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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Wirbelstromantriebe,
bezieht sich vorzugsweise auf verbesserte Antriebskomponenten für Wirbelstromantriebe
und bezieht sich im Besonderen auf verbesserte eingebaute Antriebskomponenten
für Wirbelstromantriebe.
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In
einem typischen Wirbelstromantrieb ist eine erste, ein magnetisches
Feld erzeugende, beispielsweise als Permanentmagnet ausgeführte Antriebskomponente
zur Drehung mit einem Eingang oder Ausgang von der Drehsteuervorrichtung
verbunden, beispielsweise ist eine Kupplung für magnetisches Kuppeln mit
einer zweiten Kupplungsantriebskomponente zur Drehung verbunden
mit dem anderen Eingang oder Ausgang. Die zweite Kupplungsantriebskomponente
war typischerweise als ein erster Ring gestaltet, bestehend aus
elektrisch leitendem Material, beispielsweise Kupfer, der einen
zweiten Ring eines den magnetischen Fluss leitenden Materiales,
beispielsweise Stahl, gegen ein Rahmenträgerteil einbettet, das aus
einem Wärme
leitenden Material, beispielsweise Aluminium, gebildet ist, so dass
das Trägerteil
als Wärmesenke
wirkt. Schrauben sind durch den ersten und zweiten Ring geführt und
wurden im Trägerteil
eingeschraubt.
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Kupplungsantriebskomponenten
nach dem Stand der Technik sind mit unterschiedlichen Problemen
und Mängeln
behaftet. Speziell wird im Kupferring Hitze erzeugt, deren Übertragung
aber zum Trägerteil
durch den Stahlring, der sich zwischen Kupferring und Trägerteil
befindet, eingeschränkt
ist. Zusätzlich
oxidiert Kupfer wenn es Hitze ausgesetzt wird und reduziert den
Wirkungsgrad des Wirbelstromantriebes. Des Weiteren erhöht die mechanische Halterung
des Stahl- und Kupferringes am Trägerteil die Anzahl der erforderlichen
Komponenten und Baugruppen und ist Gegenstand von Lockerung und/oder
Ablösung,
was für
die Betriebssicherheit abträglich
ist.
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Es
besteht somit die Notwendigkeit, Kupplungsantriebskomponenten für Wirbelstromantriebe zu
verbessern, um die Probleme und Mängel bekannter Wirbelstromantriebe
zu überwinden.
Ein Beispiel für
bekannte Drehsteuervorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1, ist in der EP-A-404048 gezeigt. Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Drehsteuervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer
solchen Vorrichtung, wie in den Ansprüchen 1 und 12 beansprucht.
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Beispielshalber
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Schnittsansicht einer Drehsteuervorrichtung in einer bevorzugten
Ausführungsform
als Lüfterkupplung,
mit einem Wirbelstromantrieb gemäß der Erfindung.
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2 und 3 zeigen
teilweise Schnittsansichten der Drehsteuereinrichtung, gemäß Schnittlinie
2-2 in 1 bzw. entsprechend Schnittlinie 3-3 in 2.
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4 zeigt
eine schematische Schnittsansicht einer Werkzeugform zur Herstellung
der Drehsteuervorrichtung gemäß der Erfindung.
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Die
Figuren sind lediglich zur besseren Erläuterung erstellt worden. Die
Darstellung in den Figuren werden bezüglich der Nummer, Position,
Beziehung und Dimensionen der Teile zur Ausgestaltung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
erläutert oder
erschließen
sich für
den Fachmann aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles.
Ferner richten sich die exakten Maßangaben und maßstäblichen
Proportionen nach der spezifischen Kraft, Gewicht, Festigkeit und ähnlichen
Anforderungen, die sich ebenso für
den Fachmann aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles
erschließen.
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In
den Figuren der Zeichnungen sind dieselben Bezugszeichen für gleiche
oder ähnliche
Teile verwendet worden. Wenn ferner hierin die Begriffe „erste", „zweite", „innen", „radial", „axial", „innerlich", „äußerlich" u. ä. Begriffe
verwendet werden, sollte klar sein, dass diese Begriffe sich ausschließlich auf die
in den Zeichnungen gezeigte Anordnung beziehen, wie sie sich einem
Betrachter erschließen
und dass sie nur zur vereinfachten Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispieles
verwendet werden.
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Eine
Drehsteuervorrichtung, gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den Zeichnungen in der bevorzugten Ausführung einer
Lüfterkupplung
gezeigt und im Allgemeinen mit A' bezeichnet.
In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Kupplung A' eine Verbesserung jenes Typs, der in
den US-Patentanmeldungen 08/254,290 und 08/373,953 und in der internationalen
Veröffentlichung
WO 95/23281 gezeigt und beschrieben ist. Zum Zwecke der Erläuterung
kennzeichnen die Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche
Teile mit denselben Bezugszeichen wie in den Zeichnungen der US-Patentanmeldungen
08/254,290 und 08/373,953 und in der internationalen Veröffentlichung
WO 95/23281. Die Beschreibung von gleichen oder ähnlichen Teilen und der Kupplung
A' kann hierin und
in den US-Patentanmeldungen 08/254,290 und 08/373,953 und in der
internationalen Veröffentlichung
WO 95/23281 gefunden werden.
