DE4125066A1 - Drehzahlregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeits- oder Drehzahlregler zum Einstellen bzw. Regeln der Drehzahl einer Antriebsdrehung durch Ausübung einer Bremskraft auf diese mittels eines Wirbelstroms einer elektrisch leitfähigen Platte.

Eine im ungeprüften JP-GM 19 808/1986 beschriebene Vor­ richtung weist einen Aufbau auf, bei dem ein Magnet­ kreis durch eine an der Endstufe eines Drehzahlerhö­ hungs-Zahnradvorgeleges montierte Kupferscheibe und mehrpolige (multi-polarized) Dauermagnete, zwischen denen die Kupferscheibe angeordnet ist, gebildet ist, wodurch auf die Kupferscheibe bei ihrer Dehnung eine Magnetkraft ausgeübt wird, um durch einen Wirbelstrom eine Bremskraft an der Kupferscheibe zu erzeugen.

Die Bremskraft wird dabei durch radiales Drehen der Dauermagnete und folglich Änderung der Magnetflußdichte zwischen den oberen und unteren Dauermagneten geändert.

Die beschriebene Anordnung benötigt zwei oder mehr Magnete, was kostenaufwendig ist. Zudem erfolgt die Bremskraftausübung durch die Dauermagnete in zwei Stu­ fen; aufgrund von Magnetisierungsänderungen der Dauer­ magnete und anderer mechanischer Teile werden dabei große Leistungsänderungen oder -schwankungen hervorgeru­ fen. Darüber hinaus erlaubt die zweistufige (two-level) Einstellung keine Feineinstellung, wodurch der Anwen­ dungsbereich dieser Vorrichtung eingeschränkt wird.

Ferner ist die Anziehungskraft jedes Dauermagneten für die geringe Größe des Gehäuses groß, und wenn die Dauer­ magnete in Radialrichtung gedreht werden, ist es schwierig, eine Koerzitivkraft zum Hemmen (locking) einer übermäßigen Drehung nach ihrer Verdrehung auf­ rechtzuerhalten.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Drehzahlreglers (speed governor), der zur Senkung sei­ ner Herstellungskosten einen einzigen Magneten verwen­ det und der eine Feineinstellung der Bremskraft unter Stabilisierung seiner Drehzahleinstell- oder -regel­ leistung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Drehzahlregler, der in einem Gehäuse ein Drehzahlerhöhungs- oder -über­ setzungs-Zahnradvorgelege und eine einem Magneten gegen­ überstehende elektrisch leitfähige Scheibe aufweist. Der Drehzahlregler enthält ferner ein scheibenförmiges Joch und ein napfförmiges Joch, von denen letzteres die elektrisch leitfähige Scheibe umschließt und am schei­ benförmigen Joch anliegt. Der Magnet ist dabei entweder am scheibenförmigen oder am napfförmigen Joch befe­ stigt. An der Umfangsendfläche des napfförmigen Joches sind mehrere Schrägflächen vorgesehen, die jeweils eine einander identische Form aufweisen und die an einem entsprechenden Vorsprung am scheibenförmigen Joch an­ liegen oder diesen berühren. Diese beiden Joche sind in Umfangsrichtung relativ zueinander drehbar, so daß der Abstand zwischen dem Magneten und der (elektrisch) leitfähigen Scheibe stufenlos einstellbar ist.

Hierbei kann eines der Joche erforderlichenfalls mit­ tels der Vorbelastungskraft einer Feder gegen das ande­ re Joch vorbelastet sein, damit der Abstand zwischen dem Magneten und der leitfähigen Scheibe in einer beliebigen Stufe nach der Fertigung eingestellt werden kann. Wenn nach der Einstellung bei der Fertigung jedoch keine Einstellung der Bremskraft erforderlich ist, werden die beiden Joche mit Hilfe eines Klebmit­ tels oder mittels anderer geeigneter Befestigungsmittel gegen eine Drehung arretiert.

