DE2942737C2

DE2942737C2 -

Info

Publication number: DE2942737C2
Application number: DE2942737A
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen De Ragaly
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-10-23
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1987-10-29
Also published as: GB2061461B; FR2468032B1; DE2942737A1; FR2468032A1; JPS5666526A; GB2061461A; US4437846A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Reibungsschlupfkupplung nach der Gattung des Hauptanspruchs. In Kraftfahrzeugen wird eine Reihe von Aggregaten, beispielsweise der elektrische Generator, mit den stark variierenden Drehzahlen des Verbrennungsmotors angetrieben, obwohl für eine optimale Funktion dieser Aggregate nur eine konstante Dreh zahl erwünscht wäre.

Durch die DE-PS 20 53 263 und die DE-OS 28 22 638 sind Kupplungen bekanntgeworden, die mit Fliehgewichten arbeiten und beim Erreichen eines bestimmten oberen Drehzahlbe reiches den Kontakt vom antriebsseitigen Kupplungsteil zum abtriebs seitigen Kupplungsteil abschwächen und so verhindern, daß die Dreh zahlen des abtriebsseitigen Kupplungsteils weiter zunimmt. Bei diesen bekannten Kupplungen sind die Übertragungsteile einem Abrieb unterworfen, dadurch tritt ein hoher Verschleiß und eine hohe Wärmebelastung auf. Die Kupplungen sind dadurch störanfällig und müssen laufend gewartet werden.

Aus der GB-PS 11 90 793 ist auch schon eine Reibungsschlupfkupplung zur automatischen Regelung der Drehzahl eines Kühlungsventilators bekannt; die Regelung erfolgt bei einer solchen Kupplung über die Kühlflüssigkeitstemperatur, d. h., je wärmer diese Temperatur der Kühlflüssigkeit ist, um so schneller wird die Ventilator-Drehzahl. Die Kühlflüssigkeit wirkt dabei auf eine Membran, welche ihrerseits mehr oder weniger axial auf den Außenring eines Wälzlagers drückt und somit durch Verändern des Wälzlager-Rollwiderstandes eine schnellere bzw. langsamere Ventilator-Drehzahl nach sich zieht.

Bekannt ist auch bereits eine Reibungsschlupfkupplung (GB-PS 12 33 236), bei der ebenfalls das axiale Verspannen von koaxial zueinander angeordneten Wälzlager-Ringen ausgenutzt wird; die in dieser Druckschrift beschriebene Kupplung dient als Überlastsiche rung, bei der ein vorbestimmtes Reibungsmoment mittels einer Mutter eingestellt wird und bei der bei Erreichen des vorbestimmten Rei bungsmomentes das im wesentlichen mit konstanter Drehzahl laufende, antreibende Element von dem abtriebsseitigen Element getrennt wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, für den An trieb eines Kraftfahrzeug-Generators eine Reibungsschlupfkupplung zu schaffen, die trotz der vom Verbrennungsmotor ausgehenden, stark variierenden Drehzahl das abtriebsseitige Element nur bis zu einer vorbestimmten oberen Drehzahl im wesentlichen synchron mitdreht, dann jedoch bei weiter steigender Drehzahl des antriebsseitigen Ele mentes die Drehzahl des abtriebsseitigen Elementes bei der vorbe stimmten oberen Drehzahl beläßt. Eine solche Kupplung soll aber nicht teuer, jedoch für die Massenfertigung geeignet sein, darf nur wenig Raum beanspruchen und muß zuverlässig und wartungsarm sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs auf geführten Merkmale gelöst. Dabei ergibt sich zusätzlich infolge der Charakteristik der Reibungsschlupfkupplung eine Verringerung der er forderlichen Antriebsleistung und demzufolge ein verbesserter Wir kungsgrad. Außerdem wird mittels einer solchen Reibungsschlupfkupp lung die Lebensdauer derartiger Aggregate erhöht und darüber hinaus auch noch eine nennenswerte Geräuschreduzierung erzielt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Reibungsschlupfkupplung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Drehstromgenerator mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Reibungsschlupfkupplung im Schnitt,

Fig. 2 (Fig. 2a und 2b) zeigt Ausführungsbeispiele, die zusätzlich noch mit einer Wirbel stromanordnung versehen sind,

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem Trommel-Lüfter an einem Generator und

Fig. 4 ein Schaubild.

