DE3828110A1 - Wirbelstromkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromkupplung mit einer Antriebswelle, mit der ein Permanentmagnet drehfest verbunden ist, einer Abtriebswelle, mit der eine Wirbelstromscheibe drehfest verbunden ist, und einem Ge­ häuse, an welchem die beiden Wellen im wesentlichen koaxial angeordnet sind.

Bei Wirbelstromkupplungen wird das Drehmoment eines Antriebsmotors über ein Magnetfeld von einem Permanentmagneten auf eine Wirbelstrom­ scheibe übertragen. Wird die Wirbelstromscheibe abgebremst, z.B. durch die von ihr angetriebene Einrichtung, so wird durch das Magnetfeld, in dem sich die Wirbelstromscheibe bewegt, ein Gegendrehmoment er­ zeugt, das dem Drehmoment des Antriebsmotors das Gleichgewicht hält. Dabei entstehen Wirbelströme in der Wirbelstromscheibe, welche die Bremsleistung in Wärme umsetzen, d.h. die Wirbelstromscheibe und die mit ihr verbundenen Teile erwärmen. Das Drehmoment und damit die Wärmeleistung, d.h. die durch das Abbremsen entstehende Wärme, hängen vom Abstand der beiden Kupplungsteile, d.h. vom Abstand zwischen Permanentmagnet und Wirbelstromscheibe ab.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstromkupplung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß das Drehmoment und die entstehende Verlustwärme und damit die Temperatur steuerbar sind.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der axiale Abstand zwischen dem Permanentmagneten und der Wirbelstromscheibe abhängig vom Bremsmoment der Wirbelstromscheibe veränderbar ist.

Die Wirbelstromscheibe ist hierbei zweckmäßigerweise mit einem Kupplungs­ körper fest verbunden, welcher mit der Abtriebswelle drehfest aber axial verschiebbar relativ zu dieser gekoppelt ist.

In dem Kupplungskörper ist ein z.B. ringförmiger Hohlraum ausgebildet, der mit einer Flüssigkeit mit hohem Wärmedehnungskoeffizienten, z.B. Öl, gefüllt ist. Eine Seite des Hohlraumes wird hierbei zweckmäßiger­ weise durch die Unterseite der Wirbelstromscheibe begrenzt.

Vorteilhafterweise wird nun durch die sich unter Wärmeeinfluß aus­ dehnende Flüssigkeit der Kupplungskörper mit der Wirbelstromscheibe relativ zur Abtriebswelle axial verschoben.

Vorzugsweise ist hierzu die Abtriebswelle an ihrer der Antriebswelle zugewandten Stirnseite mit einem axial sich erstreckenden Kolben ver­ sehen, der in eine Bohrung des Kupplungskörpers greift, wobei die Flüssigkeit bei Ausdehnung infolge Erwärmung axial zwischen den Kolben und den Kupplungskörper eintritt und den letzteren axial relativ zum ersteren verschiebt, wodurch der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und der Wirbelstromscheibe vergrößert wird.

Die Bohrung im Kupplungskörper und der Kolben sind im Durchmesser abgestuft ausgebildet unter Bildung je einer Schulter am Kolben und am Kupplungskörper, und die Flüssigkeit tritt zwischen diese beiden Schultern ein, wodurch die letzteren in Axialrichtung mit dem Flüssig­ keitsdruck beaufschlagt werden.

Zwischen der Abtriebswelle und dem Kupplungskörper ist zweckmäßiger­ weise eine Rückstellfeder, z.B. in Form einer Schraubendruckfeder angeordnet, durch welche der Kupplungsträger entgegen der Beaufschlagung durch die Flüssigkeit ständig beaufschlagt wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die schematisch einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Wirbelstromkupplung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Wirbelstromkupplung umfaßt ein Ge­ häuse bestehend aus einem Gehäuseoberteil 2, 3 einem Gehäuseunterteil 17 und einem Lagerflansch 14, wobei diese Teile in nicht näher dargestellter Weise geeignet miteinander verbunden , z.B. verschraubt sind.

In das Gehäuseoberteil 3 ragt eine Motorwelle oder Antriebswelle 1 hinein, die von einem nicht-gezeigten Antriebsmotor angetrieben wird. Mit dem Ende der Antriebswelle 1 ist eine Kupplungsglocke 4 verbunden, z.B. verschraubt, welche die Form einer nach unten offenen flachen Schale hat. Über der Kupplungsglocke 4 ist ein z.B. im wesentlichen ringförmiger Permanentmagnet 5 befestigt, der vorzugsweise in die Kupplungsglocke 4 eingeklebt ist.

Unterhalb und in axialem Abstand von dem Permanentmagneten 5 ist eine Wirbelstromscheibe 6 angeordnet, die fest mit einem Kupplungskörper 9 verbunden, z.B. verschraubt ist, der z.B. aus Aluminium besteht. Der Kupplungskörper 9 kann an seinem Außenumfang mit Kühlrippen 19 versehen sein.