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Bezogen
auf die Zeichnungen beinhaltet die Kupplung A' im Einzelnen ein erstes Ausgangsbauteil zur
Betätigung
in Form eines ringförmigen
Kolbens 10',
auf dem die ringförmige
Reibschreibe 12' und der
innere ringförmigen
Grundkörpers 14' ausgebildet
sind. Innerhalb des ringförmigen
Grundkörper 14' sind die drehmomentübertragenden
Flächen
in Form einer Innenverzahnung 16' ausgebildet, die im Eingriff stehen
mit äußeren drehmomentübertragenden Flächen in
Form einer Verzahnung 18' der
Nabe 20'. Somit
ist Reibscheibe 12' zur
Hin- und Herbewegung zwischen einer ersten und einer zweiten Position
verschiebbar auf und rotatorisch bezüglich Nabe 20' durch die Verzahnungen 16' und 18' angeordnet.
Die Nabe 20' ist
drehbar auf dem verjüngten
Außenende 22' der feststehenden
Welle 24' mittels
der Lager 26' und 28' angeordnet,
wobei die stationäre
Welle 24' die
Rotationsachse der Kupplung A' festlegt.
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Ein
ringförmiger
Zylinderblock 30' führt den Ringkolben 10' über einen
Dichtungseingriff mittels des O-Ringes 32', der in einer ringförmigen Nut
im Kolben 10' angeordnet
ist und des O-Ringes 36',
der in einer Nut 38' im
Zylinder 30' an geordnet
ist. Der Zylinder 30' ist
befestigt und zur Nabe 20' drehbar
bezogen mittels einer Vielzahl beabstandeter Bolzen 40', die sich durch
lichte Bohrungen 30a' im
Zylinderblock 30' erstrecken
und in Gewindebohrungen 41a' der
Nabe 20' eingreifen.
Druckluft wird durch den Schaft 24' und in den Zylinder C mittels
konventioneller Leitungselemente 42' eingeführt, welche eine geeignete
Dreheinheit umfassen. In der bevorzugten Ausführungsform enthält der Kolben 10' eine Überhitzungsschutzvorrichtung,
wie beispielsweise eine solche, die im US-Patent 5,398,794 offenbart
ist.
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Auf
der Nabe 20' sind
Lager 146' und 148' montiert, die
drehbar einen Eingang in der bevorzugten Form der Scheibe 50' aufnehmen,
welche in typischer Weise über
Riemen durch die Kurbelwelle angetrieben wird. Auf der Nabe 20' ist ein Widerlager oder
eine Scheibe 62' verschiebbar
angeordnet und zwischen der Verzahnung 18' und den Lagern 148' auf der Nabe 20' montiert. Des
Weiteren ist eine Druckschraubenfeder 56' vorgesehen, die zwischen Scheibe 62' und Kolben 10' angeordnet
ist und eine Vorspannkraft bereitstellt, um den Kolben 10' von der zweiten
Position in die erste Position zu verschieben. Der Reibbelagring 86 ist
auf der Seite der Scheibe 50' beispielsweise
mit Schrauben befestigt und steht in axialer Flucht mit einer ringförmigen Reibkupplungsfläche oder
Bereich 34 der Reibscheibe 12'. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Schrauben zur Befestigung des Ringes 86 durch
einen Stahlring 235, der den Ring 86 aufnimmt und
trägt.
Der Ring 86 greift in den ringförmigen Reibkupplungsabschnitt 34 ein,
wenn Druckluft in den Zylinder C eingeleitet wird, wodurch ein Einkuppeln
und eine rotatorische Verbindung der Reibscheibe 12', der Nabe 20' und dem Zylinderblock 30', auf dem Gebläseschaufeln
eines Lüfters 300 auf
einem Zapfenvorsatz 53 angeordnet sein können, erfolgt.
Mit Eingreifen des Belages 86 in den ringförmigen Reibkupplungsabschnitt 34 rotieren
die Nabe 20',
der Zylinderblock 30' mit
dem darauf montierten Lüfter 300 mit
derselben Geschwindigkeit oder anders ausgedrückt mit einem Verhältnis 1
: 1 bezüglich
der Scheibe 50'.
Somit definieren Ring 86 und Abschnitt 34 einen
Reibschnittstellenantrieb zwischen den Eingangs- und Ausgangsbereichen
der Kupplung A',
die aktiviert wird, wenn sich der Kolben 10' in der zweiten Position befindet.
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Weil
Lüfter 300 im
bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
nicht mit Kupplung A' bereitgestellt
wird und um sicherzustellen, dass ein Luftstrom unabhängig vom
gegenwärtig
auf dem Zylinderblock 30' montierten
Lüfter 300 um
die Front des Zylinderblocks 30' ermöglicht wird, ist mit der Kupplung
A' in der bevorzugtesten
Ausführung
mit ein Lüftungsträger 266 vorgesehen.
Insbesondere umfasst der Träger 266 einen
zentralen ringförmigen
Bereich 268 mit einem Durchmessers zur verschiebbaren Aufnahme
und Anordnung auf Zapfenvorsatz 53' des Zylinderblockes 30'. Der Träger 266 umfasst
ferner einen äußeren ringförmigen Bereich 270,
der größer ist
als der ringförmige
Bereich 268. Über
den Umfang mit Abstand angeordnete Schenkel 272 erstrecken
sich integral zwischen den Bereichen 268 und 270,
um diese in einer konzentrischen Abstandsanordnung zu halten. In
der bevorzugtesten Ausführungsform
hat der ringförmige
Abschnitt 270 eine axiale Dicke, die kleiner ist als die
der Schenkel 272 und/oder des Bereiches 268, um
einen Zapfenvorsatz zur verschiebbaren Aufnahme des Lüfters 300 auszubilden.
