DE2942737A1 - Kupplung fuer rotierbare teile - Google Patents

Kupplung fuer rotierbare teile

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DE2942737A1 DE19792942737 DE2942737A DE2942737A1 DE 2942737 A1 DE2942737 A1 DE 2942737A1 DE 19792942737 DE19792942737 DE 19792942737 DE 2942737 A DE2942737 A DE 2942737A DE 2942737 A1 DE2942737 A1 DE 2942737A1
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    • F16D7/005—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock the torque being transmitted and limited by rolling friction, e.g. ball bearings axially loaded
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Description

R. 58 0 7
11.10.1979 Chr/Sm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Kupplung für rotierbare Teile Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kupplung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Vor allem in Kraftfahrzeugen werden eine Reihe von Aggregaten, beispielsweise der elektrische Generator, der Lüfter des Verbrennungsmotors, die Wasserpumpe und die ölpumpe mit den stark variierenden Drehzahlen des Verbrennungsmotors angetrieben, obwohl für eine optimale Funktion dieser Aggregate nur eine konstante Drehzahl gewünscht wäre. Durch die DE-PS 20 53 263 (R- 88 der Anmelderin) und die DE-OS 28 22 638 (R. 4690 der Anmelderin) sind Kupplungen bekanntgeworden, die mit Fliehgewichten arbeiten und beim Erreichen eines bestimmten oberen Drehzahlbereiches den Kontakt vom antriebsseitigen Kupplungsteil zum abtriebsseitigen Kupplungsteil abschwächen und so verhindern, daß die Drehzahl des abtriebsseitigen Kupplungsteils weiter zunimmt. Bei diesen bekannten Kupplungen sind übertragungsteile einem Abtrieb unterworfen, dadurch tritt ein hoher Verschleiß und eine hohe V,Tärmebelastung auf. Die Kupplungen sind dadurch störanfällig und müssen laufend gewartet werden.
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Chr/Sm Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kupplung; mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Wartung während ihrer Lebensdauer nicht erforderlich ist. Dadurch, daß das Aggregat nicht mit den höchsten Drehzahlen angetrieben wird, verringert sich die erforderliche Antriebsleistung; die Folge davon ist eine vorteilhafte Verbesserung des Wirkungsgrades. Ein weiterer Vorteil ist, daß sich durch die niedrigere maximale Lüfterdrehzahl und die geringere erforderliche Antriebsleistung gegenüber herkömmlichen Anordnungen eine Energieersparnis erzielen läßt. Bei einem Antrieb mit Keilriemen ist als Vorteil außerdem die größere Keilriemenlebensdauer anzusehen. Weiter ist der Geräuschpegel geringer als bei bekannten Anordnungen. Schließlich ist wegen der verminderten Beschleunigung des Aggregats die Belastung des Antriebssystems geringer und damit die Lebensdauer des Aggregats höher.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und !Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kupplung möglich - sie lassen sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele entnehmen -, insbesondere lassen sich vorhandene Aggregate mit der erfindungsgemäßen Kupplung nachrüsten.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Drehstromgenerator mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Kupplung im Schnitt, Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Radiallager, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, und zwar mit einem
• •/3 130Q19/0U9
>- R· 5807
Chr/Sm
Axial-Lager, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem Trommel-Lüfter an einem Generator, Figur 5 einen Nachrüstvorschlag, und Figur 6 ein Schaubild.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist der Querschnitt durch einen Drehstromgenerator gezeigt. Das Maschinengehäuse dieses Generators umfaßt ein antriebsseitiges Lagerschild 11 und ein schleifringseitiges Lagerschild 12. Am antriebsseitigen Lagerschild 11 sind ein Haltearm und/oder ein Schwenkarm 13 angeformt. Mit Hilfe von Schrauben 1L ist ein Ständerblechpaket 15 zwischen die Lagerschilde 11 und 12 eingespannt. In die beiden Lagerschilde 11 und 12 sine Lager 16 und 17 eingesetzt, in denen eine Maschinenwelle 1& gelagert ist. Der Ständer 15 trägt eine Ständerwicklung :.9. Der Ständerwicklung 19 ist ein Gleichrichter nachgeschaltet, der im wesentlichen auf einen Kühlkörper 20 untergebracht ist. Die Maschinenwelle 18 trägt einen Läufer 21 mit einer Erregerwicklung 22. Die Enden der Erregerwicklung 22 sind an Schleifringe 23 angeschlossen, die ebenfal-ls auf die Maschinenwelle 18 aufgesetzt sind. Mit den Schleifringen 23 stehen in einem Bürstenhalter 2*4 geführte Kohlenbürsten in Wirkungsverbindung. Der Bürstenhalter 24 ist mit einem Spannungsregler 25 zu einer Baueinheit zusammengefaßt.
