DE7929903U1 - Kupplung fuer rotierbare teile - Google Patents

Description

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11.10.1979 Chr/Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Kupplung für rotierbare Teile Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kupplung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Vor allem in Kraftfahrzeugen werden eine Reihe von Aggregaten, beispielsweise der elektrische Generator, der Lüfter des Verbrennungsmotors, die Wasserpumpe und die ölpumpe mit den stark variierenden Drehzahlen des Verbrennungsmotors angetrieben, obwohl für eine optimale Punktion dieser Aggregate nur eine konstante Drehzahl gewünscht wäre. Durch die DE-PS 20 53 263 (R. 88 der Anmelderin) und die DE-OS 28 22 638 (R. 4690 der Anmelderin) sind Kupplungen bekanntgeworden, die mit Fliehgewichten arbeiten und beim Erreichen eines bestimmten oberen Drehzahlbereiches den Kontakt vom antriebsseitigen Kupplungsteil zum abtriebsseitigen Kupplungsteil abschwächen und so verhindern, daß die Drehzahl des abtriebsseitigen Kupplungsteils weiter zunimmt. Bei diesen bekannten Kupplungen sind Übertragungsteile einem Abtrieb unterworfen, dadurch tritt ein hoher Verschleiß und eine hohe "Wärmebelastung auf. Die Kupplungen sind dadurch störanfällig und müssen laufend gewartet werden.

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Chr/Sm Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kupplung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Wartung während ihrer Lebensdauer nicht erforderlich ist. Dadurch, daß das Aggregat nicht mit den höchsten Drehzahlen angetrieben wird, verringert sich die erforderliche Antriebsleistung; die Folge davon ist eine vorteilhafte Verbesserung des Wirkungsgrades. Ein weiterer Vorteil ist, daß sich durch die niedrigere maximale Lüfterdrehzahl und die geringere erforderliche Antriebsleistung "■e^enüber herkömmlichen Anordnungen eine Energieersparnis erzielen läßt. Bei einem Antrieb mit Keilriemen ist als Vorteil außerdem die größere Keilriemenlebensdauer anzusehen. Weiter ist der Geräuschpegel geringer als bei bekannten Anordnungen. Schließlich ist wegen der verminderten Beschleunigung des Aggregats die Belastung des Antriebssystems geringer und damit die Lebensdauer des Aggregats höher.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kupplung möglich - sie lassen sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele entnehmen -, insbesondere lassen sich vorhandene Aggregate mit der erfindungsgemäßen Kupplung nachrüsten.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Drehstromgenerator mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Kupplung im Schnitt, Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Radiallager, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, und zwar mit einem

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Axial-Lager, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem Trommel-Lüfter an einem Generator, Figur 5 einen Nachrüstvorschlag, und Figur 6 ein Schaubild.

Beschreibung der Ausführungsbeispxele i-j

In Figur 1 ist der Querschnitt durch einen Drehstromgenera-

w tor gezeigt. Das Maschinengehäuse dieses Generators umfaßt |

ein antriebsseitiges Lagerschild 11 und ein schleifringsei- |

tiges Lagerschild 12. Am antriebsseitigen Lagerschild 11 J

sind ein Haltearm und/oder ein Schwenkarm 13 angeformt. Mit |

Hilfe von Schrauben 14 ist ein Ständerblechpaket 15 zwischen %

die Lagerschilde 11 und 12 eingespannt. In die beiden Lager- I

schilde 11 und 12 sind Lager 16 und 17 eingesetzt, in denen §

eine Masehinenwelle 18 gelagert ist. Der Ständer 15 trägt S

eine Ständerwicklung 19. Der Ständerwicklung 19 ist ein |

Gleichrichter nachgeschaltet, der im wesentlichen auf einen f

Kühlkörper 20 untergebracht ist. Die Masehinenwelle 18 $

trägt einen Läufer 21 mit einer Erregerwicklung 22. Die ί

Enden der Erregerwicklung 22 sind an Schleifringe 23 ange- 1,

schlossen, die ebenfalls auf die Masehinenwelle 18 aufge- I

setzt sind. Mit den Schleifringen 23 stehen in einem Bür- i

stenhalter 24 geführte Kohlenbürsten in Wirkungsverbindung. s Der Bürstenhalter 24 ist mit einem Spannungsregler 25 zu einer Baueinheit zusammengefaßt.

