DE2719413A1 - Elektromagnetische kupplung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. ALEX STENGER

D-4000 DÜSSELDORF 1 % DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Malkastenstraße 2 DIPL.-ING. HEINZ J. RING

Unser Zeichen: 18 231 Datum: 28.

Compagnie de Construction Mecanique Sulzer,

51, boulevard Brune, Paris 14 dme. Seine, Frankreich

Elektromagnetische Kupplung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Zahnkupplung zur Übertragung einer Drehbewegung mit oder ohne Übersetzungsverhältnis zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswellenhälfte.

Bekanntlich besteht eine elektromagnetische Rutschkupplung im wesentlichen aus einem Führungsläufer, der in seinem Wirkbereich allgemein mit einer Kupferschicht versehen ist, einem geführten Läufer mit Verzahnung und einem Ständer mit einer Induktionsspule, wobei der letztere die Schließung des Magnetkreises bewirkt und der Aufnahme der Lager dient.

Das eigentliche Funktionsprinzip derartiger elektromagnetischer Rutschkupplungen besteht in der Erzeugung von Foucaultströmen zwischen dem Führungsläufer und dem geführten Läufer, die je nach Stärke eine Regulierung der Rutschbewegung ermöglichen.Aus dieser Rutschbewegung resultiert Jedoch eine relativ starke Wärmefreisetzung, die in der Hauptsache in der Kupferschicht und damit im beweglichen Teil der Kupplung angesiedelt ist.

Aus diesem Grunde wurden bereits elektromagnetische Kupplungen mit einfachem oder doppeltem Kühlkreislauf und einem oder zwei Medien hergestellt. Die Luftkühlung ist dabei am einfachsten realisierbar, kann jedoch nur für geringe spezifische Leistungen vorgesehen werden. Eine direkte Wasserkühlung ist praktisch undurchführbar, während die ölkühlung mit dem Nachteil behaftet ist, daß ein nicht zu vernachlässigendes und der Regulierung hinderliches Restmoment verbleibt.

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Die vorliegende Erfindung schaltet diese Nachteile aus, indem sie eine elektromagnetische Rutschkupplung schafft, die sich an jede spezifische Leistung anpassen läßt und durch jedes geeignete Mef-'-im dir ^rwt gekühlt werden kann.

Erfindungsgemäß ist ausgehend von der Tatsache, daß es sich bei einer herkömmlichen Kupplung um ein System mit zwei Bteiheitsgraden, d.h. einer Drehung der antriebs- und abtriebsseitigen Welle handelt, nämlich festgestellt worden, daß es genügt, das den dritten Freiheitsgrad bildende Element zu bremsen, um die üblichen Ritechmomenteigenschaften eher herkömmlichen Kupplung zu erzielen. Auf diese Weise wird die freigesetzte Wärme in einen feststehenden Bereich verlagert, der also mit einem entsprechenden Medium, insbesondere öl, Wasser, Freon usw. leicht kühlbar ist.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Kupplung als ein System mit mehreren Freiheitsgraden ausgebildet, wobei der erste Freiheitsgrad von einer am Führungsläufer befestigten Antriebswelle und der zweite Freiheitsgrad von einer am geführten Läufer befestigten Abtriebswelle gebildet werden sowie ein mit einer Induktionsspule und fluchtenden Lagern versehener Ständer vorgesehen ist, das erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen dritten Freiheitsgrad in Form eines Planetenräder-Verbindungselements zur Verbindung von Führungsläufer und geführtem Läufer mit oder ohne Übersetzungsverhältnis, welches über Foucaultströme mit dem Induktor zusammenwirkt und durch seine Abbremsung oder seinen Stillstand eine Kupplung von Führungsläufer und geführtem Läufer bewirkt, wobei eine Kühlvorrichtung auf dem Ständer nahe der elektrisch aktiven Zone des Verbindungselements vorgesehen ist.

In einer ersten Ausführungsform umfaßt der Führungsläufer ein auf der Antriebswelle befestigtes Zahnritzel und der geführte Läufer zwei Flanschen zur Aufnahme der epizykloiden Planetenräder, die einerseits mit dem Zahnritzel und andererseits mit einem Innenzahnkranz des Verbindungselements in koaxialer An-

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Ordnung mit den antriebsseitigen und abtriebsseitigen Wellen und mit Verzahnung gegenüber der Innenfläche des die Induktionsspule und die/Kühlvorrichtung tragenden Ständers in Eingriff stehen.