Auf die Welle 18 sind außerhalb des Gehäuses 11, 12 auf der Antriebsseite zwei weitere Kugellager mit Innenringen 26, 28 und Außenringen 27, 2 9 aufgeschoben. Außerdem trägt die Welle 18 noch eine Riemenscheibe 31. Zwischen dem Innenring 32 des Lagers 16 und dem Innenring 28, zwischen dem Innenring 28 und dem Innenring 26 soll zwischen dem Innenring 26 und der Riemenscheibe 31 ist je ein Distanzring 33 eingefügt. Mit Hilfe einer Mutter 34 sind die Riemenscheibe 31» die Distanzringe 33 und die Innenringe 26 und 28 gegen den Innenring 32
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'"" R-5807
Chr/Sm
des Lagers 16 gepreßt. Über den Kugeln 35 sind die Außenringe 27, 29 zunächst frei drehbar. Auf den Außenringen 27, 29 sitzt ein Lüfterrad 36. Einer der beiden Außenringe, vorzugsweise der dem Lager 16 zugewandte Außenring 29, ist in die Nabe des Lüfterrads 36 eingepreßt. Der andere Außenring 27 ist dann in der Nabe des Lüfterrads 36 axial verschiebbar angeordnet. Die Nabe des Lüfterrads 36 dient somit als Halterung für die Außenringe 27 und 29- Mit Hilfe eines federnden Elements 37, das sich am Außenring 29 abstützt, werden die beiden Außenrings 27 und 29 auseinandergedrückt. Die Kraft, mit der die beiden Außenringe 27 und 29 auseinandergedrückt werden, ist unter anderem mit Hilfe der Dicke des Distanzrings 33a, der zwischen den Innenringen 26 und 28 angeordnet ist, einstellbar. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist das federnde Element 37 durch zwei Tellerfedern realisiert, von denen die eine mit ihrem Außenrand auf dem Außenring 29 und die andere mit ihrem Außenrand auf dem Außenring 27 aufliegt und die beide mit ihrem Innenrand aneinanderliegen. Zwischen dem verschiebbaren Außenring 27 und der Nabe des Lüfterrads 36 ist zweckmäßigerweise noch ein O-Ring 38 eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Kupplung bewirkt, daß das Lüfterrad 36, das Kühlluft durch den Generator saugt, nicht direkt, sondern mit dem Reibungsmoment der Lager 26/35/27 und 28/35/29 angetrieben wird. Wenn sich die Maschinenwelle 18 zu drehen beginnt, fängt allmählich auch das Lüfterrad 36 an, sich zu drehen. Eleibt die Drehzahl η der Maschinenwelle 18 niedrig und konstant, erreicht das Lüfterrad 36 nach kurzer Zeit diese Drehzahl η der Maschinenwelle 18. Bis zu einem Höchstwert n*, der im wesentlichen durch die Konstanten der Tellerfedern 37 und die Breite des Distanzringes 33a vorgebbar ist, dreht sich das Lüfterrad 36 dann synchron mit der Welle 18. Dieser Drehzahlwert n. ist durch das im wesentlichen konstante Drehmoment M1, bestimmt, das zum überwinden der Kugellager-
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>' R 5 8 O 7.
Chr/Sm
reibung ter.ötigt wird. Wire nun die Drehzahl η der Welle IS über den genannten vorgebbaren Wert n. hinaus weiter erhöht, dann erhöht sich die Drehzahl nT des Lüfterrads 36 nur unvresentlich weiter. Im Schaubild Figur 6 ist das Drehmoment K1, für die Überwindung der Lagerreibung und der Verlauf des Drehmoments ML, das zum Antrieb des Lüfters benötigt wird, dargestellt. Bei dem erwähnten Drehzahlwert n. sind die beiden Drehr.or.ente gleich groß, also Mv = MT = M. . Man kann nach in einem Drehzahlbere:.ch 0 = η = η., von einem Synchr betrieb sprechen, bei dem n, = η und M· = M„ ist, und bei Maschir.er.wellendrehzahlen η > η. von einem Asynchronbetri
bei den nT < n,t und MT > M1, ist.
