermöglicht nach ihrer elektrischen Erregung die indirekte Drehmomentübertragung durch eine der ersten Kupplung nachgeordnete Wirbelstromkupplung auf ein Lüfterrad. Das Lüfterrad wird mit deutlich geringerer Drehzahl als der Motordrehzahl angetrieben. Beide Spulen nach diesem Europäischen Patent sind Magnetspulen. Eine der beiden Magnetspulen als Sensorspule zu verwenden und in ihr eine Spannung zu induzieren, die die Stromzuführung zur anderen Magnetspule unterbricht, legt sie nicht nahe.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 35 04 193 A1 ist eine elektromagnetische Kupplung bekannt, zur Erfassung der Drehung des Rotors, der mittels eines Riemens oder dergl. angeschlossenen Kupplung zur Steuerung von Zusatzgeräten in Fahrzeugen oder dergl. Mit wenigstens einer am festen Elektromagneten der Kupplung angeordneten Spule und einer mit dem Rotor fest verbundenen Einrichtung zur Erzeugung eines von der Spule erfassbaren elektromagnetischen Signals wird das Signal einer elektrischen und elektronischen Vorrichtung zur Steuerung automatischer Schutz- und/oder Signalisierungsvorrichtungen zugeführt, wenn die erfasste Geschwindigkeit von den Werten normaler Funktionen abweichen, die für die von der Transmission gesteuerten Zusatzgeräte vorgeschrieben sind. Insbesondere kann eine Hilfsspule vorgesehen sein, in der das elektromagnetische Signal z. B. durch Änderung des Magnetflusses als Folge eines durch pulverartigen Abrieb entstandenen Luftspalt erzeugt wird und der automatischen Schutz- und/oder Signalisierungsvorrichtung zugeführt ist. Es ist auch möglich auf die Hilfsspule zu verzichten, nämlich dann, wenn die Spannungsschwingungen in der (Haupt-) Spule, die durch die Gleitbewegung des Ankers erzeugt werden, hoch genug sind und die Empfindlichkeit der elektronischen Schaltung es zulässt.
Es ist auch bekannt, bei elektromagnetischen Kupplungen, deren Kupplungsteile bei Überlast auf der Abtriebsseite rutschen könnten, einen Temperaturfühler einzubauen. Dieser bewirkt direkt, z.B. als Bimetall-Schalter, oder indirekt, z.B. bei Umwandlung des Temperaturwertes in eine elektrische Spannung, eine Unterbrechung der Spannungsversorgung der Magnetspule. Dies geschieht dann, wenn die beiden Kupplungsteile gegeneinander schleifen und sich dadurch nahe der Reibflächen unerwünschte, zum frühzeitigen Verschleiß oder zum Totalausfall führende Überhitzung auftritt.
Als Nachteil einer solchen Anordnung eines Temperaturfühlers hat sich in der Praxis gezeigt, dass ein so arbeitendes Schlupfüberwachungssystem träge anspricht. Nämlich erst dann, wenn durch die Flächenreibung eine deutlich hohe Erwärmung auftritt. Das derartige Schlupfüberwachungssystem lässt für einen bestimmten Zeitraum ein Schleifen der beiden Kupplungsteile zu. Hinzu kommt, dass Temperaturfühler relativ ungenau arbeiten, bzw. eine bestimmte Zeitverzögerung aufweisen. Mit diesem System lassen sich zwar nach Erreichen einer deutlichen Temperaturerhöhung die Kupplungsteile durch Unterbrechen der Spannungsversorgung der Magnetspule trennen, der Verschleiß der beiden reibenden Flächen und ihre bis zur Rotglut erhitzten und dadurch deformierten Kupplungsteile wird jedoch nur bedingt begrenzt, aber nicht völlig vermieden. Die Folge ist Ausfall der Kupplung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetische Kupplung mit Schlupfüberwachung zu schaffen, die robust gegen äußere Einflüsse sowie, temperaturunabhängig ist und bei der die Magnetspule und die Sensorspule eine Einheit bilden, raumsparend und, wie auch der Magnetspulenträger, einfach im Aufbau und kostengünstig herstellbar sind.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Merkmal des Schutzanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen.
Der wesentliche Aufbau und die Funktion der Kupplung nach der Erfindung sind beispielhaft anhand der Figuren beschrieben.