Nach einer zweiten Ausführungsform weist der Führungsläufer einen ersten kegeligen Zahnkranz und der geführte Läufer einen zweiten kegeligen Zahnkranz auf, wobei die beiden Zahnkränze mit gemeinsamen Planetenrädern mit zur Achse der Antriebs- und Abtriebswelle senkrechter Achse in Eingriff sind, und wobei die Lagerung auf dem mit diesen Wellen koaxialen Verbindungselement erfolgt sowie gegenüber der Innenfläche des die Induktionsspule und die Kühlvorrichtung tragenden Ständers Verzahnungen vorgesehen sind.

Nach einem weiteren zweckmäßigen Merkmal der erfindungsgemäßen Kupplung ist die Kühlvorrichtung auf der Seitenfläche des Ständers in der Nähe der Induktionsspule angeordnet und in der Form von Rippen oder Kanälen für den Umlauf eines Kühlmediums vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die in lediglich der Erläuterung dienender und keinesfalls in einem einschränkenden Sinne zu betrachtender Form die beiden möglichen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kupplung schematisch darstellen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Kupplung mit epizykloiden Zahnrädern und Fig. 2 eine Differentialkupplung.

In den Figuren sind den beiden Ausführungsformen gemeinsame Teile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine Kupplung gemäß der ersten Ausführungsform einen Ständer 1 auf, auf dem fluchtend

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ein Lager 2 für die Antriebswelle 3 und ein Lager 4 für die Abtriebswelle 5 montiert sLnd. Dieser Ständer ist auf einer entsprechenden Befestigungsunterlage (nicht dargestellt) angeordnet und trägt auf seiner im großen und ganzen zylindrischen Seitenfläche eine Induktionsspule 6. An ihrer Innenseite weist die zylindrische Seitenfläche eine Beshichtung 7 aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Werkstoff mit elektrischen Leiteigenschaften auf. In der Seitenfläche sind Umwälzkanäle 8 für ein entsprechendes Kühlmittel, beispielsweise Wasser, ausgebildet. Diese Kanäle können Jedoch auch auf der Wand angeordnet oder sogar durch Luftkühlrippen ersetzt sein. Bei Anordnung von Kanälen werden diese von einer äußeren Hülle 9 in an sich bekannter Art und Weise abgeschlossen.Auf der Antriebswelle 3 ist ein Zahnritzel 10 als Element des ersten Freiheitsgrades des Systems befestigt.

Auf der Abtriebswelle 5 sitzt ein mit der Wellenachse A-A koaxiales Backen- oder Anschlagelement 11, das in seiner Mitte mit einem Lager 12 zur Aufnahme des innenliegenden Endes der das Zahnritzel 10 tragenden Welle 3 versehen ist. Das Anschlagelement 11 umfaßt desweiteren zwei diametral gegenüberliegende Lager 13* deren Achse parallel zu der ein Ende der Achse 14 der mit dem Zahnritzel 10 kämmenden epizykloiden Planetenräder 15 tragenden Welle verläuft. Das andere Ende der Achse 14 wird von gegenüber den Lagern I3 und auf einem Flansch 17 angeordneten Lagern 16 getragen, wobei der Flansch I7 seinerseits über ein Lager 18 von der Welle 3 getragen wird. Diese aus Welle 5, Anschlagelement 11, Planetenrädern I5 und Flansch 17 bestehende Anordnung bildet das Element des zweiten Freiheitsgrades des Systems.

Ein Außenzahnkranz I9 ist koaxial zur Wellenachse A-A über ein erstes Lager 20 mit Anordnung auf der Antriebswelle 3 und über ein zweites Lager 21 mit Anordnung auf der Abtriebswelle 5 montiert. Dieser Zahnkranz I9 hat die Form eines Zylinders, dessen Seitenfläche 22 mit außenliegenden Zähnen 23 besetzt

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ist, welche der Beschichtung 7 zugewandt sind und dazu dienen, in an sich bekannter Art und Weise Foucaultströme zu erzeugen. Auf der Innenseite des Zahnkranzes I9 sitzt ein mit den Planetenrädern 15 in Eingriff bringbarer Zahnkranz 24. Der vollständige Zahnkranz I9 bildet das Element des dritten Freiheitsgrades des Systems.

Unter dem Einfluß der Erregung der Spule 6, wobei die Antriebswelle 3 als in Drehbewegung befindlich angenommen ist, wird die Drehung des Kranzes I9 fortschreitend abgebremst und gegebenenfalls sogar stillgesetzt, weil ein Magnetkreis geschlossen wird und über die Zähne 23 und die Flächen der Beschichtung J die Foucaultströme wieder zusammengeführt werden. Die Planetenräder 15 drehen also um ihre Achse 14, wodurch sie eine zur Linie A-A koaxiale Drehung vollführen und so die Abtriebswelle 5 artreiben. Die Stärke der Erregung der Spule 6 bestimmt den Jeweils gewünschten Rutschweg der Kupplung, während das Verhältnis der entsprechenden Durchmesser des Zahnritzels 10 und der Planetenräder I5 zur Bestimmung eines jeden gewünschten Übersetzungsverhältnisses herangezogen werden kann.