Das Drehzahlerhöhungs-Zahnradvorgelege versetzt die leitfähige Scheibe in seiner Endstufe bei Eingang einer Eingangs- oder Antriebsdrehung (input rotation), die geregelt werden soll, in Drehung. Dabei wird an der leitfähigen Scheibe durch den Magnetfluß des Magneten ein Wirbelstrom erzeugt, wodurch die leitfähige Scheibe mit einer Bremskraft beaufschlagt wird. Hierdurch wird die Drehzahl der Antriebsdrehung eingestellt oder gere­ gelt.

Dabei kann die die leitfähige Scheibe beaufschlagende Bremskraft durch (Ver-)Drehen eines der Joche relativ zum anderen Joch längs der Schrägflächen in Umfangsrich­ tung eingestellt werden. Dies bedeutet, daß die beiden Joche längs der Schrägflächen in Umfangsrichtung rela­ tiv zueinander gedreht oder verdreht werden, so daß der Abstand zwischen ihnen verändert wird, wodurch sich der Abstand zwischen dem Magneten und der leitfähigen Schei­ be vergrößert oder verkleinert. Als Ergebnis wird die Intensität oder Stärke des Wirbelstroms variiert, so daß auf diese Weise die Bremskraft eingestellt werden kann.

Im folgenden sind bvorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Aufsicht auf einen Drehzahlregler gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 2 einen lotrechten Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene bodenseitige Auf­ sicht auf den Drehzahlregler,

Fig. 4 eine Abwicklung einer Schrägfläche und

Fig. 5 eine Schnittansicht des Hauptteils eines Dreh­ zahlreglers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 bis 5 veranschaulichen den Aufbau eines Dreh­ zahlreglers 1 gemäß der Erfindung.

Der Drehzahlregler 1 enthält ein Drehzahlerhöhungs-Zahn­ radvorgelege 5 und eine einem Magneten 6 gegenüberste­ hende elektrisch leitfähige Scheibe 7 in einer Anord­ nung aus einem Gehäuse(mittel)teil 2 sowie dessen Öff­ nungen verschließenden, stirndeckelartigen Gehäusetei­ len 3, 4. Die Gehäuseteile 2-4 sind an ihren Ecken mittels Schrauben 12 gegeneinander verspannt.

Das Drehzahlerhöhungs-Zahnradvorgelege (speed increas­ ing wheel train) 5 besteht aus einem zwischen die Gehäu­ seteile 2 und 4 eingefügten Ratschen(zahn)rad 52, einem ersten Zahnrad 53, einem Verbundtypzahnrad oder mehr­ stufigen zweiten Zahnrad 54, einem ebensolchen dritten Zahnrad 55, einem ebensolchen vierten Zahnrad 56 und einem Endstufen-Ritzel 57. Diese Zahnräder werden von parallel verlaufenden Zahnrad-Achsen 58, 59 getragen, die zwischen die Gehäuseteile 2, 5 bzw. in diese einge­ preßt sind, und stehen bei einer Drehzahlerhöhung in gegenseitigem Eingriff. Das Endstufen-Ritzel 57 wird drehbar von einer materialeinheitlich mit dem Ritzel 57 ausgebildeten Ritzel-Welle 57a zwischen einem Lagerteil 21 des Gehäuseteils 2 und einem Lagerteil 31 des Gehäuseteils 3 getragen.

Eine zu regelnde Eingangs- oder Antriebsdrehung wird vom Gesperre- oder Ratschenrad (rachet gear) 52 über ein Eingangs- oder Antriebszahnrad 51 abgenommen, das in bezug auf eine im Gehäuseteil 4 geformte Antriebs­ achse 50 drehbar gelagert ist. Das Ratschenrad (racket gear) 52 weist eine einen einheitlichen Teil desselben bildende Ratschen-Sperrklinke 52a auf, deren Spitze einem Innen-Ratschenrad 53a zugewandt ist, das mit dem ersten Zahnrad 53 materialeinheitlich ausgebildet ist. Die Anordnung ist somit so getroffen, daß nur eine Drehung des Antriebszahnrads 51 in der einen Richtung vom genannten Vorgelege 5 abgenommen wird, während die Drehung in Gegenrichtung aufgrund von Schlupf zwischen der Sperrklinke 52a und dem Ratschenrad 53a nicht auf dieses Vorgelege 5 übertragen wird.

