DE3415427C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Reibscheibenschlupfkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Kupplung ist aus der DE-AS 10 06 979 bekannt. Bei der bekannten Kupplung befinden sich an dem Anker nach innen gerichtete radiale Ansätze, die auf in dem Rotor längs-verschieblich gelagerte Betätigungsstifte einwirken, wenn Schlupf zwischen Rotor und Anker vorhanden ist. Die Stifte betätigen ihrerseits über Schleifringe die elektromagnetische Spule des Elektromagneten in dem Rotor. Die Unterbringung der Betätigungsstifte in dem Rotor ist aufwendig und führt zu einer voluminösen Bau­ weise der Kupplung. Außerdem sind Schleifringe notwendig, die die Signale von den von den Stiften betätigten Schaltern abnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektro­ magnetisch betätigte Reibscheibenschlupfkupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die einen kompakten Aufbau besitzt, und bei der die Detektoreinrichtung zum Feststellen eines Schlupfs zwischen Rotor und Anker ohne Schleifringe oder Schleif­ kontakte arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäße Kupplung vermag einen Schlupf zwischen Rotor und Anker festzustellen, ohne daß dazu irgendwelche mechanisch betätigten Zusatzteile in der Kupplung erfor­ derlich sind. Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß der durch den Elektromagneten, den Rotor und den Anker gebildete Magnetkreis bei starrer Kopplung von Rotor und Anker eine bestimmte Reluktanz und einen bestimmten magnetischen Fluß aufweist, während bei Schlupf zwischen Rotor und Anker Reluktanz und Magnetfluß schwanken. Diese Änderungen können entweder durch die Spule des Elektro­ magneten selbst oder mit Hilfe einer speziellen Hilfsspule erfaßt werden.

In dem GE-GM 17 98 011 ist eine Einrichtung zum Ermitteln der Relativbewegung zwischen zwei koaxialen Wellen be­ schrieben. Über eine Zahnradverbindung wird eine als Innenläufter ausgebildete erste Spule von der ersten Welle angetrieben, während eine als Außenläufer ausgebildete zweite Spule von der zweiten Welle angetrieben wird. Drehen sich beide Wellen gleich schnell, gibt es keine Relativ­ bewegung zwischen den beiden Spulen. Bei ungleicher Dreh­ zahl der beiden Wellen wird an der einen Spule oder an der anderen Spule ein Spannungssignal abgenommen. Aller­ dings wird dazu ebenfalls eine Schleifringanordnung be­ nötigt, so daß das erfindungsgemäß angestrebte Ziel, auf Schleifringe verzichten zu können, nicht erreicht wird. Abgesehen davon ist der konstruktive Aufwand (Zahnradanord­ nung, Drehwelle, Lager und Spulen) erheblich.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Dabei kommt die Ausgestaltung nach Anspruch 4, wonach Rotor und Anker ohne Nuten, Schlitze u. dgl ausgebildet sind, besonders dann in Be­ tracht, wenn die Detektoreinrichtung sehr empfindlich ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Reibscheiben­ schlupfkupplung,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Schnittlinie 3-3 in Fig. 1, und

Fig. 4a und 4b zwei unterschiedliche Winkelstellungen von Anker und Rotor.

Fig. 1 zeigt die mit einem Rotor 2 verbundene Antriebs­ welle 1 des Motors. Der Rotor 2 besitzt solche Ab­ messungen, daß er als Ersatz für das Schwungrad arbeiten kann, wobei er ein entsprechendes Trägheitsmoment und eine ringförmige Aussparung 3 besitzt, in die ein Elektromagnet 4 eingesetzt ist. Der Elektromagnet 4 weist eine Erregerwicklung 5 auf, die in das Innere eines zuge­ ordneten Magnetkerns 6 eingesetzt ist, der an einem äußeren, ortsfesten Teil 7 des Motors befestigt ist. Der Rotor 2 ist mit einem gezahnten Ring 8 zur Kupplung an einen Anlasser versehen und kann an der Vorderseite Einsätze 9 aus Reibmaterial aufweisen.