Auf die Welle 18 sind außerhalb des Gehäuses 11, 12 auf der Antriebsseite zwei weitere Kugellager mit Innenringen 26, 28 . und Außenringen 27, 29 aufgeschoben. Außerdem trägt die Welle | lB noch eine Riemenscheibe 31· Zwischen dem Innenring 32 des | Lagers 16 und dem Innenring 28, zwischen dem Innenring 28 und dem Innenring 26 soll zwischen dem Innenring 26 und der Riemenscheibe 31 ist je ein Distanzring 33 eingefügt. Mit Hilfe einer Mutter 34 sind die Riemenscheibe 31, die Distanzringe 33 und die Innenringe 26 und 28 gegen den Innenring 32

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des Lagers l6 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 l6 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 auseinandergedrückt. Die Kraft, mit der die beiden Außenringe 27 und 29 auseinandergedrückt werden, ist unter anderem mit Hilfe der Dicke des Distanzrings 33a, 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 eins 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 Außenring 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. Wenn sich die Maschinenwelle l8 zu drehen beginnt, fängt allmählich auch das Lüfterrad 36 an, sich zu drehen. Bleibt die Drehzahl η der Maschinenwelle l8 niedrig und konstant, erreicht das Lüfterrad 36 nach kurzer Zeit diese Drehzahl η der Maschinenwelle l8. Bis zu einem Höchstwert n.,, der im wesentlichen durch die Konstanten der Tellerfedern und die Breite des Distanzringes 33a vorgebbar ist, dreht sich das Lüfterrad 36 dann synchron mit der Welle l8. Dieser Drehzahlwert n«. ist durch das im wesentlichen konstante Drehmoment M_K bestimmt, das zum überwinden der Kugellager-

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reibung benötigt wird. Wird nun die Drehzahl η der Welle 18 übsr den genannten vorgebbaren Wert n. hinaus weiter erhöht, dann erhöht sich die Drehzahl n, des Lüfterrads 36 nur unwesentlich vjeiter. Im Schaubild Figur 6 ist das Drehmoment KL, für die Überwindung der Lagerreibung und der Verlauf des Drehmoments M, , das zum Antrieb des Lüfters benötigt wird, dargestellt. Bei dem erwähnten Drehzahlwert η sind die beiden Drehmomente gleich groß, also M,, = M₁- = M₁ . Man kann demnach in einem Drehzahlbereich O = η = n^ van ein«in Synchronbetrieb sprechen, bei dem n_T = η und M_T ^ M₁, ist, und bei

^W L· Δ

Maschinenwellendrehzahlen η > n
bei dem n_T <. η und M₁. > M₁, ist.

Maschinenwellendrehzahlen η > n„ von einem Asynchronbetrieb,

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 Federkonstante die Drehzahl mit festlegen, bis zu welcher das Lüfterrad 36 mit der Welle 18 synchron drehen soll. Da sich die Kugellager 26, 27; 28, bei einer konstanten Drehzahl der Maschinenwelle 18 bis zu dem erwähnten Grenzwert nicht drehen und oberhalb dieses Grenzwertes die Kugellagerdrehzahl, also die Drehzahl 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, standhalten.

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 Wirbelstromanordnung erreichen.

Eine Wirbelstromanordnung ist in Figur 2 gezeigt. In Figur 2a iat auf der Riemenscheibe 31 ein Permanentmagnetring Il

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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 mitzunehmen. In Figur 2b ist in der Riemenscheibe 31 ein Magnetring M2 in der Form eines Kreiszylindermantels angeordnet. Der Mag'ietring 42 ist über einen kleinen Luftspalt über der Nabe des Lüfterrads 36 drehbar.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 sind das antriebsseitige Kupplungsteil die Maschinenwelle 18 und die Inner.ringe 26 und 28, das Übertragungsteil die Innenringe 26 und 28, die Kugeln 35 und die Außenringe 27 und und das abtriebsseitige 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 verwirklicht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist als Übertragungsteil ein Axial-Lager verwendet, das zweiseitig wirkt. Die Funktion der Innenringe 26 und 28 ist durch die Kreisringe 126 und 128 übernommen, die Funktion der Außenringe 27, 29 durch die Kreisringe 127 und 129- Im Ausführungsbeispiel sind die Ringe 127 und 129 einstückig ausgebildet und mit dem abtriebsseitigen Teil 136 verbunden. Die Erhöhung der Reibung ist im Prinzip wieder durch eine als federndes Element 137 wirkende Tellerfeder realisiert. Die Tellerfeder 137 stütze sich beim dritten Ausführungsbeispiel aber an einem fest mit aer Maschinenwelle II8 verbundenen Teil ab und drückt den Kreisring 128 auf die Axiallager 126, 127, 128, 129. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind weitere Maßnahmen, wie beispielsweise ein Wirbelstromantrieb, möglich.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein Trommellüfter gezeigt, der auf der Schleifringseite eines Generators montiert ist. Gleiche Bauteile wie beim ersten Ausführungsbei-

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spiel nach Figur 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Als Lager 26 bis 29 sind Rillenkugellager 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 zusätzlichen
Kühlung der Nabe des Trommellüfters 236 und damit der Lager 26 bij 29 können weitere Lüfterschaufeln 44 vorgesehen werden.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4 sind als
Lager lediglich Kugellager gezeigt, bei denen Ringe als
Lagerflächen dienen. Die Erfindung kann aber auch mit Hilfe von anderen Wälzlager-Arten verwirklicht werden, beispielsweise mit Nadellagern. Außerdem ist es möglich, statt Wälzlagern Gleitlager, beispielsweise Sinterlager, zu verwenden. Schließlich können bei jedem der Ausführungsbeispiele Lager unterschiedlicher Art verwendet sein.