Bolzen 274, die durch den Lüfter 300 geführt und
im Bereich 270 eingeschraubt sind, können für die Sicherung des Lüfters 300 am
Lüftungsträger 266 sorgen. Der
Träger 266 kann
seinerseits am Zylinderblock 30 mit Bolzen 55' gesichert werden,
die sich durch den ringförmigen
Bereich 268 und/oder die Schenkel 272 erstrecken.
Es wird dann klar, dass ein Luftstrom durch die Öffnungen, die durch und zwischen
den ringförmigen
Bereichen 268 und 270 und den Schenkeln 272 definiert
werden, ermöglicht
wird. Es sollte jedoch ebenso klar sein, dass der Träger 266 und
der Zylinderblock 30' als
ein Teil ausgebildet sein können.
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Die
Kupplung A' enthält ferner
einen Wirbelstromantrieb 224 zwischen den Eingangs- und
Ausgangsbereichen der Kupplung A'.
Speziell in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst der Antrieb 224 eine erste Antriebskomponente in
Form einer Vielzahl von über
den Umfang beabstandeten Permanentmagneten, die von der Rotationsachse
der Kupplung A' radial
beabstandet sind. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel sind die Magnete 226 als
Scheiben ausgebildet und radial orientiert und mit wechselnder Polarität zum Eingang über dem
Umfang mittels eines ringförmigen
Magnethalters 228, der eine Vielzahl von Öffnungen 230 zur
Aufnahme und zur Halterung der Magnete 226 aufweist, beabstandet.
Der Halter 228 ist aus einem im Wesentlichen nichtmagnetischen
Material, beispielsweise Aluminium, gebildet, um die Magnete 226 innerhalb der
Halterung 228 gegeneinander magnetisch abzuschirmen. In
dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
sind Halter 228 und die darin aufgenommenen Magnete 226 zu
einer radial ausgerichteten oder sich erstreckenden Fläche auf
der dem Lüfter 300 axial gegenüberliegenden
Seite des ringförmigen
Bereiches 270 montiert. Zwischen dem Bereich 270 und dem
Halter 228, der die Magnete 226 umfasst, ist ein Ring 236 angeordnet,
der aus einem den magnetischen Fluss leitendem Material besteht,
beispielsweise Stahl, mit Schrauben 234, die sich durch
geeignete Öffnungen
im Ring 236 erstrecken. Es sollte zur Kenntnis genommen
werden, dass die Schenkel 272 radial innerhalb der Magnete 226 angeordnet sind.
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In
der bevorzugten Ausführung
sind die Magnete 226 im Wesentlichen als kreisförmige Scheiben
ausgebildet. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel weisen die Scheiben
im Wesentlichen eine ovale Form auf und umfassen erste und zweite Flächen, die
entlang paralleler Sehnen des Kreisprofiles auf gegenüberliegenden
Seiten und gleichmäßig vom
Zentrum des Kreisprofils beabstandet und im Wesentlichen senkrecht
zu einem Radius der Kupplungsachse angeordnet sind. Demnach kann
die radiale Gesamtgröße des Halters 228 und
des Wirbelstromantriebes 224 minimiert werden, um die den Wirbelstromantrieb 224 umfassende
Kupplung A' leicht
in bekannten Installationen, die Kupplungen jenes in den Patenten
4,226,095; 4,877,117 und 5,059,161 oder ähnlichen offengelegten Types
verwenden, zu ersetzen.
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Der
Antrieb 224 umfasst ferner eine zweite Antriebskomponente,
gezeigt als Ring 238, der aus einem elektrisch leitenden
Material, beispielsweise Stahl, gebildet ist und in dem bevorzugtesten
Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen radial orientiert ist. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
ist der Ring 238 innerhalb eines ringförmigen Trägerteiles 241 eingegossen
oder eingebettet. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel ist das ringförmige Trägerteil 241 am
Eingangsbereich angeordnet und speziell an Scheibe 50' befestigt,
beispielsweise durch eine ringförmige
Abstützung 244.
In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
umfasst die ringför mige Abstützung 244 einen
ersten ringförmigen
Scheibenbereich 260 der gegen die Seite der Scheibe 50' mit geeigneten
Schrauben angordnet ist.
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Das
ringförmige
Trägerteil 241 ist
parallel, aber beabstandet von dem ringförmigen Scheibenbereich 260 angeordnet. Über den
Umfang beabstandete und sich radial erstreckende Luftleitschaufeln 264 können integral
vom ringförmigen
Träger 241 gegenüber den
Magneten 226 gebildet sein, um integrale Luftleitlamellen
auszubilden, die sich von dem ringförmigen Trägerteil 241 gegenüber der
ersten Antriebkomponente zu erstrecken und den Ring 238 zu
kühlen.
In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Schaufeln 264 auch zwischen den Bereichen 241 und 260 und
sind mit diesen integral über
den Umfang beabstandet angeordnet. Die Schrauben, die sich durch
das ringförmige Scheibenelement 260 erstrecken,
sind zwischen den Schaufeln 264 der Halterung 244 angeordnet.
