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Drehmomentwandler Die Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler,
mit mindestens einem einer motorisch angetriebenen Welle zugeordneten, drehbar mit
dieser gekuppelten ersten Teil und wenigstens einem zweiten Teil, der mit der anzutreibenden
Welle gekuppelt ist, wobei der Antrieb durch Einwirkung des ersten Teils auf das
zweite Teil bewirkt wird.
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Drehmomentwandler sind in mannigfaltigen Ausftihrungsformen bekannt.
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Besonders bei Drehmomentwandlern auf mechanischer oder hydraulischer
Basis entstehen Geräusche. Außerdem muß das hydraulische Medium nach gewisser Zeit
ausgetauscht bzw.
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ergänzt werden. Schließlich läßt sich auch ein gewisser Verschleiß
nicht verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentwandler
zu schaffen, der praktisch keinerlei Geräusche verursacht, gewissermaßen wartungsfrei
ist und die Umwelt nicht verschmutzt. Außerdem soll ein hoher Wirkungsgrad
erzielt
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Teil
mindestens einen, insbesondere jedoch mehrere vorzugsweise als Permanentmagnete
ausgebildete Magnete aufweist oder selbst eine oder mehrere magnetische Zonen besitzt
und daß seitlich sowie mit Luft spalt zu dem Magneten oder den Magneten des ersten
Teils im zweiten Teil eine vorzugsweise der Anzahl der Magneten in dem ersten Teil
entsprechende Anzahl von Spulen mit Kern nach Art von Elektromagneten gegenüberliegend
zu den Magneten des ersten Teils vorgesehen sind, wobei mindestens eine dieser Spulen
mit wenigstens einer weiteren Spu-le, die vorzugsweise einen Kern nach Art eines
Elektromagneten aufweist, elektrisch leitend verbunden ist und daß gegenüberliegend
zu jeder weiteren Spule bzw. Kern in dem ersten Teil eine vorzugsweise der Anzahl
der weiteren Spulen entsprechende Anzahl von Kernen aus Weicheisen oder dergleichen
angeordnet ist.
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Wird das erste Teil motorisch angetrieben, so versuchen dessen Magnete
einen zu diesem beispielsweise parallel angeordneten, in gleicher Richtung beweglichen
Eisenkern in seiner Bewegungsrichtung mitzunehmen. Durch eine hierbei entstehende
Relativbewegung von Magnet und Eisenkern wird in einer um diesen Eisenkern liegenden
Spule ein elektrischer Strom erzeugt. Dieser Strom kann auf eine weitere um einen
anderen Eisenkern liegende Spule übertragen werden und erzeugt nun in dieser weiteren
Spule ein Magnetfeld, das wiederum zur Mitnahme eines ihm gegenüberliegenden Eisenkerns
des ersten Teils führt. Der in der ersten Spule des zweiten Teils erzeugte Strom
ist um so größer, je höher die Geschwindigkeit ist, mit der der Magnet des ersten
Teils an dem Eisenkern des zweiten Teils vorbeigeführt wird. Je größer dieser Strom
ist, desto größer ist dann auch die Feldstärke in der weiteren Spule des elektrisch
leitend verbundenen Elektromagneten des zweiten Teils. Diese Wirkung kann durch
geeignete - paarweise - Anordnung mehrerer
derartiger Magneten bzw.
Spulenpaare mit Kernen zur Drehmomentwandlung - in erster Linie für Kraftfahrzeuge
-genutzt werden. Wird beispielsweise bei einem stillstehenden Fahrzeug die Motordrehzahl
stark erhöht, so entsteht in den den Magneten des ersten Teils gegenüberliegenden
Spulen des zweiten Teils ein starker Strom, da die Relativbewegung des vom Motor
angetriebenen ersten Teils zu dem noch stillstehenden zweiten Teil der mit den Spulen
und Eisenkernen versehenen Magneten sehr hoch ist. Dadurch wird in dem zugehörigen
zweiten Eisenkern des zweiten Teils durch den seiner Spule zugefiihrten starken
Strom auch ein starkes Magnetfeld erzeugt, das die Drehzahldifferenz in eine Kraftdifferenz
bzw. Drehmomentdifferenz umwandelt. Der zweite Teil wird dadurch in einem Maße mitgenommen,
die der Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil entsprechend
hoch ist. Je mehr sich nun die Drehzahldifferenz durch die Zunahme der Drehzahl
des zweiten Teils verringert, desto geringer wird auch das in den Zweitspulen und
dessen Kernen erzeugte Magnetfeld, so daß sich das von Motordrehzahl in Antriebsdrehmoment
verwandelte Drehmoment verringert und im Endeffekt nur noch die Mitnahme des angetriebenen
Teils mit der gleichen oder annähernd gleichen Drehzahl des antreibenden ersten
Teils bleibt.
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Im umgekehrten Fall, also bei Verzögerung spielt sich der geschilderte
Vorgang in gleicher Weise ab, so daß also durch Verringerung der Antriebs-Drehzahl
des Motors für das angetriebene erste Teil (z. B. Gaswegnehmen bei einem Kraftfahrzeug)
auch abgebremst werden kann.
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Ein Kraftfahrzeuggetriebe nach der Erfindung zeichnet sich durch völlig
gleichmäßige, stets maximale Drehmomentwandlung aus und ist völlig stufenlos. Da
der Wirkungsgrad bei elektromagnetischen Systemen sehr hoch liegt - bis zu 97 96
-, arbeitet ein solches Getriebe mit nur äußerst geringen Leistungsverlusten.
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Außerdem ist es praktisch geräuschlos und beansprucht weder
Wartung
noch Schmierung.
