DE3443524C2 - Wirbelstromkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromkupplung mit in Klauen­ polbauart angeordneten Polkörpern nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Aus der DE 19 82 494 U1 ist eine derartige Klauenpol-Wirbelstromkupplung mit Polkörpern, einer zugeordneten Spule und axial verschiebbarem Ankerring bekannt, dessen Stirnfläche sich gegen die Kraft einer Feder unter Reibschluß gegen die Kupplungsseite mit den Polkörpern legt, wenn die Erregung der Spule einen bestimmten Wert überschreitet.

Eine elektrisch betätigte Bremse, die auf der Kombination einer Reibungsbremse mit einer Wirbelstrombremse in Stirndrehbauart beruht, ist aus der DE-OS 22 58 407 bekannt. Bei dieser Bremse wird das unter der Wirkung von Druckfedern stehende Ankerteil bei starker Erregung gegen den Druck der Federn von dem Polkörper angezogen und kommt direkt an diesem zur Anlage.

Diese Konstruktionen setzen vorraus, daß der Erregerstrom auf zwei Pegel einstellbar ist und dort einigermaßen konstant gehalten wird.

Bei einer in der DE-OS 31 48 014 beschriebenen Kupplungseinheit ist - wie beim Anspruch 2 - ein Anker der elektromagnetischen Kupplung drehfest, aber axial bewegbar über eine als Feder dienende Ringmembran an einem Befestigungselement befestigt.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Entwicklung einer einfach aufgebauten und zuverlässig und einfach zu steuernden Kupplung zugrunde.

Die Erfindung besteht ausgehend von der Überlegung, daß gerade bei Lüfterantrieben für Kraftfahrzeugmotoren die maximale Lüfter­ leistung nur in den seltensten Fällen notwendig wird, bei einer Wirbelstromkupplung der eingangs genananten Art darin, daß die Spule mit zwei getrennt erregbaren Wicklungsteilen versehen ist, und daß die von einem Wicklungsteil erzeugbare Magnetkraft kleiner als die entgegengesetzt wirkende Kraft der Feder ist.

Der erste Wicklungsteil einer derart mit zwei Wicklungsteilen ausgestalteten Spule reicht mit seiner Magnetkrafterregung also nicht aus, um die entgegenwirkende Federkraft zu überwinden. Erst wenn der entsprechend zweite Wicklungsteil zugeschaltet wird, kann diese Kraft überwunden werden, so daß der Ankerring an die Polkörper gezogen wird und die Kupplung als Reibungs­ kupplung arbeitet. Somit erlaubt die erfindungsgemäße Kupplung, die ja als Wirbelstromkupplung arbeitet, in den meisten Einsatzzeiten eine feinfühlige Regelung der Lüfterdrehzahl. Erst bei höherem Kühlleistungsbedarf wird auf die Funktion als Rei­ bungskupplung umgeschaltet. In diesem weniger oft erforderlichen maximalen Leistungsbereich, in welchem die volle Lüfterdrehzahl erforderlich wird, läßt die Kupplung die Übertragung hoher Drehmomente zu.

Aus der DE-OS 19 47 648 ist eine Induktionsstrombremse mit einem aus verschiedenen Spulenpaketen aufgebauten Stator bekannt. Diese Aufteilung in mehrere Teilspulen erlaubt zwar eine gestufte Erregung. Die anmeldungsgemäße Funktion ist aber schon deshalb nicht möglich, weil dort kein Reibschluß der Kupplungshälften vorgesehen ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der neuen Wirbelstromkupplung, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Wirbel­ stromkupplung und