Die (elektrisch) leitfähige Scheibe 7 ist ein z. B. napf­ förmiger, elektrisch leitender Körper; sie ist mit dem Ritzel 57 so verbunden, daß sie dessen Drehung zu hem­ men vermag, und zwischen einem scheibenförmigen Magnet­ joch 8 mit einem daran angebrachten Magneten 6 und einem napfförmigen Magnetjoch 9 angeordnet. Obgleich der Magnet 6 in Axialrichtung mehrfach polarisiert oder mehrpolig ist und eine rohr- bzw. ringförmige Gestalt aufweist, ist er nicht auf diese Ausgestaltung be­ schränkt, vielmehr können auch segmentierte Magnete längs des Umfangs des Joches angeordnet sein. Das napf­ förmige oder Napf-Joch 9 ist in einen ausgesparten Ab­ schnitt des Gehäuseteils 2 so eingesetzt, daß es um die Mittellinie (Achse) des Ritzels 57 drehbar ist. Das scheibenförmige oder Scheiben-Joch 8 ist mittels einer Gleitbewegung eines Zentralrohrs 81 in Richtung der (genannten) Mittellinie (oder Achse) verschiebbar, wo­ bei der Lagerteil 31 in einer zentralen Bohrung auf der gleichen Achse wie das Ritzel 57 liegt. Das Scheiben- Joch 8 ist dabei durch eine zwischen dieses und den Gehäuseteil 3 eingesetzte Feder 10 in Richtung auf das Joch 9 vorbelastet.

Das Joch 9 weist an seiner Umfangs-End- oder -Stirnflä­ che mehrere, z. B. drei durch Aussparungen oder Aus­ schnitte gebildete Schrägflächen 91 jeweils gleicher Form auf. Jede Schrägfläche 91 verläuft unter einem Mit­ tenwinkel von etwa 105° gegenüber dem Zentrum, wobei der Neigungswinkel jeder Schrägfläche 91 in Umfangsrichtung etwa 5-15° beträgt. Andererseits weist das Scheiben-Joch 8 an seinem Außenumfang drei Ansätze oder Vorsprünge 82 auf, die jeweils an der be­ treffenden Schrägfläche 91 anliegen, wobei einer dieser Vorsprünge 82 länger ausgebildet ist als die anderen. Der der Innenfläche einer im Inneren des Gehäuseteils 3 ausgebildeten Drehhemmführung (rotation locking guide) 32 zugewandte längere Vorsprung 82 dient zum Hemmen oder Sperren der Drehung des Joches 8 in Umfangsrich­ tung. Ein Teil der Außenumfangsfläche des Joches 9 steht einer im Gehäuseteil 2 ausgebildeten Öffnung 22 gegenüber und steht in Reibungsberührung mit dem Außen­ umfang einer Betätigungsrolle 11, so daß das Joch 9 (ver)drehbar ist. Der Magnet 6 und die Joche 8, 9 bil­ den somit einen Magnetkreis, über den ein Magnetfluß (Magnetfeld) auf die leitfähige Platte 7 einwirken kann.

Wenn das Antriebszahnrad 51 in Drehung versetzt wird, wird seine Drehkraft über das Ratschenrad 52 sowie erstes, zweites, drittes und viertes Zahnrad 53, 54, 55 bzw. 56, die als Drehzahlerhöhungs-Zahnradvorgelege dienen, auf das Endstufen-Ritzel 57 und dann auf die einheitlich damit verbundene leitfähige Scheibe 7 über­ tragen.

Bei einer Drehung der leitfähigen Scheibe 7 wird an dieser durch das sich ändernde (wechselnde) Magnetfeld ein Wirbelstrom erzeugt, weil der Magnetfluß zwischen dem Magneten 6 und dem Joch 9 wirkt. Der Magnetfluß des Wirbelstroms tritt in Wechselwirkung mit dem des Magne­ ten 6 unter Ausübung einer Bremskraft auf die Drehkraft des Antriebszahnrads 51. Infolgedessen wird die Dreh­ kraft (rotating force) des Antriebszahnrads 51 einer Geschwindigkeitseinstellung innerhalb einer vorbestimm­ ten Verzögerungszeit unterworfen, und die Drehung wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt angehalten.