Lw L h
Als federndes Element 37 kann statt der Tellerfedern beispielsweise eine Wellfeder oder eine Schraubenfeder oder ein ähnliches Element eingesetzt werden. Auch mit solchen Elenenten laut sich durch die Waη1 der Pederkonstante die Drehzahl mit festlegen, bis zu welcher das Lüfterrad 36 mit der V.'elle 18 synchron drehen soll. Da sich die Kugellager 26, 27; 25, bei einer konstanten Drehzahl der Maschinenwelle 18 bis zu dem erwähnten Grenzwert nicht drehen und oberhalb dieses Grenzwertes die Kugellagerdrehzahl, also die Drehzahl des Lüfterrads 36, stets kleiner als die Drehzahl der Welle la ist, kernen die Kugellager 26, 27; 28, 29 der Beanspruchung, die durch die erhöhten Reibungsverluste der Kugellager entsteht, standhalten.
Wünscht nan einen höheren Grenzwert für die Synchrondrehzahi des Lüfterrads 36, so kann man dies außer mit den schon geschilderten Maßnahmen durch ein "Parallelschalten" mehrerer Lager zwischen der Maschinenwelle 18 und dem Lüfterrad 36 oder mit Hilfe einer Wirbelstromanordnung erreichen.
Eine Wirbelstromanordnung ist in Figur 2 gezeigt. In Figur 2a ist auf der Riemenscheibe 31 ein Permanentmagnetring kl
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-*~ R58 0
Chr/Sm
so angeordnet, daß er mit einem geringen Luftspalt dem scheibenförmigen Teil des Lüfterrads 3f> gegenübersteht. Bei einer höheren Drehzahl versucht die Riemenscheibe 31 das Lüfterrad 36 in bekannter Weise mitzunehmen. In Figur 2b ist in der Riemenscheibe 31 ein Magnetring 42 in der Form eines Kreiszylindermantels angeordnet. Der Magnetring 42 ist über einen kleinen Luftspalt über der Nabe des Lüfterrads 36 drehbar.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 sind das antriebsseitige Kupplungsteil die Maschinenwelle 18 und die Innenringe 26 und 28, das Übertragungsteil die Innenringe 26 und 28, die Kugeln 35 und die Außenringe 27 und und das abtriebsseitige Kupplungsteil die Außenringe 27 und 29 und die Nabe des Lüfterrads 36. Die erforderlichen schrägen Laufbahnen der Kugellager 26, 27; 28, 29 werden hier durch bekannte Schrägkugellager verwirklicht.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist als übertragungsteil ein Axial-Lager verwendet, das zweiseitig wirkt. Die Funktion der Innenringe 26 und 28 ist durch die Kreisringe 126 und 128 übernommen, die Funktion der Außenringe 27, 29 durch die Kreisringe 127 und 129· Im Ausführungsbeispiel sind die Ringe 127 und 129 einstückig ausgebildet und mit dem abtriebsseitigen Teil 136 verbunden. Die Erhöhung der Reibung ist im Prinzip wieder durch eine als federndes Element 137 wirkende Tellerfeder realisiert. Die Tellerfeder 137 stützt sich beim dritten Ausführungsbeispiel aber an einem fest mit der Maschinenwelle II8 verbundene! Teil ab und drückt den Kreisring 128 auf die Axiallager 126, 127, 128, 129. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind weitere Maßnahmen, wie beispielsweise ein Wirbelstromantrieb, möglich.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein Trommellüfter gezeigt, der auf der Schleifringseite eines Generators montiert ist. Gleiche Bauteile wie beim ersten Ausführungsbei-
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Al
* R· 58 O 7j
Chr/Sm
spiel nach Figur 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Als Lager 26 bis 29 sind Rillenkugellager verwendet. Der Trommellüfter 236 läuft in einem Lüftergehäuse ^3, das am schleifringseitigen Lagerschild 12 des Generators angeschraubt ist. Der Trommellüfter ist von bekannter Bauart und soll hier nicht näher beschrieben werden. Zur zusätzlichen Kühlung der Nabe des Trommellüfters 236 und damit der Lager 26 bis 29 können weitere Lüfterschaufeln 44 vorgesehen werden.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4 sind als Lager lediglich Kugellager gezeigt, bei denen Ringe als Lagerflächen dienen. Die Erfindung kann aber auch mit Hilfe von anderen Wälzlager-Arten verwirklicht werden, beispielsweise mit Nadellagern. Außerdem ist es möglich, statt Wälzlagern Gleitlager, beispielsweise Sinterlager, zu verwenden. Schließlich können bei jedem der Ausführungsbeispiele Lager unterschiedlicher Art verwendet sein.