Vor der Vorderseite des Rotors 2 befindet sich ein metallischer Anker 10, der über eine elastische Scheibe 11 mit einer Flansch­ hülse 12 verbunden ist. An die Flanschhülse 12 ist mittels eines Keilprofils 13 eine Abtriebswelle 14 gekuppelt, die zu dem rückseitigen Nebenantrieb des Fahrzeugs führt. Weiter­ hin trägt der Rotor 2 eine weitere Kupplung 15, die bei­ spielsweise, wie dargestellt, aus einer mechanischen Scheiben­ kupplung besteht. Diese Kupplung verbindet den Rotor 2 und die Antriebswelle 1 mit einer Keilkupplung 17 an einer hohle Getriebewelle 16, die das Getriebesystem des Traktors antreibt.

Das Erregen der Wicklung 5 des Elektromagneten 4 erzeugt ein magnetisches Feld, das den metallischen Anker 10 anzieht und die elastische Scheibe 11 biegt und damit den Anker 10 selbst mit einer ausreichenden Kraft auf den Rotor 2 drückt, um auf die Abtriebswelle 14 das Arbeitsdrehmoment zu übertragen, für das diese ausgelegt ist.

Bei fehlender Erregung garantiert die elastische Scheibe 11 ein vollständiges Lösen des Ankers 10 von dem Rotor 2 und ein zuverlässiges Auskuppeln des Motors von dem Neben­ antrieb.

Die gesamte Kupplungsanordnung ist innerhalb eines Kupplungs­ gehäuses 18 enthalten und erfordert gewöhnlich nicht größere Außenabmessungen als übliche mechanische Kupplungen.

Bei der dargestellten Ausbildungsform sind auf Polstücken 2 a des Rotors 2 Nuten 19 gebildet, und zu diesen korrespon­ dierend befinden sich Schlitze 20 in dem Anker 10, wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist. Die Schlitze und Nuten besitzen eine begrenzte Breite und bilden einige Diskontinuitäten in dem Luftspalt. Wie in den Fig. 4a und 4b zu sehen ist, können die Schlitze und die Nuten einander gegenüberliegend oder in ver­ schiedenen relativen Stellungen angeordnet sein, wodurch sie unterschiedliche gegenüberliegende Polflächen ent­ stehen lassen.

Praktisch ist bei der Fig. 4a die Polfläche um die Fläche der Schlitze 20, die sich mit den Nuten 19 decken, ver­ ringert, während bei Fig. 4b der Fall dargestellt ist, bei dem die Polfläche durch die Fläche der Schlitze 20 und die der Schlitze 19 verringert ist, die einander nicht mehr überlagert sind.

Demzufolge tritt beim Schlupf eine Änderung der Reluktanz des Magnetkreises und demzufolge eine Änderung der Stärke des magnetischen Flusses in dem Magnetkreis auf, der aus dem Elektromagneten 4, dem Rotor 2 und dem Anker 10 be­ steht.

Derartige Änderungen des magnetischen Flusses, die sich korrespondierend zu dem Winkel-Schlupf zwischen Rotor und Anker ergeben, können mittels der Hilfswicklung 21 ermittelt werden, die neben der Wicklung 5 liegt und dem­ zufolge mit dem Fluß des magnetischen Kreises verbunden ist. In dieser Hilfswicklung 21 wird demnach eine elektro­ magnetische Kraft erzeugt, die proportional zur relativen Geschwindigkeit zwischen dem Anker und dem Rotor, zu der Zahl der Nuten und Schlitze und zu ihrer Größe und der Zahl der Windungen der Wicklung 21 ist. Der durch die Wicklung 21 fließende Strom kann daher zur Steuerung eines elektronischen Verstärkers verwendet werden, der Steuereinrichtungen zugeordnet ist, die das Eingreifen des schützenden Sicherheitssystems in dem Fall bestimmen, daß der Winkel-Schlupf bei einer größeren Geschwin­ digkeit als einem vorbestimmten Wert stattfindet oder sich über einen vorbestimmten Zeitraum hinaus fortsetzt, der selbst auch eingestellt werden kann.

Derartige Sicherheitssysteme können demzufolge das Aus­ kuppeln der Kupplung bei übermäßigen Schlupf zwischen Rotor und Anker, der zur Beschädigung der Kupplung selbst führen würde, veranlassen.