In der bevorzugtesten Ausführungsform
folgen die radialen inneren Kanten der Schaufeln 264 im
Wesentlichen dem Profil des Zylinderblockes 30' und der Reibscheibe 12'. Das ringförmige Trägerteil 241,
das um den Ring 238 angeordnet ist, die Schaufeln 264 und der
Bereich 260 sind integral aus einem im Wesentlichen nichtmagnetischen,
Wärme leitenden
Material, beispielsweise Aluminium, gebildet und wirken als Wärmesenke.
Wenn daher Wärme
im Inneren erzeugt und vom Ring 238 zum ringförmigen Trägerteil 241 weitergeleitet
wird, wird die Strahlungserwärmung
der Magnete 226 durch den Ring 238 minimiert.
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Während des
Betriebes der Kupplung A' und unter
der Annahme, dass der Eingangsbereich der Kupplung A', d. h. Scheibe 50', mit konventionellen Mitteln,
auf die oben Bezug genommen wurde, rotiert wird, rotieren die Lüfterblätter um
eine Achse der Kupplung A' durch
Zuführung
ausreichenden Fluiddruckes durch die Leitungselemente 42' in den Zylinder
C, der den Kolben 10' in
Richtung der Scheibe 50' in
die zweite voll eingekuppelte Position treibt, wobei die Reibkupplungsfläche des
Reibringes 86 in die Reibkupplungsfläche oder in den Bereich 34 eingreift,
um die Eingangs- und Ausgangsbereiche der Kupplung A' rotatorisch in Beziehung
zu bringen. Entgegen der Wirkung der Feder 56' wird in Folge
des eben Beschriebenen der Ausgangsbereich der Kupplung A', d. h. der ringförmige Zylin derblock 30' mit den Lüfterblättern im
Wesentlichen mit derselben Drehgeschwindigkeit wie die Scheibe 50' rotiert. Mit der
Entlastung des Fluiddruckes drängt
die Feder 56' die
Reibscheibe 12' aus
der zweiten voll eingekuppelten Position, wobei der Reibring 86 vom
Bereich 34 getrennt oder ausgekuppelt wird.
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Mit
der totalen Entlastung des Fluiddruckes aus Zylinder 10,
drängt
die Feder 56' die
Reibscheibe 12' in
die erste vollmagnetische Antriebsposition. Insbesondere wegen dessen
Anordnung an dem Eingangsbereich, rotiert der Ring 238 der
Kupplung A' mit
der Drehgeschwindigkeit der Eingangsbereiches. Aufgrund der Wirbelstromprinzipien
rufen Kräfte
zwischen den Magneten 226 und der Kupplungsantriebskomponente
eine Rotation des Ausgangsbereiches der Kupplung A' hervor. Die Drehgeschwindigkeit
des Ausgangsbereiches der Kupplung A' in dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
ist infolge der Drehmomentbelastung durch die Lüfterblätter des Ausgangsbereiches
geringer als die Drehgeschwindigkeit des Eingangsbereiches. Die
Drehgeschwindigkeit der Ausgangsbereiches ist dann bezogen auf den
Eingangsbereich abhängig
von der Anzahl und Stärke
der Magnete 226, dem axialen Abstand der Magneten 226 und
der Kupplungsantriebskomponente, der Drehgeschwindigkeit des Eingangsbereiches
und der Drehmomentbelastung des Ausgangsbereiches.
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Ferner
werden die Lüfterblätter des
Ausgangsbereiches, wenn die Kupplung A' in ihrer bevorzugten Anwendung als
Lüfterkupplung
benützt
wird, entweder aufgrund der Drehbeziehung, die durch den Eingriff
des Reibringes 86 mit Ringreibkupplungbereich 34 bereitstellt
wird, oder durch den Wirbelstromantrieb 224 der vorliegenden
Erfindung angetrieben. Es gibt jedoch Anlässe, in denen es erwünscht ist,
dass die Lüfterblätter ortsfest
verbleiben. Kupplung A' umfasst
Einrichtungen zur rotatorischen Beziehung der Nabe 20' zu einem weiteren
Bereich der Kupplung A',
der stationär
in dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
und speziell in Bezug zu der stationären Welle 24' steht. Konkret
ist die Welle 24' an einer
radialen Flanschmontagehalterung 92' mit beliebigen geeigneten Mitteln
befestigt. Kupplung A' umfasst
ferner einen ringförmigen
Kolben 100',
der seinerseits in einer in der Montagehalterung 92' ausgebildeten
Zylinderausnehmung 102' aufgenommen ist.
Der Kolben 100' ist
in der Ausnehmung 102' durch
eine Feder 104' vorgespannt,
die zwischen diesem und einem axial auf der Welle 24' gehaltenen Anschlag 262 angeordnet
ist. Der Kolben 100' wird
in der Ausnehmung 102' gegen
die Vorspannung der Feder 104' durch einen durch einen Einlass 106' in der Halterung 92' eingeleiteten
Fluiddruck bewegt. Der Kolben 100' umfasst eine integrale Reibscheibe 264'.
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Kupplung
A' umfasst ferner
einen ringförmigen
radialen Ausleger bzw. Ansatzstück 266', der gegenüber von
Zylinderblock 30' an
dem Ende der Nabe 20' mit
irgendwelchen geeigneten Mitteln, wie beispielsweise Schrauben 268', befestigt
ist. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
sind die Lager 146' und 148' auf der Nabe 20' zwischen Ausleger 266' und Scheibe 62' angeordnet.