In Figur 5 ist ein Nachrüstsatz vorgestellt, bei dem ein serienmäßiges Nadelkugellager verwendet ist. Ein solcher Nachrüstsatz läßt sich auf vorhandene Maschinenwellen 18 montieren und umfaßt lediglich die drei Teile Lüfterrad 36, Riemenscheibe 31 und Rillenkugellager 326.
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Claims (1)

  1. 5807
    11.10.1979 Chr/Sm
    ROBERT 3CSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche
    1J Kupplung zwischen einem Antriebssystem, insbesondere einem Kraftfahrzeugmotor, und einem Aggregat, insbesondere einem Lüfter eines Drehstromgenerators, mit einem antriebsseitigen Kupplungsteil, einem Übertragungsteil und einem abtriebsseitigen Kupplungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragungsteil ein Lager (26, 27; 28, 29; 126, 127; 128, 129) mit einem Schmiermittel ist, dessen eine Lagerfläche (26, 28; 126, 128) mit dem antriebsseitigen Teil (18, 118) und dessen andere Lagerfläche (27, 29; 127, 129) mit dem abtriebsseitigen Teil (36, 136) verbunden ist.
    2. Kupplung nach Anspruch 1, daß die eine Lagerfläche (26, 2ö) ein Innenring und die andere Lagerfläche (27, 29) ein Außenring eines Radial-Lagers ist.
    130019/QU9
    Chr/Sm
    3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Lager (26, 27, 28, 29, 35) als aus zwei einreihigen Lagern bestehendes Schräg-Lager in O-Anordnung ausgebildet ist und daß zwischen dem ersten (27) und dem zweiten (29) Außenring ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (37) angeordnet ist.
    4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 35) durch zwei nebeneinander angeordnete Rillenkugellager gebildet ist und daß zwischen dem ersten (27) und dem zweiten (29) Außenring ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (37) angeordnet ist.
    5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Innenringe (26, 28) ein Distanzring (33) eingefügt ist.
    6. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Außenringe (27) in seiner Halterung (36) axial verschiebbar ist.
    7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Lagerfläche (126, 128) und die andere Lagerfläche (127, 129) Bestandteile eines Axial-Lagers sind.
    130019/0U9
    ORIGINAL INSPECTED
    -3 - R-58
    Chr/Sm
    8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Axial-Lager (126, 127, 128, 129) in zwei Einzellager mit einer gemeinsamen anderen Lagerfläche (127, 129), dem je eine eine Lagerfläche (126, 128) gegenüberliegt, aufgeteilt ist und daß zwischen einem der einen Lagerflächen (128) und dem zugehörigen Bereich des antriebsseitigen Teils (118) ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (137) angeordnet ist.
    9. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil (37, 137) eine Tellerfeder ist.
    10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (37, 137) aus zwei V-förmig gegeneinander gelegten Teil-Tellerfedern besteht.
    11. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil (37, 137) eine Wellfeder ist.
    12. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 126 bis 129) ein Kugellager ist.
    ..A 130019/0U9
    Chr/Sm
    13· Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 126 bis 12) ein Nadellager ist.
    14. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 126 bis 129) ein Gleitlager ist.
    15· Kupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitlager (26 bis 29, 126 bis 129) ein Sinterlager verwendet ist.
    16. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (26 bis 29, 126 bis 129) eine Kombination aus verschiedenen an sich bekannter Lagertypen verwendet ist.
    17· Kupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination in einem einzigen Bauteil verwirklicht ist.
    l8. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in ein antriebsseitiges Kupplungsteil (3D dem abtriebsseitigen Kupplungsteil (36) gegenüberliegend Dauermagnetteile (41, 42) eingesetzt sind.
    130019/0U9
    INSPECTED
    - 5 - R. 58 0
    Chr/Sm
    19. Kupplung nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (42) auf einem Zylindermantel in einem antriebsseitigen Kupplungsteil (3D angeordnet sind.
    20. Kupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (1Jl) auf einer zur Systernachse konzentrischen Kreisfläche in einem antriebsseitigen Kupplungsteil (3D angeordnet sind.
    130019/0149
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