In 1 ist die obere Hälfte einer elektromagnetischen Kupplung 1 mit Schlupfüberwachung im Schnitt dargestellt, wie sie besonders für den Betrieb von Kältekompressoren für die Klimaanlage in Omnibussen vorgesehen ist. Das Antriebsteil 2 steht mit dem Antriebsmotor in Wirkverbindung. Das Antriebsteil 2 ist auf der Nabe 5 des Rotors 4 über ein Lager 19 gelagert. An der inneren Stirnseite des Antriebsteils 2 ist zusammen mit dem Federelement 9 die Ankerscheibe 3 befestigt. Die Ankerscheibe 3 liegt mit ihrer Fläche 3a der Fläche 4a des Rotors 4 gegenüber. Zwischen beiden befindet sich zunächst ein durch das entspannte Federelement 9 bestimmter, definierter Luftspalt. Der Fläche 4b des Rotors 4 liegt der ortsfeste Magnetspulenträger 7 gegenüber. In die Nut 14 des Magnetspulenträgers 7 sind die Magnetspule 8 und die Sensorspule 12, nebeneinander angeordnet, eingesetzt. Ihre Leitungen 16a/16b sind in einem gemeinsamen Kabelstrang 17 aus dem Magnetspulenträger 7 herausgeführt. In die Bohrung 20 der Nabe 5 des Rotors 4 ist über eine Passfeder 21 die das Hilfsaggregat antreibende Welle 6 eingesetzt und mittels einer Spannschraube 22 axial gesichert.
Während sich nach diesem Ausführungsbeispiel die Ankerscheibe 3 ständig in Abhängigkeit von der Motordrehzahl dreht, stehen der Rotor 4 und das mit ihm verbundene nicht dargestellte Hilfsaggregat solange still, solange die Magnetspule 8 elektrisch nicht erregt ist.
Wird die Magnetspule 8 elektrisch erregt, wird die Ankerscheibe 3, wie allgemein bekannt, entgegen der Kraft des Federelementes 9 an den Rotor 4 herangezogen und bildet mit diesem eine drehfeste Einheit. Das Drehmoment wird auf die Welle 6 übertragen und das Hilfsaggregat angetrieben. Dabei besteht ein im wesentlichen stabiler Magnetfluss durch Magnetspulenträger 7, Rotor 4 und Ankerscheibe 3.
Tritt im Hilfsaggregat eine Störung auf, die das übertragbare Drehmoment übersteigt, kommt es zum Rutschen zwischen Rotorfläche 4a und Ankerscheibenfläche 3a. Feinster Partikelabrieb dieser Flächen erzeugen einen parasitären Luftspalt, unterstützt durch minimale Axialschwingungen der Ankerscheibe 3 gegenüber dem Rotor 4. Dadurch entsteht ein instabiler Magnetfluss durch Magnetspulenträger 7, Rotor 4 und Ankerscheibe 3, der dazu führt, dass in der Sensorspule 12 eine elektrische Spannung induziert wird. Da die Größe der induzierten Spannung je nach Baugröße, Windungszahl und anderen Faktoren unterschiedlich hoch sein kann, wird sie über elektrische Leitungen 16b, wie in 2 dargestellt, über einen Spannungsverstärker 15, in dem sie auf einen höheren Wert transformiert wird, der elektronischen Überwachungseinrichtung 13 zugeführt. In der elektronischen Überwachungseinrichtung 13 wird diese Spannung verarbeitet und abgeglichen. Wird die Höhe dieser Spannung als Störung erkannt, wird die Spannungsversorgung 11 zur Magnetspule 8 in der elektronischen Überwachungseinrichtung 13 unterbrochen.
2 zeigt schematisch die elektrischen Funktionen der Spannungsversorgung 11 der Magnetspule 8 und der in der Sensorspule 12 induzierten Spannung.
Die Spannungsversorgung 11 geschieht aus der nicht dargestellten Lichtmaschine. Sie ist über die Einrichtung 10 zum Zu- oder Abschalten, mit einem Leiter durch die elektronische Überwachungseinrichtung 13 geschleift, über die Leitungen 16a mit der Magnetspule 8 verbunden. In der elektronischen Überwachungseinrichtung 13 ist sie auf Spannungsdurchgang geschaltet.