Fig. 2 die Ansicht der Wirbelstromkupplung der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Befestigungsflansch 1 mit einem fest daran angeordneten Lagerzapfen 2 gezeigt, der in nicht dargestellter Weise ortsfest, beispielsweise an einem Motorblock oder an geeigneter Stelle hinter einem Kühler angebracht werden kann. Auf dem Lagerzapfen 2 ist eine Nabe 3 drehbar mit Hilfe eines Wälzlagers 4 und eines Nadellagers 5 gelagert, die einen Flansch 3a aufweist, der in mehrere, beim Ausführungsbeispiel in acht, radial nach außen abstehende Arme 3b übergeht. An den äußersten Enden weisen die Arme 3b Gewindebohrungen 6 auf, in denen in nicht näher dargestellter Weise jeweils Lüfter­ schaufeln eines Kühllüfters befestigt werden können, die sich mit ihrem radial innen liegenden Teil auf dem Absatz 7 an den Armen 3b abstützen können. An jeweils vier der insgesamt acht Arme 3b sind Gewindebohrungen 8 vorgesehen, an denen eine beim Ausführungsbeispiel aus zwei parallel zueinander angeordneten Ringscheiben 9a, 9b bestehende Ringmembran 9 mit Hilfe von Schrauben 10 fest mit den Armen 3b verbunden ist. Diese Ringmembran 9 ist im Bereich der anderen vier Arme 3b über Schrauben 11 mit Innensechskant, deren Köpfe frei in Bohrungen 12 in den Armen 3b hereinragen, fest mit einem Ankerring (ersten Polkörper) 13 verbunden. Der erste Polkörper 13 ist dabei mit einer ringförmigen Aussparung 14 versehen, in die ein Zentrierring 15 eingesetzt ist, der von den Befestigungsschrauben 11 zusammen mit der Ringmembran 9 fest gegen den ersten Polkörper 13 gedrückt wird. Der Zentrierring 15 ist gleichmäßig über seinen Umfang mit Ausnehmungen 16 versehen, durch welche die Köpfe der Schrauben 10 frei hindurchragen können. Diese Ausnehmungen 16 wechseln mit Ausnehmungen 17 kleineren Durchmessers ab, durch welche die Schrauben 11 hindurchgeführt werden können. Die Ringmembran 9 weist gleichmäßig auf ihrem Umfang verteilte acht Öffnungen zum Durchführen der Schrauben 10 bzw. 11 auf, wobei diese Öffnungen jeweils mit den Öffnungen 16 und 17 im Zentrierring bzw. mit den Gewindebohrungen 8 und den Öffnungen 12 in den Armen 3b sowie mit Gewindebohrungen 18 im ersten Polkörper 13 fluchten. Der erste Polkörper 13 ist auf diese Weise fest mit der Nabe 3 in Drehrichtung verbunden, weil er mit jeweils vier Schrauben drehfest mit der Ringmembran 9 verbunden ist, die ihrerseits über vier Schrauben 10 drehfest mit den Armen 3b und der Nabe 3 verbunden ist. Der erste Polkörper 13 kann aber in Axialrichtung gegen die Wirkung der Ringmembran 9 um ein gewisses Maß verschoben werden, wenn die Kraft der Ringmembran 9, die ihn in der in Fig. 1 dargestellten Lage hält, durch eine entsprechende Axialkraft überwunden wird.

Drehbar auf der Nabe 3 ist mit Hilfe eines Kugellagers 19 und eines Nadellagers 20 eine Riemenscheibe 21 gelagert, die aus einem magnetisch wirksamen Material besteht und in dem dem ersten Polkörper 13 zugewandten Bereich mit mehreren homopolar angeordneten Polfingern 22 ausgerüstet ist, die ähnlich einer Stirnverzahnung von der Riemenscheibe 21 axial abragen. Diese Polfinger 22 liegen axial vor einem Ringbereich 23 des ersten Polkörpers 13 und besitzen Stirnflächen 22a, die der Ringstirnfläche 23a des ersten Polkörpers 13 axial gegenüberliegen. Der Bereich der Polfinger 22 und der mit den Eingreifnuten 24 für Keilriemen versehene Bereich der Riemenscheibe 21 sitzen auf einem an den Lagern 19 und 20 drehbar gehaltenem Mittelstück 21a über radiale Stege 25, welche eine ringförmige Ausnehmung 26 zwischen dem äußeren Ringteil (24) der Riemenscheibe 21 und deren inneren Teil 21a auf der linken Seite begrenzen. In diese mit parallelen Wänden versehene Ausnehmung 26 ragt eine Spule 27 herein, die an einem Spulenträger 28 angebracht ist, welche wiederum fest mit dem Flansch 1 verbunden ist und auch die elektrischen Zuleitungen 29 zu der Spule 27 aufnimmt.

