DE2618625A1

DE2618625A1 - Elektromagnetische kupplung mit kuehlungssystem

Info

Publication number: DE2618625A1
Application number: DE19762618625
Authority: DE
Inventors: Ralph Louis Jaeschke
Original assignee: Heenan Drives Ltd
Current assignee: Babcock Transformers Ltd
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1976-11-11
Also published as: IT1125285B; DE2618625C2; FR2310016A2; FR2310016B2

Description

Dr.-ing. Dipi.-Phyj. OSKAR KÖNIG Patentanwalt

' Deutsche Bank AG Stuttgart

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Telegramm: Koenigpat' 7000 STUTTGART-!, Klüpfelstraße 6 Postscheck Stgt.84919

Poetfach 51

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Heenan Drives Ltd. Worcester / England

Elektromagnetische Kupplung mit Kühlungssystem Zusatzpatentanmeldung zu Patent (Patentanmeldung P 25 22 423.1)

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Kupplungsvorrichtungen und insbesondere auf ein System zum Ableiten von Wärme von der Induktortrommel solcher Vorrichtungen und betrifft

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eine Verbesserung bzw. Weiterbildung der in der deutschen Patentanmeldung P 25 22 423.1 (DT-OS 2 522 423) beschriebenen elektromagnetischen Kupplung.

Eine bekannte elektromagnetische Kupplung weist einen Rotor auf, welcher innerhalb einer rotierbaren Induktortrommel angeordnet ist. Eine Spule ist erregbar, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, welches den Rotor und die Induktortrommei elektromagnetisch so kuppelt, dass zwischen ihnen Drehmomente übertragen werden können. Der Durchgang des Magnetfeldes durch den Rotor und die Induktortrommel erzeugt während der Drehmomentübertragung Wärme, insbesondere als Ergebnis von "Schlupf" zwischen dem Rotor und der Induktortrommel {Leistungseingang = Leistungsausgang + Wärme). Die Ableitung dieser Wärme war lange Zeit ein Problem für die auf diesem Gebiet arbeitenden Fachleute gewesen und unterschiedliche Typen von Kühllingssystemen waren mit dem Ziel untersucht worden, die erzeugte Wärme wirksamer abzuleiten. Im allgemeinen begrenzt der Wärmeaufbau das Leistungsverhältnis der Kupplung. Deshalb kann durch Erhöhung der Wärmeableitung einer Kupplung bestimmter G-rösse das Leistungsverhältnis erhöht werden.

Bei manchen unterschiedlichen Bauarten solcher elektrischen Kupplungen wurden wärmeableitende Rippen vorgesehen, welche

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sich entweder radial oder axial von der Aussenseite der Induktortrommel aus erstrecken. Jedoch haben solche Rippen keine ausreichende Kühlung der Kupplung erzielen lassen und können zusätzlich soviel Geräusch erzeugen, dass ein Schalldämpfer erforderlich wird. Die US-PS 2,345,850 zeigt ein Beispiel eines typischen Rippenkühlungssystems.

Gemäß einem Versuch, die Strömung des Kühlfluidums effektiver anzuwenden, enthält die in der US-PS 2,745,974 gezeigte Vorrichtung eine Induktortrommel, die das Feldpol-Ausgangsglied umgibt. Dieses Ausgangsglied enthält eine Reihe am Umfang im Abstand voneinander angeordneter magnetischer Pole, die durch die Feldspule erregt werden, wobei die Pole aus ferromagne ti schein Material gebildet sind. Das Induktorglied weist eine Mehrzahl von Rippen auf und ermöglicht eine Luftströmung durch die Umfangsschlitze, die zwischen benachbarten magnetischen Polen vorhanden sind, wobei die Luft durch den Spalt zwischen den Polen und den Rippen und dann über die Rippen geführt wird. Ein Nachteil dieser Anordnung ist die durch die Umfangskühlschlxtze verursachte Unterbrechung von Wirbelströmen und der damit im Zusammenhang stehende magnetische Widerstand, wodurch sich eine verminderte Drehmoment-Übertragungskapazität ergibt.