Ein Reibring 270' ist
beispielsweise durch Schrauben 272' lösbar am Ausleger 266' befestigt und
wird von diesem getragen. Der Reibring 270' wird durch die Reibscheibe 264' erfasst, wenn
Druckluft in die Ausnehmung 102' eingeleitet wird, wodurch Nabe 20', Halterung 92' und Welle 24' rotatorisch
in Beziehung stehen und folglich die Lüfterblätter, die am an der Nabe 20' befestigten
Zylinderblock 30' befestigt
sind, bremsen, um deren Windmühlenbetrieb
infolge des Vorbeistreichens von Luft über die Lüfterblätter zu verhindern und um in
dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel zu
verhindern, dass diese durch den Wirbelstromantrieb 224 angetrieben
werden.
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Wenn
der Fluiddruck, während
er von Zylinder C freigegeben wird, in die Ausnehmung 102' eingeleitet
wird, ist der Wirbelstromantrieb 224 genau so außer Kraft
gesetzt, wie die Nabe 20' rotatorisch
auf Halterung 92' bezogen
ist; folglich wird die Drehung der Lüfterblätter verlangsamt und gestoppt.
Eine geeignete Ventilvorrichtung sollte bereitgestellt werden, um
zu verhindern, dass Fluiddruck zeitgleich in Zylinder C und Ausnehmung 102' eingeleitet
wird. Es kann dann eingesehen werden, dass Kupplung A' in dem bevorzugtesten
Ausführungsbeispiel
drei Geschwindigkeiten für
die Lüfterblätter bereitstellt,
d. h. Motorengeschwindigkeit, weniger als Motorengeschwindigkeit
und angehalten.
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Weiterhin
verläuft
der Kraftflussweg, falls luftangesteuert, d. h. wenn Fluiddruck
in den Zylinder C eingeleitet wird, durch Kupplung A' vom Reibring 86,
durch Reibscheibe 12', über die
Verzahnungen 16' und 18' zur Nabe 20', durch die
Lagerungen 146' und 148', durch Scheibe 50' und zurück zum Reibring 86,
wobei wegen Lager 146' und 148' zwischen Nabe 20' und Scheibe 50' keine relative
Rotation auftritt. Durch die Lager 26' und 28' tritt keine Antriebskraft auf.
Folglich wird wesentlich weniger Kraft in der Ausführung der
Kupplung A' auf
die Lager 26' und 28' aufgebracht,
als auf die die Nabe tragenden Lager in den Kupplungen der US-Patente 4,226,095
und 4,877,117, die im Aktivierungskraftfluss liegen und jedes Mal
wenn der Motor läuft
mit den die Scheibe tragenden Lagern einer ständigen relativen Rotation unterworfen
sind, wodurch sich die Abnutzung erhöht und die Lebensdauer vermindert.
Die Ausführung
der Kupplung A' in
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst ferner einen Kolben 10', der eine vergrößerte Querschnittsfläche aufweist,
um mit dem gleichen Fluiddruck größere Aktivierungsdrücke auf die
Reibscheibe 12' zu
ermöglichen.
Dieser höhere Aktivierungsdruck
ermöglicht
es unter Beibehaltung des gleichen Aktivierungsgrades die Größe des Reibringes 86 derart
zu minimieren, dass der Gesamtdurchmesser der Kupplung A' gegenüber den
Kupplungen jenes Typs aus Patenten 4,226,095; 4,877,117 und 5,059,161,
die übereinstimmende Ausführungscharakteristiken
aufweisen, reduziert werden kann. Folglich ist die Kupplung A' geeignet, in kleinere
Anlagen zu passen oder in Anlagen der gleichen Größe mit Wirbelstromantrieb 224,
wie z. B. in die Anlagen gemäß dem Stand
der Technik, die Kupplungen jenes in den US-Patenten 4,226,095; 4,877,117
und 5,059,161 offenbarten Types benutzen.
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Wie
beschrieben ist Kupplung A' im
Allgemeinen von jenem Typ, wie er in den US-Patentanmeldung 08/254,290
und 08/373,953 und der internationalen Veröffentlichung WO 95/23281 gezeigt und
beschrieben ist. Jedoch ist ersichtlich, dass andere Konstruktionen
einsetzbar sein können.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein
bevorzugtes Verfahren der Herstellung der zweiten Antriebskomponente
von Antrieb 224. Speziell umfasst Ring 238 eine
vordere an die erste Antriebskomponente angrenzende Fläche 302,
die Magnete 226 umfasst, und eine gegenüberliegende Fläche 304.
In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
sind die Flächen 302 und 304 radial
ausgerichtet. Ring 238 umfasst ferner eine erste radiale
Außenkante 306 und
eine zweite radiale Innenkante 308, die sich zwischen den
Fläche 302 und 304 erstreckt,
wobei Kante 306 konzentrisch zu und radial beabstandet
von Kante 308 ist. Integrale Ausrichtungsösen bzw.
-vorsprünge
erstrecken sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel radial von Kante 306 und
weisen mit und in derselben Ebene wie die Flächen 302 und 304 angrenzende
Flächen auf.
In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
sind die Ösen
bzw. Vorsprünge 310 rings
um die Kante 306 in Abständen von 90° gleichmäßig beabstandet angeordnet.