Es ist in gleicher Weise möglich, bei einer Verstärkungs- und Steuerschaltung für das Auskuppeln einer empfindlicheren Kupplung die Änderung des magnetischen Flusses zu ermitteln, die von der Zunahme des Luftspalts verursacht wird, was dann stattfindet, wenn nach Über­ schreiten des maximal übertragbaren Drehmoments die Kupplung, bei der sowohl der Anker als auch der Rotor ohne irgendwelche Schlitze oder Nuten ausgebildet ist, rutscht, und es findet eine Zunahme des Abstandes zwischen den Polflächen des Ankers und des Rotors auf Grund der Welligkeit der Flächen selbst und der möglichen Bildung von Abriebmaterial-Staub statt. Die Änderung des ma­ gnetischen Flusses auf Grund des Schlupfes zwischen Anker und Rotor, die besonders empfindlich bei Vorhandensein von Nuten und Schlitzen ist, kann auch mittels der Haupt­ wicklung 5 selbst ermittelt werden, ohne daß die Ver­ wendung der Hilfswicklung 21 nötig ist.

Überlastungen der Kupplung des Nebenantriebs können auch auf Grund des Kupplungseingriffs bei überhöhten Drehzahlen des Motors auftreten. Man kann dann möglich den Wert der elektromo­ torischen Kraft ermitteln, die in die Hilfswicklung oder in die Hauptwicklung selbst während der Eingriffs­ phase bei noch getrenntem Anker und Rotor induziert wird, wobei die elektromotorische Kraft von dem Winkelgeschwin­ digkeitsunterschied zwischen Rotor und Anker abhängt. Eine Einrichtung vermag dann das Verzögern der Erregung des Elektromagneten zu steuern, wenn die Geschwindigkeits­ differenz einen vorbestimmten Wert übersteigt, das heißt, wenn der Motor mit einer zu hohen Drehzahl läuft, was den Benutzer zwingt, den Motor auf eine niedrigere Drehzahl zum Eingriff der Kupplung zu bringen, so daß das Getriebe nicht beschädigt wird.

Es kann weiterhin von Vorteil sein, den Überwachungs- oder Steuervorrichtungen zugeordnet ein elektrisches oder elektronisches Gerät vorzusehen, das jedesmal dann, wenn das automatische Auskuppeln der Kupplung auf Grund von Überlastung stattgefunden hat, eine Wartezeit auf­ erlegt, ehe ein neuer Kupplungseingriff möglich wird, so daß der Fahrer das Vorhandensein der Überlastung, die das Auskuppeln veranlaßt hat, wahrnimmt und deren Ur­ sachen beseitigt. Es ist demzufolge möglich, die erfindungs­ gemäße Vorrichtung an Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise landwirtschaftlichen Zugmaschinen, ohne Veränderungen an der Getriebeeinrichtung ausführen zu müssen, im Hin­ blick auf die Tatsache anzubringen, daß die Vorrichtung vollständig sowohl die übliche mechanische Kupplung als auch das Schwungrad zu ersetzen vermag. Die Steuer- und Überwachungsvorrichtungen, die die von der Wicklung 5 oder bei Schlupf der Kupplung von der Hilfswicklung 21 erzeugten Ströme empfangen und, falls erforderlich, verstärken und die das Auskuppeln der Kupplung regeln, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird, können entweder elek­ trisch oder elektronisch ausgebildet werden. Die Reibungskupplungsvorrichtung kann losgelöst von der Zugkupplung des Traktors auch zur Verbindung des vorderen Nebenantriebs des Traktors ver­ wendet werden.

Zu Anwendungsbereichen der Erfindung gehören auch alle die Fälle, bei denen ein plötzliches Auskuppeln der Kupplung bei Auftreten von Schlupf einen wirksamen Schutz der Kupplung selbst und gegenüber den Vorrichtungen ge­ währleistet, mit denen sie eineVerbindung herstellt, ohne daß die Verwendung anderer Schutzeinrichtungen er­ forderlich ist.