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Die in der US-PS 3,641,375 dargestellte Vorrichtung benutzt eine Reihe druckdichter Kammern, die um das Gehäuse der Kupplung herum im Abstand voneinander angeordnet sind. Das Kühlfluidum (beispielsweise Luft) von diesen druckdichten Kammern stößt gegen die Oberfläche der Induktortrommel und gelangt dann zu einer benachbarten Ausströmtasche. Während die Kühlfähigkeit dieser Vorrichtung im allgemeinen annehmbar ist, erfordert sie ein Mittel zur Druckerzeugung in den Druckkammern, wie beispielsweise ein Gebläse oder einen Ventilator. Darüber hinaus ist die Anordnung der abwechselnden Druckkammern, Ausströmtaschen (Ausströmlöcher) und der zugeordneten Prallbleche schwierig und teuer in der Herstellung und erfordert unangemessen grossen Raum innerhalb des Gehäuses der Kupplung.

Die elektromagnetische Kupplung nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 22 423.1) vermeidet solche Nachteile und ergibt mit einfachen, platzsparenden Mitteln eine sehr wirksame Kühlung. Es istiifte. Aufgabe der Erfindung, diese Kupplung zu verbessern bzw. weiterzubilden und insbesondere Spannungen zwischen den Fluidumsleitgliedern und der Induktortrommel auf baulich einfache, betriebssichere Weise entgegenzuwirken bzw. zu vermeiden.

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Gemäß einem Erfindungsaspekt ist eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen, welche aufweist:

" (a) ein Gehäuse;

(b) ein in diesem Gehäuse angeordnetes Rotorglied; (c)'in diesem Gehäuse angeordnete Induktortrommelmittel, die relativ zum Potorglied rotierbar sind;

(d) Spulenmittel zum elektromagnetischen Kuppeln des Rotorgliedes und der Induktörtroiranelmittel;

(e) die Induktörtroiranelmittel weisen einen im allgemeinen zylindrisehen Trommelteil auf, der einen im wesentlichen gleichmäßigen magnetischen Widerstand in einer im allgemeinen zu der Längsachse dieses zylindrischei} Trommelbereiches parallelen Richtung hat, wobei dieser Trommelteil eine äussere wärmeableitende Oberfläche definiert, die eine Mehrzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden wärmeableitenden Nuten hat, die entlang der Längsachse des zylindrischen Tromnelteils im Abstand voneinander angeordnet sind;

(f) Mittel zum Leiten von Kühlfluidum in das Gehäuse zur Ableitung von in den Induktortrommelmittel erzeugten Wärme;

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(g) eine Mehrzahl von Fluidumleitmitteln. die benachbart der äüsseren wärmeableitenden Oberfläche angeordnet sind, wobei diese Fluidumleitmitteln Kühlfluidum einwärts in die wärmeableitenden Nuten zur Kühlung der Induktortrommelirittel leiten, wobei jedes Fluidumleitmittel Expansionsmittel zum Aufnehmen thermischer Ausdehnung des genannten Trommelteils aufweist.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen, welche aufweist:

(a) erste und zweite relativ zueinander rotierbare Me chani smen;

(b) der erste Mechanismus weist ein im allgemeinen zylindrisches Trommelteil auf, der um den zweiten Mechanismus herum angeordnet ist;

(c) während ihrer operativen Verbindung wirken der erste und zweite Mechanismus unter Erzeugung von Wärme in dem genannten Trommelteil zusammen;

(d) der genannte Trommelteil definiert eine äussere, wärmeableitende Oberfläche, die mindestens eine sich in ümfangsrichtung erstreckende, im allgemeinen senkrecht zu der Längsachse dieses zylindrischen Trommelteiles gerichtete Nut aufweist;

(e) eine Mehrzahl von dem genannten Trommelteil zugeordneten Fluidumsleitmitteln benachbart der

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äusseren wärmeableitenden Oberfläche zum Leiten von Kühlfluidum in die wärmeableitende Nut zum Kühlen der Induktortrommelmittel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Induktortrommel in längsgeschnittener Darstellung gem. einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch Fig. 1 gesehen entlang der Schnittlinie II-II in vergrösserter Darstellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Induktortrommel in längsgeschnittener Darstellung gem. einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevor die Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben werden, sei ausdrücklich bezug genommen auf die Zeichnungen und die Beschreibung des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 25 22 423.1), deren Verständnis notwendig