In Figur 5 ist ein Nachrüstsatz vorgestellt, bei dem ein
serienmäßiges Nadelkugellager verwendet ist. Ein solcher
Nachrüstsatz läßt sich auf vorhandene Maschinenwellen 18
montieren und umfaßt lediglich die drei Teile Lüfterrad 36, Riemenscheibe 31 und Rillenkugellager 326.

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Kupplung für rotierbare Teile

Zusammenfassung

Es wird eine Kupplung zwischen einem Antriebssystem und
einem Aggregat vorgeschlagen, die dazu dient, die Höhe der Drehzahl des angetriebenen Aggregats bei steigender Drehzahl der Abtriebswelle des Antriebssystems zu begrenzen. Die r Kupplung umfaüt als übertragungsteil ein Lager. Das an-/PE& triebsseiiige Kupplungsteil und das abtriebsseitige Kupplungsteil sind durch Lagerflächen gebildet, die durch ein Schmiermittel getrennt sind. Eine solche Kupplung wird besonders für Lüfter von Drehstromgeneratoren oder von Verbrennungsno-oren oder für Pumpen oder für ähnliche Hilfsaggregate in Kraftfahrzeugen verwendet.

Claims (1)

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   Ansprüche

   1. Kupplung zwischen, einem Kraftfahrzeugmotor und einem Lüfterrad eines Drehstromgenerators mit einem antriebsseitigen Kupplungsteil, einem Übertragungsteil und einem abtriebsseitigen Kupplungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragungsteil ein Lager (26, 27; 28, 29; 126, 127; 128, 129) ist, dessen einer Ring (26, 28; 126, 128) mit dem antriebsseitigen Teil (18, 118) und dessen anderer Ring (27, 29; 127, 129) mit dem abtriebsseitigen Teil (36, I36) verbunden ist.

   2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ring (26, 28) ein Innenring und der andere Ring (27, 29) ein Außenring eines Radial-Lagers ist.

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   3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 35) als aus zwei einreihigen Einzellagern bestehendes Schräglager in O-Ausführurg ausgebildet ist und daß zwischen dem ersten (27) und dem zweiten (29) Teil-Außenring ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (37) angeordnet ist.

   H. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 35) durch zwei nebeneinander angeordnete Rillenkugellager gebildet ist und daß zwischen dem ersten (27) und dem zweiten (29) Teil-Außenring ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (37) angeordnet ist.

   5. Kupplung nach Anspruch 3 oder ^;4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Innenringe (26, 28) ein Distanzring (33) eingefügt ist.

   6. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bi" ^r,, dadurcn gekennzeichnet, daß einer der beiden Außenringe (27) in seiner Halterung (36) axial verschiebbar ist.

   7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ring (126, 128) und. der andere Ring (127, 129) Bestandteile eines Axial-Lagers sind.

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   8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Axial-Lager (126, 127, 128, 129) in zwei Einzellager mit einem gemeinsamen anderen Ring (127, 129), dem je ein einer Ring (126, 128) gegenüberliegt, aufgeteilt ist und daß zwischen einem der einen Ringe (128) und dem zugehörigen Bereich des antriebsseitigen Teils (118) ein auf Druck beanspruchtes federndes Teil (137) angeordnet ist.

   9. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 ^is 8, dadurch gekennzeichnet, aaß das federnde Teil (37, 137) eine Tellerfeder ist.

   10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (37, 137) aus zwei V-fcrmig gegeneinander gelegten Teil-Tellerfedern besteht.

   ν 11. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil (37, 137) eine Wellfeder ist.

   12. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurc gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 126 bis 129) ein Kugellager ist.

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   13. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 126 bis 12) ein Nadellager ist.

   1*1. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26 bis 29, 126 bis 129) ein Gleitlager ist.

   15. Kupplung nach Anspruch 1^, dadurch gekennzeichnet, daß sis Gleitlager (26 bis 29, 126 bis 129) ein Sinterlager verwendet ist.

   16. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als L'ager (26 bis 29, 126 bis 129) eine an sich bekannte Kombination von verschiedenen Lagertypen verwendet ist.

   17. Kupplung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination in einem einziger Bauteil verwirklicht ist.

   18. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in ein antriebsseitiges Kupplungs teil (3D dem abtriebsseitigen Kupplungsteil (36) gegenüber liegend Dauermagnetteile (4l, 42) eingesetzt sind.

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   19. Kupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (42) auf einem Zylindermantel in einem antriebsseitigen Kupplungsteil (31) angeordnet sind.

   20. Kupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Magnetteile (41) auf einer zur Systemachse konzentrisehen Kreisfläche in einem antriebsseitigen Kupplungsteil (31) angeordnet sind.