Für den Fachmann liegt auf der Hand, daß die Erfindung sowohl für Einzelscheibenkupplungen oder für Mehrscheiben­ kupplungen, für Zahnkupplungen oder für Schleifringkupp­ lungen, als auch für Permanentmagnetkupplungen abhängig von den jeweiligen Anwendungsbedürfnissen verwendet werden kann.

Claims (7)

1. Elektromagnetisch betätigte Reibscheibenschlupf­ kupplung mit automatischer Auskupplung bei Überlast, insbe­ sondere für Nebenantriebe landwirtschaftlicher Fahrzeuge wie Traktoren, mit einem mit einer Antriebs­ welle (1) eines Motors verbundenen Rotor (2), der aufgrund seines Massenträgheitsmoments als Schwungscheibe des Motors fungiert, einem von einem Elektromagneten (4) gegen den Ro­ tor (2) ziehbaren Anker (10), der mit einer Abtriebswelle (14) gekoppelt ist, und einer Detektoreinrichtung, die einen Schlupf zwischen Rotor (2) und Anker (10) feststellt, da­ durch gekennzeichnet, daß an Rotor (2) und Anker (10) Mittel zum Ändern des Luftspalts zwischen Rotor (2) und Anker (10) bei Schlupf vorgesehen sind, daß die De­ tektoreinrichtung eine ortsfest angeordnete elektromagneti­ sche Spule (21) aufweist, die Änderungen der Reluktanz und des magnetischen Flusses, verursacht durch Schlupf zwischen Rotor (2) und Anker (10), erfaßt und als mit dem Magnetkreis der Kupplung gekoppelte Hilfswicklung (21) ausgebildet ist, die axial neben der zum Einkuppeln der Kupplung dienenden Spule (5) des Elektromagneten (4) angeordnet ist und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die bei Feststellung eines einen bestimmten Wert übersteigenden Schlupfs ein Auskuppeln der Kupplung veranlaßt oder bei bestimmten Drehzahlen des Ro­ tors (2) ein Einkuppeln verhindert.

2. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (2) innerhalb seiner äußeren Gesamtabmessungen den Elektromagneten (4) zur Be­ tätigung der Kupplung aufnimmt, daß vor der Vorderfläche des Rotors (2) der ringförmige Anker (10) vorgesehen ist, der elastisch mit Abtriebswelle, die eine Nebenantriebs­ welle der Zugmaschine ist, verbunden ist, und daß die Kupplung gemeinsam mit der Kupplung für den Hauptantrieb ausgebildet ist.

3. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) und der Anker (10) jeweils mit korrespondierenden radialen Nuten (19) und Schlitzen (20) versehen sind, wobei die Nuten und Schlitze bei Auftreten einer Relativbewegung bzw. eines Schlupfes eine Änderung in dem Luftspalt des Magnetkreises hervorrufen, die die Änderungen der Reluk­ tanz und des magnetischen Flusses erzeugt.

4. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotor (2) und der Anker (10) ohne Nuten, Schlitze und dergleichen ausgebildet sind, wobei eine Änderung des Luftspaltes in dem Magnetkreis bei Auftreten einer Relativbewegung bzw. eines Schlupfes zwi­ schen Anker und Rotor als Folge des während des Schlupfes erzeugten Kontaktverlustes zwischen Anker und Rotor ent­ steht.

5. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einrichtung eine elektrische oder elektronische Einrich­ tung aufweist, die das Abschalten des Elektromagneten (4) dann veranlaßt, wenn ein Winkelschlupf mit einer Geschwin­ digkeit oder Dauer auftritt, der einen vorbestimmten Wert übersteigt.

6. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einrichtung eine Einrichtung zur Verhinderung der Erre­ gung des Elektromagneten (4) und damit des Einkuppelns der Kupplung des Nebenantriebs für den Fall aufweist, daß die Drehzahl des Motors einen vorbestimmten Weg über­ steigt, wobei die Einrichtung auf die Differenz der Win­ kelgeschwindigkeiten von Rotor (2) und Anker (10) während der Einkupplungsphase der Kupplung anspricht.

7. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einrichtung eine Einrichtung aufweist, die eine Zeitverzögerung vor dem Einkuppeln der Kupplung schafft, wenn die Kupplung auf Grund von übermäßigem Schlupf auto­ matisch ausgekuppelt worden ist.