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Ring 238 umfasst
ferner über
den Umfang beabstandete Positionierzungen 312, die sich
im Wesentlichen senkrecht von Fläche 302 erstrecken,
und Positionierzungen 314, die sich im Wesentlichen senkrecht
von Fläche 304 erstrecken.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Zungen 312 und 314 integral mit Ring 238 ausgebildet
und jede über den
Umfang gleichmäßig 60° von jeder
anderen beabstandet, wobei die Zungen 314 über dem
Umfang zwischen den Zungen 312 angeordnet sind. Die Zungen 312 erstrecken
sich im Wesentlichen in radialer Richtung, während sich die Zungen 314 im
Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Richtung erstrecken.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
die Zungen 312 und 314 durch Abwinkeln bezüglich des
Ringes 238 gebildet und in dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
sind sie als von und zwischen den Kanten 306 und 308 beabstandete Ausschnitte
in dem Ring 238 gebildet. Zusätzlich weisen die Ausschnitte 316 ein
physikalisch größeres Ausmaß auf, als
die Zungen 312 und 314.
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Um
den Ring 238 in das Trägerteil 241 einzubetten
und die zweite Antriebskomponente integral auszubilden, wird eine
untere weibliche Werkzeughälfte 318 bereitgestellt,
die eine sich nach unten erstreckende Ausnehmung 320 mit
einer Form, die der äußeren Umrisslinie
der zweiten Antriebkomponente entspricht, aufweist. Der Ring 238 wird
in der Ausnehmung 320 in der Art positioniert, dass die
Zungen 312 an der Bodenfläche der Ausnehmung 320 anliegen.
Die Ausnehmung 320 umfasst Markierungen 322 für die Aufnahme
der Ausrichtungsösen 310,
zur genauen Ausrichtung und Halterung des Ringes 238 in
der gewünschten
Drehposition innerhalb der Ausnehmung 320. Eine obere männliche
Werkzeughälfte 324 wird
mit einem sich nach unten erstreckenden Vorsprung 326 bereitgestellt,
der eine Form entsprechend der inneren Außenlinie der zweiten Antriebskomponente
und für
die Aufnahme der Ausnehmung 320 aufweist. Auskragungen
oder Vorsprünge 328 und 330 erstrecken
sich von einem oder von beiden, der Ausnehmungen 320 und
dem Vorsprung 326, um die radiale Innenkante des Trägerteiles 241 bzw.
der Flügelblätter 264 festzulegen.
Die Zungen 314 liegen an der Bodenfläche des Vorsprunges 326 an.
In dieser Hinsicht werden die Zungen 314 infolge der Radialorientierung
der Flügel 264 und
der im Wesentlichen senkrechten Orientierung zu einer radialen Richtung
der Zungen 314 nicht die Tendenz haben, sich in die Hohlräume zwischen
den die Flügel 264 bestimmenden
Vorsprüngen 330 zu
erstrecken, werden aber dazu tendieren, an den Vorsprüngen 330 anzuliegen
und sich über
die Hohlräume
zwischen den Vorsprüngen 330 zu
erstrecken. Falls die Zungen 314 sich in die Hohlräume zwischen
den Vorsprüngen 330 erstrecken,
könnte
Ring 238 in das Volumen hineinragen, das von der Ausnehmung 320 und
dem Vorsprung 326 festgelegt wird. Die Formhälfte 324 umfasst
einen Einlass 332, durch den geschmolzenes Material eingegossen
werden kann, wobei der Einlass 332 außerhalb des Vorsprunges 326 und
innerhalb der Ausnehmung 320 angeordnet ist, wenn die Hälften 318 und 324 zueinander
positioniert werden.
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Um
die zweite Antriebskomponente herzustellen, wird geschmolzenes,
im Wesentlichen nicht magnetisches, Wärme leitendes Material, beispielsweise
Aluminium, in den Einlass 332 eingegossen und fließt um und
durch den ringförmigen
Raum zwischen der Ausnehmung 320 und dem Vorsprung 326, der
den Scheibenbereich 260 ausbildet, durch die Hohlräume zwischen
der Ausnehmung 320 und dem Vorsprung 326 und den
Vorsprüngen 330,
die die Flügelblätter 264 ausbilden,
und in und um das Volumen zwischen Ausnehmung 320, Vorsprung 326 und
den Vorsprüngen 328,
die das Trägerteil 261 bilden,
wobei die Hohlräume
in Fluidkommunikation mit dem ringförmigen Raum und dem Volumen
stehen. Daraus ist ersichtlich, dass das Anliegen der Zungen 312 und 314 an
den Formhälften 318 und 324 den
Ring 238 bei der Einleitung des geschmolzenen Materials vor
dem Wegschwimmen zwischen der Ausnehmung 320 und dem Vorsprung 326 bewahren.
Zusätzlich erleichtern
die Ausnehmungen 316, dass geschmolzenes Material von zwischen
der Fläche 304 und dem
Vorsprung 326 zu zwischen Fläche 302 und Ausnehmung 320 fließen kann.
Das vor dem den magnetischen Fluss leitenden Material (d. h. Stahl)
von Ring 238 angeordnete nicht magnetische Material (d. h.
Aluminium) wirkt in einer ähnlichen
Art und Weise wie die separaten Stahl- und Kupferringe, die die
magnetische Kupplung bereitstellen, die im Wirbelstromantrieb erforderlich
ist.