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ist für das Verständnis der vorliegenden Erfindung. Die beigefügte Zeichnung zeigt Abwandlungen der in diesem Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 22 423.1) beschriebenen und dargestellten elektromagnetischen Kupplung.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf ein Problem gerichtet, welches während des Betriebs der in dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 22 423.1) beschriebenen und dargestellten elektromagnetischen Kupplung auftritt. Während dieses Betriebs erfährt die Induktortrommel einen Temperaturanstieg, der beispielsweise ungefähr 310 C beträgt, wogegen die Fluidumsleitglieder bei einer Temperatur verbleiben, die beispielsweise 94 C unter der der Trommel liegt. Solch ein Temperaturanstieg der Induktortrommel verursacht eine Vergrösserung der Gesamtlänge dieses Trommelbereiches infolge Wärmeausdehnung von beispielsweise ungefähr 0,06 3 cm. Solch eine Temperaturausdehnung verursacht Spannungsbelastungen der Schweißstellen, mittels denen die Fluidumsleitglieder an der Trommel befestigt sind. Es wurde ermittelt, dass für die vorgenannten Temperaturen und thermische Wärmedehnung die Spannungsbelastung an der Schweißstelle im Bereich von

90000 psi (6,2 χ 10 Pa; Pa = Pascal) liegt.

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In,Fig. 1 sind einige der Bezugszeichen dieselben wie die entsprechenden Bezügszeichen in dem Hauptpatent · (Patentanmeldung P 25 22 423.1) mit dem Unterschied, dass sie um 100 erhöht wurden. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Induktortrommelanordnung 125, die eine Induktortrormel 127 aufweist, welche eine äussere wärmeableitende Oberfläche 155 hat. Die Oberfläche 155 weist eine Vielzahl von wärmeableitenden Nuten 157 auf, welche an ihren radial einwärts gerichteten Enden in einer Bodenfläche 159 enden. In diesen-Ausführungsbeispiel ist jedes der Fluidumsleitglieder 61 in der Zeichnung des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 25 22 423.1) ersetzt durch zwei in axialer Richtung miteinander fluchtende Fluidumsleitglieder 171 und

173. Jedes dieser Glieder 171 und 173 ist an der Induktor-

/fest trommel 147 mittels einer Schweissung 165 befestigt, die vorzugsweise an den voneinander abgewendeten äusseren Enden der Glieder 171 und 173 vorgenommen sind.

Um die Probleme zu beheben, die sich durch die thermische Ausdehnung der Induktortrommel 127 ergeben, ist ein Expansionsmittel in Gestalt einer Schlupfverbindung 175 vorgesehen, das die einander benachbarten Enden der Glieder 171 und 173 umfasst und vorzugsweise fest an der Oberfläche 155 durch eine Mehrzahl von Schweißstellen 177 (Fig. 2) befestigt ist. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die

Schlupfverbindung durch eine fest an der Induktortrommel angeordnete zylindrische Gleitlagerhülse 175 für die einander benachbarten Enden der Glieder 171, 173 gebildet.

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Es versteht sich, dass die Schlupfverbindung 175 andere als die dargestellten körperlichen Gestaltungen haben kann, die innerhalb des erfindungsgemäßen Gedankens liegen, solange erreicht wird, dass die benachbarten Enden der Glieder 171 und 173 an Relativbewegungen quer zu ihrer Längsrichtung gehindert werden, jedoch im Gefolge thermischer Ausdehnung der Induktortrommel 127 axiale Relativbewegungen erlauber.. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Aussenoberfläche 155 der Induktortrommel 127 vorzugsweise einen verkleinerten Radius auf dem axialen Bereich haben, wo die Schlupfverbindungen 175 angeordnet sind, so dass die Glieder 171 und 173 in einem Gleitsitz in die Schlupfverbindung 175 eingreifen können, wobei sie in Kontakt oder Eingriff mit oder in geringem Abstand von der übrigen Aussenoberfläche 155 sind.