Die durch das Vorhandensein der Foucaultströme erzeugte Wärme sammelt sich in der festen zylindrischen Fläche des Ständers, so daß über die Kanäle 8, die beispielsweise mit jeder geeigneten Mediumquelle verbunden sein können, die direkte Kühlung dieses festen Abschnitts stark vereinfacht wird.

Fig. 2 zeigt eine Kupplung der zweiten Ausführungsform, d.h. eine Differentialkupplung mit kegeligen Planetenrädern 25 mit zur Linie A-A senkrechter Achse 26, die einerseits mit einem auf der Antriebswelle 2 befestigten antriebsseitigen Zahnkranz 27 und andererseits mit einem äit der Abtriebswelle 5 befestigten abtriebsseitigen Zahnkranz 28 in Eingriff stehen. Die Funktionsweise der Kupplung in dieser Ausführungsform ist identisch mit der vorstehend beschriebenen, wobei Jedoch darauf hinzuweisen ist, daß in diesem Falle keine Möglichkeit besteht, das Übersetzungsverhältnis mechanisch zu verändern.

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Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung lediglich als bevorzugtes Beispiel beschrieben wurde und jede technisch gleichwertige Lösung mit einschließt, ohne daß der in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegte Erfindungsrahmen verlassen wird.

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Claims (4)

Ansprüche

1. Elektromagnetische Rutschkupplung als System mit mehreren Freiheitsgraden umfassend einen ersten Freiheitsgrad In Form einer an einem Führungsläufer befestigten Antriebswelle, einen zweiten Freiheitsgrad in Form einer mit einem geführten Läufer verbundenen Abtriebswelle sowie mit einem Ständer mit einer Induktionsspule und fluchtenden Lagern, gekennzeichnet durch einen dritten Freiheitsgrad in Form eines Verbindungselements (19,22) mit Planetenrädern (15*25) zur Verbindung von Führungsläufer (10,27) und geführtem Läufer (11,28), wobei das Verbindungselement (19,22) über Foucaultströme mit der Induktionsspule (ό) zusammenwirkt und in Abhängigkeit von seiner Drehzahl die Kupplung zwischen dem Führungsläufer (10,27) und dem geführten Läufer (11,28) bewirkt, und wobei eine Kühlvorrichtung (8) auf dem Ständer (1) nahe der elektrisch aktiven Zone (23) des Verbindungselements (19,22) vorgesehen ist.

2. Elektromagnetische Rutschkupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsläufer ein auf der Antriebswelle (3) befestigtes Zahnritzel (10) umfaßt und der geführte Läufer zwei Flanschen (11,17) zur Aufnahme von epizykloiden Planetenrädern (15), die einerseits mit dem Zahnritzel (10) und andererseits mit einem Innenzahnkranz (24) des Verbindungselements (22) in koaxialer Anordnung mit der Antriebswelle (3) und der Abtriebswelle (5) und mit Verzahnung (23) gegenüber der Innenfläche des die Induktionsspule (6) und die Kühlvorrichtung (8) tragenden Ständers (1) in Eingriff stehen.

3. Elektromagnetische Rutschkupplung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führ uqaß läufer einen ersten kegeligen Zahnkranz (27) und der geführte Läufer einen zweiten kegeligen Zahnkranz (28) umfassen, wobei die beiden Zahnkränze (27,28) mit gemeinsamen Planetenrädern (25) mit zur Achse der Antriebswelle (3) und Abtriebswelle (5) senk-

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rechter Achse (26) in Eingriff sind, und wobei die Lagerung auf dem mit diesen Wellen (3,5) koaxialen Verbindungselement (22) erfolgt sowie gegenüber der Innenfläche des die Induktionsspule (6) und die Kühlvorrichtung (8) tragenden Ständers (1) Verzahnungen (2j>) vorgesehen sind.

4. Elektromagnetische Rutschkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung der Foucaultströme im Ständer (1) erfolgt und die Kühlvorrichtung auf der Seitenfläche (9) des Ständers (1) in der Nähe der Induktionsspule (6) angeordnet und in der Form von Rippen oder Kanälen (8) für den Umlauf eines Kuhlmediums vorgesehen ist.

5· Elektromagnetische Rutschkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Freiheitsgrad ein Verbindungselement (19,22) mit Planetenrädern (15*25) zur Verbindung des Führungslaufers (10,27) und des geführten Läufers (11,28) mit Hilfe von Übersetzungsmitteln umfaßt.

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