Schließlich ist der erste Polkörper 13, der dem zweiten, im wesentlichen aus den Polfingern 22 und den anderen magnetischen Teilen bestehenden Polkörper 30 axial gegenüberliegt, auf der von dem zweiten Polkörper 30 abgewandten Seite mit radial ver­ laufenden Rippen 31 versehen, die als Lüfterschaufeln wirken und zusammen mit den ebenfalls in der Art von Lüfterschaufeln wirkenden Polfingern 22 für eine Kühlluftströmung im Bereich der beiden Polkörper sorgen. Die radial nach außen durch die Polfinger 22 strömende Luft kann dabei durch die zwischen den Stegen 25 bestehenden Zwischenräume und durch die Ausnehmung 26 durchtreten, so daß der gesamte Bereich der Wirbelstromkupplung von Kühlluft durchströmt wird.

Die Spule 27 ist mit zwei Wicklungsteilen versehen, wobei der erste Wicklungsteil mit seiner Magnetkraft­ erregung nicht ausreicht, um die Kraft der Ringmembran 9 zu überwinden. Erst wenn ein zweiter Wicklungsteil zugeschaltet wird, wird der erste Polkörper 13 an den zweiten Polkörper 30 gezogen und die Kupplung arbeitet als Reibungskupplung.

Der Schaltpunkt, in dem die Magnetkraft die Kraft der Ringmembran 9 überwindet, wird so gewählt, daß die Umschaltung von Wirbelstrombetrieb auf Reibungskraftübertragung dann erfolgt, wenn mehr als etwa 60% der maximalen Drehzahl des Lüfters für den Kühlbedarf erforderlich werden. Dies kann in bekannter Weise über die Messung der Temperatur des Kühlwassers eines Ver­ brennungsmotors ermittelt werden. Die Temperatur des Kühlwassers dient dabei als Maß für die Beaufschlagung der Spule 27. Von einer bestimmten Kühlwassertemperatur ab, die nach Möglichkeit nicht oder nur unwesentlich überschritten werden soll, erfolgt dann die Beaufschlagung so, daß die Magnetkraft die Federkraft der Ringmembran 9 überwindet.

Die neue Kupplung erlaubt daher in den meisten Einsatzzeiten eine feinfühlige Drehzahlregelung, weil sie als Wirbelstrom­ kupplung arbeitet. Bei höherem Kühlleistungsbedarf wird auf die Funktion als Reibungskupplung umgeschaltet.

Claims (9)

1. Wirbelstromkupplung mit in Klauenpolbauart angeordneten Polkörpern, sowie mit einer die Polkörper magnetisierenden Spule und mit einem gegen die Kraft einer Feder gegenüber den Polkörpern axial verschiebbaren Ankerring, wobei die Kupplung von einem bestimmten Wert der Erregung der Spule ab als Reibungskupplung und unterhalb dieses Wertes als regelbare Wirbel­ stromkupplung arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (27) mit zwei getrennt erregbaren Wicklungsteilen versehen ist, und daß die von einem Wicklungsteil erzeugbare Magnetkraft kleiner als die entgegengesetzt wirkende Kraft der Feder (9) ist.

2. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Feder eine Ringmembran (9) vorgesehen ist, die ab­ wechselnd mit dem Ankerring (13) und dem Flansch (3a) einer Nabe (3) verbunden ist, an dem auch die Lüfterflügel anbringbar sind.

3. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Polkörpern (30) versehene Kupplungsteil eine auf der Nabe (3) drehbar gelagerte Riemenscheibe (21) ist.

4. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (21) mit einer ringförmigen und axial verlaufenden Ausnehmung (26) versehen ist, in die von der offenen Seite her die Spule (27) hereinragt.

5. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (21) an der dem Ankerring (13) zu­ gewandten Seite der Ausnehmung (26) mit Stegen (25) versehen ist, die einen Luftdurchtritt von der Ausnehmung her erlauben.

6. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polkörper als Polfinger (22) ausgebildet sind, die als Lüfterschaufeln wirken.

7. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerring (13) auf seiner von den Polkörpern (30) abgewandten Seite mit rippenförmigen Lüfterschaufeln (31) ausgestattet ist.

8. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran (9) an einem der Polkörper oder dem Ankerring über einen Zentrierring (15) angebracht ist, der in einer Vertiefung (14) des Polkörpers (30) oder des Ankerrings gehalten ist.

9. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (3) auf einem Lagerzapfen (2) gehalten ist, der fest mit einem Befestigungsflansch (1) verbunden ist, an dem die Spule (27) fest angeordnet ist.