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen Drehstromgenerator ge zeigt. Das Maschinengehäuse dieses Generators umfaßt ein antriebs seitiges Lagerschild 11 und ein schleifringseitiges Lagerschild 12. Am antriebsseitigen Lagerschild 11 sind ein Haltearm und/oder ein Schwenkarm 13 angeformt. Mit Hilfe von Schrauben 14 ist ein Ständer blechpaket 15 zwischen die Lagerschilde 11 und 12 eingespannt. In die beiden Lagerschilde 11 und 12 sind Lager 16 und 17 eingesetzt, in denen eine Maschinenwelle 18 gelagert ist. Der Ständer 15 trägt eine Ständerwicklung 19. Der Ständerwicklung 19 ist ein Gleich richter nachgeschaltet, der im wesentlichen auf einem 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 ebenfalls auf die Maschinenwelle 18 aufgesetzt sind. Mit den Schleifringen 23 stehen in einem Bürstenhalter 24 geführte Kohlenbürsten in Wirkungsverbindung. Der Bürstenhalter 24 ist mit einem Spannungsregler 25 zu einer Bauein heit zusammengefaßt.

Auf die Welle 18 sind außerhalb des Gehäuses 11, 12 auf der An triebsseite zwei weitere Kugellager mit Innenringen 26, 28 und Außenringen 27, 29 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 sowie zwischen dem Innenring 26 und der Riemenscheibe 31 ist je ein Distanzring 33 eingefügt. Mit Hilfe einer Mutter 34 sind die Riemen scheibe 31, die Distanzringe 33 und die Innenringe 26 und 28 gegen den Innenring 32 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 Außenringe 27 und 29 auseinanderge drückt. Die Kraft, mit der die beiden Außenringe 27 und 29 auseinan dergedrückt werden, ist unter anderem mit Hilfe der Dicke des Distanzrings 33 a, 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 Außen ring 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 (siehe Fig. 4). Wenn sich die Maschinenwelle 18 zu drehen beginnt, fängt allmählich auch das Lüfterrad 36 an, sich zu drehen. Bleibt die Drehzahl n _w der Maschinenwelle 18 niedrig und konstant, er reicht das Lüfterrad 36 nach kurzer Zeit diese Drehzahl n _w der Maschinenwelle 18. Bis zu einem Höchstwert n _l, der im wesentlichen durch die Konstanten der Tellerfedern 37 und die Breite des Distanz ringes 33 a vorgebbar ist, dreht sich das Lüfterrad 36 dann synchron mit der Welle 18. Dieser Drehzahlwert n _l ist durch das im wesent lichen konstante Drehmoment M _K bestimmt, das zum Überwinden der Kugellagerreibung benötigt wird. Wird nun die Drehzahl n _w der Welle 18 über den genannten vorgebbaren Wert n _l hinaus weiter er höht, dann erhöht sich die Drehzahl n _L des Lüfterrads 36 nur un wesentlich weiter. Im Schaubild Fig. 4 ist das Drehmoment M _Kfür die Überwindung der Lagerreibung und der Verlauf des Drehmoments M _L, das zum Antrieb des Lüfters benötigt wird, dargestellt. Bei dem erwähnten Drehzahlwert n _l sind die beiden Drehmomente gleich groß, also M _K = M _L = M _l. Man kann demnach in einem Drehzahl bereich 0≦n _w≦n _l von einem Synchronbetrieb sprechen, bei dem n _L = n _w und M _L≦M _K ist, und bei Maschinenwellendrehzahlen n _w<n _l von einem Asynchronbetrieb, bei dem n _L<n _w und M _L<M _K ist.