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Es
ist dann ersichtlich, dass die zweite Antriebskomponente des Antriebes 224 vorteilhaft
ist. Besonders die zweite Antriebskomponente ist eine einstückige Komponente,
die nicht, wie bei mechanisch angebrachten Teilen, einer Lockerung
und/oder Ablösung
unterworfen ist und insofern die Ausfallsicherheit verbessert. Auf
gleiche Weise reduziert der relativ kleine zusätzliche Schritt des Einlegens
von Ring 238 zwischen die Hälften 318 und 324 zur
Herstellung des Bereiches 241 und des Trägers 244 die Montageanforderungen
deutlich gegenüber
der mechanischen Anbringung des Kupfer- und Stahlringes an das Trägerteil 241,
wie es früher
ausgeführt
wurde. Weiterhin ist es nicht länger
erforderlich, den Kupferring und die mechanischen Anbauteile zu
inventarisieren, wie es zuvor erforderlich war. Zusätzlich beseitigt
die Entfernung des Kupferringes ebenso die Probleme der Kupferoxidation,
wodurch auch eine effiziente Reduzierung der bekannten Ausführungen
erfolgt. Weiterhin wird jegliche in der zweiten Antriebkomponente
erzeugte Hitze besser übertragen,
weil das Aluminium zwischen der Fläche 302 und den Magneten 226 ein
integraler Teil der Lüfterblätter 264 ist,
der Hitze rasch ableitet. Auf diese Weise wird eine bessere Kühlung der
zweiten Antriebkomponente und des gesamten Antriebes 224 erhalten.
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Es
sollte ersichtlich sein, dass die Ausführung der Kupplung A' vorteilhaft ist.
Speziell kann eine beachtliche Hitze durch den Schlupf von Reibscheibe 12' und Reibring 86 erzeugt
werden. Weiterhin wird Hitze ebenso durch die Rotation der Magnete 226 in
Bezug zu Ring 238 erzeugt. Der Träger 266 agiert als
Wärmesenke, um
Hitze von den Magneten 226 abzuleiten. Ebenso agiert der
ringförmige
Teil 241 als Wärmesenke,
um Hitze vom Ring 238 und insofern von den Magneten 226 abzuleiten.
Zusätzlich erhöht die Drehung
der Lüfterblätter 264 mit
Scheibe 50' jedes
mal wenn der Motor läuft
den Hitzetransfer vom ringförmigen
Trägerteil 241.
Insbesondere ziehen die Lüfterblätter 264 zwischen
den Schenkeln 272 von der Front des Zylinderblocks 30' Luft, um eine
Kühlung
des Trägerteiles 241 durch
Konvektion bereitzustellen. Zusätzlich
ziehen die Lüfterblätter 264 zwischen
den Füßen 272 von
der Front des Zylinderblockes 30' Luft, um eine Kühlung der
Magnete 226 und des Ringes 238 durch Konvektion
bereitzustellen. In dieser Hinsicht bewegen die Lüfterblätter 264 die
Luft nach außen,
um einen Druckunterschied zu erzeugen, der Luft zwischen den Magneten 226 und
Ring 238 zieht, um dort dazwischen eine Luftbewegung zu
erzeugen, die wahrscheinlich nicht auftreten oder praktisch nicht
existieren würde,
wenn keine Luftbewegungsmittel enthalten wären. Da die Leistungsfähigkeit
und Lebensdauer der Magnete 226 durch Hitze schädlich beeinflusst
werden kann, schützt
die Kupplung A' die
Magnete 226 vor übermäßigen Hitzebedingungen.
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Es
sollte dann zur Kenntnis genommen werden, dass Permanentmagnetwirbelstromantriebe
für Lüfterkupplungen
bekannt sind, die eine Lüfterdrehung
mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Motorengeschwindigkeit
bieten, aber keinen direkten Antrieb mit Motorengeschwindigkeit.
Ferner sind elektromagnetisch arbeitende Kupplungen bekannt, die durch
eine erste elektromagnetische Kupplung eine Lüfterdrehung mit Motorengeschwindigkeit
und durch eine zweite elektromagnetische Kupplung über eine
Wirbelstromkupplung Geschwindigkeiten langsamer als Motorengeschwindigkeit
bieten. Jedoch erkannten einschlägige
Fachmänner
die synergetischen Ergebnisse nicht, die man erhält, wenn man einen Permanentmagnetwirbelstromantrieb
in Kombination mit einer nicht elektromagnetisch gesteuerten Kupplung
und speziell mit einem Fluid und insbesondere mit einer luftaktivierten
Kupplung benutzt. Insbesondere sollte zur Kenntnis genommen werden, dass
wenn die Kupplung A' in
der bevorzugtesten Ausführungsform
durch die Einleitung eines vollen Fluiddruckes gegen die vorgespannte
Kraft der Feder 56' aktiviert
wird, die Kupplung A' die
Lüfterblätter mit
Motorengeschwindigkeit dreht, wobei der Wir belstromantrieb 224 und
speziell die Magnete 226 und Halter 228 und ebenso
Ring 238 infolge deren Verbindung zu den Ausgangs- und
Eingangsbereichen der Kupplung A' mit
Motorengeschwindigkeit drehen. Folglich setzt das Eingreifen des
ringförmigen
Reibkupplungsbereiches 34 in Reibring 86 den Wirbelstromantrieb 224 aufgrund
der gleichzeitigen Drehung der Magnete 226 und des Ringes 238 außer Kraft.
Demnach arbeitet die Kupplung A',
wenn der Reibring 86 axial verschoben wird, um in die ringförmigen Reibkupplungseinheit 34 einzugreifen,
in derselben Art und Weise wie die Kupplungen der US-Patente 4,226,095;
4,877,117 und 5,059,161.