Die Bremskrafteinstellung geschieht dabei wie folgt: Wenn die Betätigungsrolle 11 durch z. B. eine externe Antriebsquelle in der einen oder anderen Richtung ge­ dreht wird, wird das Napf-Joch 9 innerhalb der Gehäuse­ teile 2, 3 in einer vorbestimmten Richtung ge- oder verdreht. Dabei ist die Drehung des Scheiben-Joches 8 durch die Drehhemmführung 32 gehemmt (locked), und das Joch 8 wird durch die Feder 10 in Richtung auf das Napf-Joch 9 gedrängt. Dabei wirkt jede Schrägfläche 91 des Joches 9 als gegenüberstehende Kurve, welche das Joch 8 über jeden Vorsprung 82, die jeweils als Kurvenfühler wirken, in Richtung der Mittellinie des Lagerteils 31 bewegt bzw. verschiebt. Infolgedessen bewegt sich der Magnet 6 zusammen mit dem Joch 8 inner­ halb eines Einstellbereichs unter stufenloser Änderung des Gegenüberstellungs-Abstands zwischen dem Magneten 6 und dem Napf-Joch 9, d. h. (der Größe) eines magneti­ schen Luftspalts.

Ein kleiner Abstand zwischen dem Magneten 6 und dem Joch 9 bewirkt eine Erhöhung der Magnetflußdichte im Luftspalt unter Erhöhung der Bremskraft, so daß die Drehzahleinstell- oder -regelzeit vom Beginn des Abbrem­ sens bis zum vollständigen Stillstand bei einem konstan­ ten Antriebsdrehmoment verkürzt wird. Umgekehrt bedingt ein großer Abstand zwischen Magnet 6 und Joch 9 eine verkleinerte Magnetflußdichte im Luftspalt unter Verrin­ gerung der Bremskraft, so daß sich die obige Drehzahl­ einstell- oder -regelzeit verlängert.

Nach erfolgter Einstellung wird das Joch 9 mit Hilfe eines Klebmittels o. dgl. an dem gegen Drehung arretier­ ten bzw. drehfesten (rotation-locked) Joch 8 befestigt.

Bei der beschriebenen Anordnung ist der Neigungswinkel jeder Schrägfläche 91 klein; es ist nur ein einziger Magnet vorgesehen, und es wird keine von der Drehrich­ tung abweichende Kraft erzeugt. Demzufolge braucht das Joch 9 nach der Einstellung nicht notwendigerweise am Joch 8 befestigt (bzw. fest mit ihm verbunden) zu wer­ den, so daß der Vorgang des Festklebens des Joches 9 entfallen kann, wenn der Einstellzustand durch z. B. eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse­ teil 2 und dem Joch 9 aufrechterhalten werden kann.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform das Joch 8 (dreh)fest und das andere Joch 9 drehbar ist, kann umgekehrt auch das Joch 8 drehbar und das Joch 9 (dreh)­ fest angeordnet sein, weil die Stellung der Joche 8, 9 einstellbar ist, solange sie zueinander verdrehbar sind.

Für die Einstellung der Relativstellung der Joche 8, 9 kann ferner auch eine der folgenden Einrichtungen ver­ wendet werden: Eine Einrichtung, in welcher ein Teil des Joches 8 oder 9 als Betätigungshebel über die Öff­ nung 22 nach außen verlängert ist, so daß das (betref­ fende) Joch unmittelbar über den herausragenden Teil als Handgriff gedreht werden kann; eine Einrichtung, bei welcher ein Stirnzahnrad oder eine Schnecke am Außenumfang des Joches 8 oder 9 angeformt ist und ein als Dreheinstellelement dienendes Ritzel bzw. Schneckenrad damit in Eingriff steht, so daß die Achse oder Welle des Ritzels bzw. der Schnecke verdrehbar ist; eine Einrichtung, bei welcher der genannte Betäti­ gungshebel mittels einer tangential zu den Jochen 8, 9 angeordneten Schraube und einer mit dieser in Schraub­ eingriff stehenden Vorschub- oder Stellmutter verstell­ bar ist; oder eine Einrichtung gemäß Fig. 5, bei wel­ cher das Joch 9 drehfest ist, während das Joch 8 dreh­ bar ist, und ein Einstellschaft 100 durch ein bogenför­ miges, konzentrisch zur Ritzelwelle 57a angeordnetes, im Gehäuseteil 3 ausgebildetes Langloch 33 hindurch in eine Bohrung 83 einsteckbar ist. Zudem kann auch auf die Feder 10 verzichtet werden, sofern eine ausreichend große Anziehungskraft zwischen dem Joch und dem Magne­ ten vorliegt.