Die in der Sensorspule 12 im Störungsfall induzierte Spannung wird über die Leitungen 16b dem Spannungsverstärker 15 zugeführt. Dessen Ausgangsleitungen münden in die elektronische Überwachungseinrichtung 13.
Das Schlupfüberwachungssystem kann so programmiert sein, dass nach dem Störungsfall die Betriebsbereitschaft manuell wieder hergestellt werden muss. Von besonderem Vorteil ist es, die Erkennung der Störungsbehebung zu detektieren und die Betriebsbereitschaft der Spannungsversorgung 11 in der elektronischen Überwachungseinrichtung 13 automatisch wieder herzustellen.
In 3 ist im Teilschnitt mit gleicher Windungszahl in wechselnden Lagen gewickelt die Sensorspule 12 und die Magnetspule 8 dargestellt.
Eine solche Doppelwicklung, wie in den 1 und 3 dargestellt, hat den Vorteil, dass sie kostengünstiger hergestellt werden kann.
Von weiterem Vorteil ist es, deren elektrische Leitungen 16a/b in einem gemeinsamen Kabelstrang 17 aus dem Magnetspulenträger 7 herauszuführen.

1: Elektromagnetische Kupplung mit Schlupfüberwachung
2: Antriebsteil
3: Ankerscheibe
3a: Fläche der Ankerscheibe
4: Rotor
4a/b: Flächen des Rotors
5: Nabe des Rotors
6: Welle zum Antrieb des Hilfsaggregates
7: Magnetspulenträger
8: Magnetspule
9: Federelement
10: Einrichtung zum Zu- oder Abschalten
11: Spannungsversorgung der Magnetspule
12: Sensorspule
13: elektronische Überwachungseinrichtung
14: gemeinsame Nut der Spulen
15: Spannungsverstärker
16a/b: elektrische Leitungen der Spulen
17: gemeinsamer Kabelstrang
18
19: Lager
20: Bohrung in der Nabe
21: Passfeder
22: Spannschraube

Claims

Elektromagnetische Kupplung (1) mit Schlupfüberwachung zur Übertragung von Drehmomenten von einem Antriebsmotor, bevorzugt einem Verbrennungsmotor, zu einem Hilfsaggregat in Fahrzeugen, Booten oder anderen Verkehrsmitteln, im wesentlichen bestehend aus einer Ankerscheibe (3), einem Rotor (4), einem ortsfesten Magnetspulenträger (7), in den die Magnetspule (8) eingesetzt ist, einem Federelement (9) und einer Einrichtung (10) zum Zu- oder Abschalten der Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8), sowie mit einem mit dem Antriebsmotor in Wirkverbindung stehenden Antriebsteil (2) und einem Antriebsteil (6), über das das Hilfsaggregat angetrieben wird, und einer zusätzlichen Sensorspule (12), in der beim Rutschen der Ankerscheibe (3) gegenüber dem Rotor (4) und der dadurch erzeugten Änderung des Magnetflusses durch Rotor (4), Ankerscheibe (3) und Magnetspulenträger (7) eine elektrische Spannung induziert wird, die so hoch ist, dass sie detektierbar ist, über dem allgemeinen Rauschpegel liegt und die einer elektronischen Überwachungseinrichtung (13) zugeführt wird, die die Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8) unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (8) und die Sensorspule (12) gleiche Windungszahl haben und, gemeinsam gewickelt, in eine gemeinsame Nut (14) eingesetzt sind.
Elektromagnetische Kupplung (1) mit Schlupfüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Sensorspule (12) induzierte Spannung einem Spannungsverstärker (15) zugeführt und dort auf wenigstens einen Wert transformiert wird, der in der elektronischen Überwachungseinrichtung (13) die Unterbrechung der Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8) auslöst.
Elektromagnetische Kupplung (1) mit Schlupfüberwachung nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen (16a/b) der Magnetspule (8) und der Sensorspule (12) in einem gemeinsamen Kabelstrang (17) geführt sind.
Elektromagnetische Kupplung (1) mit Schlupfüberwachung nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fehlerbehebung die Betriebsbereitschaft der Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8) manuell geschaltet wird.
Elektromagnetische Kupplung (1) mit Schlupfüberwachung nach den vorangegangenen Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fehlerbehebung die Betriebsbereitschaft der Spannungsversorgung (11) der Magnetspule (8) automatisch geschaltet wird.