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Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei
Spulen des zweiten Teils elektrisch leitend parallel geschaltet sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein Magnet des ersten Teils parallel und unter gleicher Teilung und
auf gleichem Drehdurchmesser zu einer Spule des zweiten Teils angeordnet ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß
das erste und zweite Teil als Scheiben ausgebildet sind und die Magneten bzw. die
Spulen mit Kernen an den einander zugekehrten Stirnflächen aufweisen.
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Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Teile trommelartig
ausgebildet sind und mindestens auf einem Teil ihrer Länge ineinander angeordnet
sind. Dadurch ergibt sich eine kompakte, raumsparende Bauweise.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Trommeln de Permanentmagnete,
die Spulen mit Kernen und die Weicheisenkerne an ihrem Umfang auf.
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Eine fertigungstechnisch günstige Lösung ergibt sich dadurch, daß
die innenliegende Trommel die Spulen und Kerne trägt.
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Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Spulen mit Kernen gleichmäßig
zueinander verteilt über den Umfang bzw. über die einander zugekehrten Flächen der
drehbaren Teile angeordnet sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen -
teils schematisch - veranschaulicht. Es zeigen.
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Fig. 1 einen Drehmomentwandler im Längsschnitt
und
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, gleichfalls im Längsschnitt, wobei die Teile
trommelartig ausgebildet sind.
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In der Zeichnung sind mit dem Bezugszeichen 1 die durch einen nicht
dargestellten Motor angetriebene Welle und mit dem Bezugszeichen 2 das auf der Welle
1 jeweils drehfest angeordnete erste Teil bezeichnet, das bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 scheibenförmig und bei der Ausführungsform nach Fig. 2 tromelartig ausgebildet
ist. Das Bezugszeichen 3 ist eine Welle eines anzutreibenden Teils 4, das bei der
Ausführungsform nach Fig. 1 gleichfalls scheibenartig und bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 trommelförmig ausgebildet ist. Das zweite, trommelartige Teil 4 ist
bei der Ausführungsform nach Fig. 2 in dem ersten Teil 2 auf seiner gesamten Länge
angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 5 ist ein Kugellager bezeichnet, in dem die Welle
3 drehbar gelagert ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 6
einen Permanentmagneten, zu dem auf gleichem Drehdurchmesser und mit Luft spalt
gegenüberliegend ein Teil nach Art eines Elektromagneten 7 angeordnet ist, der in
dem zweiten Teil 4 gelagert ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Spule und 9
einen Eisenkern. Die Spule 8 ist durch elektrische Leiter 10 bzw. 11 mit einer weiteren
Spule 12 verbunden, die einen Eisenkern 13 eines weiteren Elektromagneten 14 umgibt.
Mit Luftspalt ist ein Weicheisenkern ohne Spule 15 im ersten Teil 2 angeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind für Teile gleicher Funktion
die gleichen Bezugszeichen verwendet worden wie sie bei der Ausführungsform nach
Fig. 1 eingetragen worden sind.
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Wie die Fig. 2 erkennen läßt, sind dort mehrere Magneten und Spulen
sowie Eisenkerne über den Umfang des trommelartigen zweiten Teils verteilt angeordnet,
wobei jeweils zwei Spulen 8
bzw. 12 durch die elektrischen Leiter
10 und 11 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise wird
bei allen Ausführungsformen eine solche Anordnung getroffen, daß sich Permanentmagnete
6 und Eisenkerne 9 einerseits und Weicheisenkerne 13 sowie die Weicheisenkerne 15
andererseits in einer gewissen Nullstellung der drehbaren Teile 2 und 4 zentrisch
bzw. koaxial gegenüberliegen. Das erste Teil 2 ist mit der jeweiligen Welle 1 drehfest
gekuppelt. Das gleiche gilt für das'zweite Teil 4, das ebenfalls mit der Welle 3
drehfest verbunden ist. Dies kann durch geeignete Nut-Feder-Verbindungen (nicht
dargestellt) oder dergleichen geschehen.
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Wird die Welle 1 motorisch angetrieben, beispielsweise durch einen
Verbrennungsmotor, dann dreht sich auch das erste Teil 2 und damit die Permanentmagnete
6, die nunmehr versuchen, den in gleicher Richtung beweglichen Eisenkern 9 mitzunehmen.
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Durch die hierbei entstehende Relativbewegung von Permanentmagnet
6 und Eisenkern 9 wird in den um die Eisenkerne 9 liegenden Spulen 8 ein elektrischer
Strom erzeugt. Dieser Strom wird jeweils über die elektrischen Leiter 10 und 11
auf die betreffende Spule 12 des Elektromagneten 14 übertragen und erzeugt nun in
dieser Spule ein Magnetfeld, das wiederum zur Mitnahme des gegenüberliegenden Eisenkerns
15 führt. Der in der ersten Spule 8 erzeugte Strom ist um so größer, je höher die
Relativgeschwindigkeit zwischen dem Permanentmagnet 6 und dem Eisenkern 9 ist0 Je
größer dieser Strm ist, desto größer ist dann auch die Feldstärke, die in dem zweiten
Elektromagneten 14 erzeugt wird. Diese Wirkung kann durch geeignete Anordnung mehrerer
derartiger Magneten bzw. Spulenpaare zur Drehmomentwandlung genutzt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Anzahl und Anordnung
von Weicheisenkernen, Permanentmagneten und Elektromagneten beschränkt, Vielmehr
sollen die Zeichnung und die obigen Ausführungen einige Beispiele andeuten, ohne
daß hierdurch der Erfindungsgedanke eingeengt wird.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den
nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können
sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlth sein.
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Patentansprüche