Außerdem kann der Magnet 6, anstatt am Scheiben-Joch 8 angebracht zu sein, auch am Napf-Joch 9 montiert sein Und sich in Gegenüberstellung zur leitfähigen Scheibe 7 befinden.

Der erfindungsgemäße Drehzahlregler bietet folgende Vorteile: Da der Magnetkreis durch den Magneten und die beiden Joche gebildet ist, ist nicht nur die Zahl der verwendeten Bauteile verkleinert, vielmehr kann auch der die Bremskraft erzeugende Abschnitt kompakt in die Endstufe des Drehzahlerhöhungs- oder -übersetzungs-Zahn­ radvorgeleges eingebaut werden.

Da der Gegenüberstellungsabstand zwischen Scheiben- und Napf-Joch durch Relativdrehung zwischen den Schrägflä­ chen des Napf-Joches und den entsprechenden Vorsprüngen des Scheiben-Joches eingestellt bzw. justiert werden kann, kann die Drehzahleinstellung oder -regelung nicht nur über einen weiten Bereich hinweg, sondern auch mit Feineinstellung erfolgen. Demzufolge ist der Anwendungs­ bereich des Drehzahlreglers erweitert.

Da die Bremskraft auch bei einer kleinen Änderung des Luftspalts zwischen dem Magneten und dem gegenüberste­ henden Joch stark variiert, ist der Drehzahleinstell- oder -regelbereich auch bei Verwendung eines einzigen Magneten groß. Auch unter diesem Gesichtspunkt kann daher der Anwendungsbereich erheblich erweitert sein.

Claims (7)

1. Drehzahlregler mit einem Drehzahlerhöhungs-Zahnrad­ vorgelege und einer einem Magneten gegenüberstehen­ den elektrisch leitfähigen Scheibe, die einheitlich mit der Endstufe des Drehzahlerhöhungs-Zahnradvor­ geleges verbunden oder geformt ist, gekennzeichnet durch
ein scheibenförmiges oder Scheiben-Joch,
ein unter Umschließung der (elektrisch) leitfähigen Scheibe am Scheiben-Joch anliegendes napfförmiges oder Napf-Joch,
einen am Scheiben-Joch oder Napf-Joch befestigten Magneten und mehrere an der Umfangsendfläche des Napf-Joches angeformte, jeweils einander identische Schrägflächen, die jeweils an einem Ansatz oder Vor­ sprung des Scheiben-Joches anliegen bzw. mit diesem in Berührung stehen, so daß das Scheiben-Joch oder das Napf-Joch in Umfangsrichtung bewegbar ist.

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine das eine Joch gegen das andere Joch drängende Feder.

3. Drehzahlregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Einstellmittel zum Drehen des einen Joches in seiner Umfangsrichtung.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einstellmittel eine Außenumfangsfläche des einen der beiden Joche und ein in Reibungsbe­ rührung mit dieser Außenumfangsfläche stehendes drehbares Element umfaßt.

5. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einstellmittel einen materialeinheit­ lich am einen Joch angeformten Betätigungshebel, der aus einem Gehäuse des Drehzahlreglers herausragt, umfaßt.

6. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einstellmittel einen an einem Außenum­ fangsabschnitt eines der Joche angeordneten Drehung- oder Drehkraftübertragungsteil und ein Dreheinstell­ element, das an seinem Außenumfang einen Angreifab­ schnitt (engageable portion) aufweist und das dreh­ bar mit dem Drehkraftübertragungsteil gekoppelt ist, umfaßt.

7. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einstellmittel einen an einem der Joche vorgesehenen Angreifabschnitt und ein in Umfangsrich­ tung bewegbares, mit dem Angreifabschnitt in Ein­ griff stehendes Dreheinstellelement umfaßt.