Auch das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist auf das Problem der thermischen Ausdehnung gerichtet, wie es in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 diskutiert wurde. In Fig. 3 sind Elemente, die Elementen der Fig. 1 entsprechen, mit um 100 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet,und es ist ein längsgeschnittener Ausschnitt aus einer Induktortroinmel-Anordnung 225 dargesteilte die eine Induktortrommel 227 mit einer äusseren wärmeableitenden Oberfläche 255 aufweist. Die Oberfläche 255 weist eine Vielzahl von wärmeableitenden Nuten 25 7 auf, von denen jede an ihren radial

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einwärtigen Enden in einer Bodenfläche 259 endet. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedes der Fluidumsleitglieder 261 an einem Ende fest an der Induktortrommel 227 mittels einer Schweissung 265 befestigt. Das andere Ende jedes Fluidumsleitgliedes 261 ist gleitbar angeordnet in einer Schlupfverbindung 275, welche vorzugsweise an der Oberfläche 255 in ähnlicher Weise befestigt sein kann wie in Fig. 2 dargestellt. In diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Fluidumsleitglieder 171, 173 bzw. 261 kreiszylindrische

/275

Stäbe und die Schlupf verbindung, wie 175 7] ist eine zylindrische Hülse.

Die Erfindung wurde vorstehend ausführlich genug beschrieben, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, nach ihr zu
handeln und sie zu benutzen. Es versteht sich, dass Modifikation und Abwandlungen der dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiele möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

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Claims

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Patentansprüche

/ 1. {Elektromagnetische Kupplung mit einem Gehäuse, einem im ^-—^/ Gehäuse angeordneten Rotorglied, einer im Gehäuse angeordneten und relativ zum Rotorglied drehbaren Induktortrommelvorrichtung, die einen im allgemeinen zylindrischen Trominelteil hat, welcher einen im wesentlichen gleichmäßigen magnetischen Widerstand in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des zylindrischen Trommelteiles besitzt, welcher Trommelteil eine äussere wärmeableitende Oberfläche definiert, die eine Mehrzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckende wärrreableitende Nuten aufweist, die in Längsrichtung des zylindrischen Trommelteils sich im Abstand voneinander befinden, ferner mit Mitteln zum Einleiten von Kühlfluidum in das Gehäuse zum Ableiten von in der Induktortrommelvorrichtung erzeugter Wärme und mit der äusseren wärmeableitenden Oberfläche benachbart oder sie berührend angeordneten Fluidumsleitmitteln, welche Kühlfluidum nach innen in die wärmeableitenden Nuten leiten, um die Induktortromme!vorrichtung zu kühlen, nach Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 22 423.1), dadurch gekennzeichnet, dass jedes Fluidumsleitmittel Expansionsmittel zur Anpassung an thermische Dehnung des zylindrischen Trommelteiles aufweist.

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2. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmittel aufweisen:

(a) jedes Fluidumsleitmittel weist mindestens ein Paar von in axialer Richtung miteinander fluchtenden Gliedern (171, 173) auf;

(b) ein Verbindungsglied (175) sichert die benachbarten Enden der axial miteinander fluchtenden Glieder gegen transversale Relativbewegung.
3. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial miteinander fluchtenden Glieder längliche, im allgemeinen zylindrische Glieder (171, 173) sind und dass das Verbindungsglied (175) ein im allgemeinen zylindrisches Hülsenglied ist, das die benachbarten Enden der miteinander fluchtenden Glieder umfasst und axiale Relativbewegung der Enden dieser Glieder zulässt.
4. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmittel umfassen, dass jedes Fluidumsleitmittel ein längliches Glied (261) aufweist, dessen eines Ende fest an dem Induktortromnelteil (227) befestigt ist und ferner am Induktortrommelteil Haltemittel (2 75) fest angeordnet sind, die dem anderen Ende des länglichen Gliedes (261) für axiale Relativbewegung zwischen ihnen zugeordnet sind.

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5. Elektromagnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Glied (171, 173; 261) mit seinem einen Ende an der Induktortrommel fest angeordnet ist und mit seinem anderen Ende im
Verbindungsglied (175; 275) axial gleitbar gelagert ist.
6. Elektromagnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (175) bzw. das Haltemittel (275) eine Gleitlagerhülse ist.

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