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Wenn
jedoch Kolben 10' axial
von der zweiten Position beabstandet ist, so dass Reibring 86 axial
von dem ringförmigen
Reibkupplungsbereich 34 verschoben ist, setzt Kupplung
A' den Antrieb der Lüfterblätter durch
den Wirbelstromantrieb 224 fort. Besonders aufgrund dessen
Anordnung an die Eingangsbereiche dreht Ring 238 der Kupplung
A' unabhängig davon
ob Einheit 34 vom Reibring 86 eingekuppelt wird
mit Motorengeschwindigkeit. Aufgrund der magnetischen Anziehung
der Magnete 226 wird der Ausgangsbereich der Kupplung A' angetrieben und
rotiert um die Kupplungsachse mit einer Geschwindigkeit, die niedriger
ist als die des Eingangsbereiches, oder in anderen Worten mit Geschwindigkeiten
die infolge der Drehmomentbelastung, die durch die Lüfterblätter auf
den Ausgangsbereich wirkt, geringer sind als die Motorengeschwindigkeit. Besonders
unter entlastetem Fluiddruck wird die Feder 56' den Kolben 10' in die erste
Position bewegen, so dass der Ausgang mit der Drehgeschwindigkeit des
Wirbelstromantriebes 224 in seiner ersten vollmagnetischen
Antriebsposition angetrieben wird.
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Es
sollte ferner ersichtlich sein, dass keine separaten Steuerungen
oder andere Betätigung
für den
Wirbelstromantrieb 224 erforderlich sind, so dass Kupplung
A' in bekannten
Vorrichtungen, die Kupplungen jenes in den US-Patenten 4,425,993; 4,226,095
und 4,877,117 o. ä.
offenbarten Types verwenden, leicht ersetzt werden kann. Insbesondere sind
keine elektrischen Steuerungen erforderlich, wie dies bei elektromagnetisch
arbeitenden Antrieben notwendig wäre. Speziell weist Kupplung
A' einschließlich des
Wirbelstromantriebes 224, wenn diese mit vollem Fluiddruck betätigt wird,
den selben Arbeitsvorgang auf wie die Kupplungen der US-Patente 4,425,993;
4,226,095 und 4,877,117, die keinen Wirbelstromantrieb umfassen.
Wenn jedoch kein Fluiddruck vorhanden ist und keine Betätigung irgendeiner
Art erfolgt, kommt der Wirbelstromantrieb 224 in Kupplung
A' zur Geltung,
um die Lüfterblätter anzutreiben
und zu drehen, anstatt die Lüfterblätter wie
in den Kupplungen der US-Patente 4,425,993; 4,226,095 und 4,877,117
einfach nicht zu drehen.
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Weiterhin
wird die spezielle Ausführung
der Kupplung A' als
besonders vorteilhaft aufgefasst. Insbesondere ist der Wirbelstromantrieb 224 in
die Kupplung A' eingefügt, ohne
die Hinzufügung
von weiteren Scheiben oder anderer Montagekomponenten zu benötigen. Speziell
sind die erste und zweite Antriebskomponente des Antriebs 224 an
dem Träger 266 oder
an der Reibscheibe 12' angeordnet,
wobei der Träger 266 und
die Reibscheibe 12' notwendige
Komponenten sind, um eine unmittelbare Antriebsbetätigung durch
den Reibring 86 bereitzustellen. Weiterhin wird die Kupplung
A' als vorteilhaft
aufgefasst, da ein Wirbelstromantrieb mit minimaler Zunahme in radialer
Ausdehnung umfasst ist, weil die Magnete 226 und die Ringe 238 und 242 im
Wesentlichen in gleichen radialen Entfernungen von der Kupplungsachse
wie Reibring 86 angebracht sind.
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Es
sollte zur Kenntnis genommen werden, dass Kupplung A' eine sehr einfache
Ausführung
aufweist, die ihr eine sehr wirtschaftliche Herstellung verleiht
und sehr haltbar ist.
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Nun,
da die Grundlagen der vorliegenden Erfindung erklärt wurden,
werden viele Erweiterungen und Änderungen
für einen
einschlägigen
Fachmann nahe liegen. Zum Beispiel kann Kupplung A', obwohl sie in der
Verwendung einer Lüfterkupplung
gezeigt und beschrieben wurde, in anderen Einsatzgebieten verwendet
werden, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, zum Antrieb einer
Lichtmaschine, einer Klimaanlage oder dergleichen.
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Ebenso
kann eine Umstellung der Komponenten des Wirbelstromantriebs 224 an
den Eingangs- und Ausgangsbereichen möglich sein, obwohl die Platzierung
der Komponenten des Wirbelstromantriebes 224 an den Eingang-
und Ausgangsbereichen der Kupplung A' in dem gezeigten besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel
als vorteilhaft angesehen wird.
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Ebenso
können
andere Methoden für
die Bereitstellung eines Fluiddruckes an Kolben 10' zur Bewegung
des Kolbens 10' genutzt
werden, obwohl der abdichtende Eingriff des Kolbens 10' mit Block 30' in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
durch die O-Ringe 32' und 36' bewerkstelligt
ist. Zum Beispiel könnte
eine Membran genutzt werden, die sich zwischen Kolben 10' und Block 30' erstreckt.
Auf gleiche Weise könnte
zur Bewegung des Kolbens 10' eine dehnbare
Blase benutzt werden.