Als federndes Element 37 kann statt der Tellerfedern beispielsweise eine Wellfeder oder eine Schraubenfeder oder ein ähnliches Element eingesetzt werden. Auch mit solchen Elementen läßt sich durch die Wahl der Federkonstanten die Drehzahl mit festlegen, bis zu welcher das Lüfterrad 36 mit der Welle 18 synchron drehen soll. Da sich die Kugellager 26, 27; 28, 29 bei einer konstanten Drehzahl der Maschinenwelle 18 bis zu dem erwähnten Grenzwert nicht drehen und oberhalb dieses Grenzwertes die Kugellagerdrehzahl, also die Dreh zahl des Lüfterrads 36, stets kleiner als die Drehzahl der Welle 18 ist, können die Kugellager 26, 27; 28, 29 der Beanspruchung, die durch die erhöhten Reibungsverluste der Kugellager entsteht, stand halten.

Wünscht man einen höheren Grenzwert für die Synchrondrehzahl 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 Wirbel stromanordnung erreichen.

Eine Wirbelstromanordnung ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2a ist auf der Riemenscheibe 31 ein Permanentmagnetring 41 so angeordnet, daß er mit einem geringen Luftspalt dem scheibenförmigen Teil des Lüfterrads 36 gegenübersteht. Bei einer höheren Drehzahl versucht die Riemenscheibe 31 das Lüfterrad 36 in bekannter Weise mitzuneh men. In Fig. 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 Fig. 1 und 2 sind das an triebsseitige Kupplungsteil die Maschinenwelle 18 und die Innenringe 26 und 28, das Übertragungsteil die Kugeln 35 und das abtriebs seitige 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 verwirk licht.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Trommellüfter gezeigt, der auf der Schleifringseite eines Generators montiert ist. Gleiche Bauteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Als Lager 26 bis 29 sind Rillenkugellager 226-229 verwendet. Der Trommellüfter 236 läuft in einem Lüftergehäuse 43, das am schleifringseitigen Lagerschild 12 des Generators angeschraubt ist. Der Trommellüfter ist von bekannter Bauart und soll hier nicht näher beschrieben werden. Zur zusätz lichen Kühlung der Nabe des Trommellüfters 236 und damit der Lager 26 bis 29 können weitere Lüfterschlaufen 44 vorgesehen werden.

Claims

1. Reibungsschlupfkupplung für den Antrieb eines Generators eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für ein Lüfterrad zur Kühlung des Generators, das auf der Generatorwelle drehbar angeordnet ist, da durch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (36) über ein Radialwälz lager (28, 35, 29) auf der Generatorwelle (18) abgestützt ist, wobei die Wälzkörper (35) des Radial-Lagers bei ihrem Umlauf um die Generatorwelle (18) in gleichbleibendem radialem Abstand von der Generatorwelle (18) durch einen gegen die Generatorwelle (18) abge stützten Laufring (28) gehalten sind und durch parallel zur Genera torwelle (18) wirkende, durch eine Druckfeder (37) ausgeübte Druck kräfte gegen ihren mit dem Lüfterrad (36) verbundenen Gegenlaufring (29) gespannt werden.

2. Kupplung nach Anspruch 1, 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 beanspruch tes federndes Teil (37) angeordnet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 35) durch zwei nebeneinander angeordnete Rillenkugel lager gebildet ist und daß zwischen dem ersten (27) und dem zweiten (29) Außenring ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (37) ange ordnet ist.

4. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Innenringe (26, 28) ein Distanzring (33) einge fügt ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß einer der beiden Außenringe (27) in seiner Halterung (36) axial verschiebbar ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß das federnde Teil (37) eine Tellerfeder ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teller feder (37) aus zwei V-förmig gegeneinander gelegten Teil-Teller federn besteht.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß das federnde Teil (37) eine Wellfeder ist.

9. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Lager (26 bis 29) ein Kugellager ist.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß als Lager (26 bis 29) eine Kombination aus verschiedenen an sich bekannter Lagertypen verwendet ist.

11. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom bination der Lagertypen in einem einzigen Bauteil verwirklicht ist.

12. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß in ein antriebsseitiges Kupplungsteil (31) Dauer magnetteile (41, 42) eingesetzt sind, die dem abtriebsseitigen Kupplungsteil (36) gegenüberliegen.

13. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (42) der Kupplung auf einem Zylindermantel in einem an triebsseitigen Kupplungsteil (31) angeordnet sind.

14. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (41) auf einer zur Systemachse konzentrischen Kreis fläche in einem antriebsseitigen Kupplungsteil (31) angeordnet sind.