In das Gehäuse ragt von unten her eine Abtriebswelle 16 hinein, die, wie dargestellt, in dem Lagerflansch 14 mittels Wellenlagern 13, 15, z.B. Kugellagern, drehbar gelagert ist.

Die Abtriebswelle 16 hat an ihrer in der Zeichnung oberen Stirnseite einen Bund 25 mit dem eine etwa topfförmige Mitnehmerscheibe 12 fest verbunden, z.B. verschraubt ist.

Die Mitnehmerscheibe 12 hat einen Flansch 28, in welchem wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegende Bohrungen ausgebildet sind, in denen axial verlaufende Mitnehmerzapfen 27 fest sitzen, welche in entsprechende axiale Sackbohrungen 26 eingreifen, die im Kupplungs­ körper 9 von dessen unterer Stirnseite ausgehend, ausgebildet sind.

Da sich der Kupplungskörper 9, wie noch erläutert wird, axial relativ zur Abtriebswelle 16 verschieben kann, gleiten die Mitnehmerzapfen 27 in den Sackbohrungen 26, greifen aber stets soweit in die letzteren ein, daß das im Betrieb auftretende Drehmoment von dem Kupplungskörper 9 auf die Abtriebswelle 16 sicher übertragen werden kann.

An den Bund 25 der Abtriebswelle 16 schließt sich eine axiale zapfen­ förmige Verlängerung 24 an, die ebenso wie der Bund 25, einteilig mit der Abtriebswelle 16 ausgebildet ist. Auf dieser Verlängerung 24 sitzt ein Kolben 7, der entsprechend hohl gebohrt ist und der mittels einer Schraube 29 auf die zapfenförmige Verlängerung 24 der Abtriebs­ welle 16 fest aufgeschraubt ist. Selbstverständlich kann der Kolben 7 auch in anderer geeigneter Weise fest mit der Abtriebswelle 16 ver­ bunden sein.

Zwischen der Mitnehmerscheibe 12 und der Unterseite des Kupplungs­ körpers 9 ist eine Rückstellfeder 10, z.B. eine Schraubenfeder ange­ ordnet, welche den Kupplungskörper 9 stets nach oben von der Mitnehmer­ scheibe 12 weg zu drücken sucht.

Ferner ist zwischen der Mitnehmerscheibe 12 und dem Wellenlager 13 ein Distanzring 11 eingebaut.

Der Kolben 7 sitzt in einer zentralen Bohrung 21 der Wirbelstromscheibe 6 und des Kupplungskörpers 9.

Die Toleranz zwischen Bohrung 21 und Kolben 7 ist so gewählt, daß sich die Teile 6 und 9 axial relativ zum Kolben 7 verschieben können.

Der Kolben 7 und die Bohrung 21 sind abgestuft ausgebildet, d.h. der Kolbenschaft 30 des Kolbens 7, der auf die zapfenförmige Verlängerung 24 der Abtriebswelle 16 aufgesetzt ist, hat einen kleineren Durchmesser als der eigentliche Kolben 7, so daß zwischen dem Kolbenschaft 30 und dem Kolben 7 eine Schulter 12 gebildet wird. Entsprechend ist der Durch­ messer der Bohrung 21 im unteren Teil, d.h. im Bereich des Kolben­ schaftes 30 kleiner als im Bereich des Kolbens 7, so daß am Kupplungs­ körper 9 ebenfalls eine radiale Schulter 23 gebildet wird, die der Schulter 22 des Kolbens 7 axial gegenüberliegt.

Die Abdichtung zwischen der Bohrung 21 einerseits und dem Kolben 7, sowie dem Kolbenschaft 30 andererseits erfolgt durch nicht näher be­ zeichnete Dichtungen, z.B. durch O-Ringe.

In dem Kupplungskörper 9 ist nun ein z.B. ringförmiger Hohlraum 18 ausgebildet, der oben vorzugsweise direkt an die Wirbelstromscheibe 6 angrenzt, d.h. die Unterseite der letzteren bildet die obere Be­ grenzungswand des Hohlraumes 18. Die Abdichtung zwischen Kupplungs­ körper 9 und Wirbelstromscheibe 6 erfolgt wiederum durch geeignete ringförmige Dichtungen, z.B. durch nicht näher bezeichnete O-Ringe. Der Hohlraum 18 ist mit einer Flüssigkeit mit hohem Wärmedehnungs­ koeffizienten, z.B. einem geeigneten Öl, gefüllt, das über eine seitliche Bohrung eingefüllt wird, die durch eine Öleinfüllschraube 8 verschlossen wird.

Der Hohlraum 18 steht über wenigstens eine radial verlaufende Bohrung 20 in Verbindung mit der zentralen Bohrung 21 und die Bohrung 20 mündet in die Bohrung 21 im Bereich der beiden Schultern 22, 23 und jeden­ falls zwischen den beiden O-Ringen, welche den Kolben 7, 30 gegen den Kupplungskörper 9 abdichten.

Zwischen den beiden Schultern 22, 23 ist zweckmäßigerweise ein kleiner axialer Abstand vorgesehen (wie dargestellt, aber nicht näher bezeichnet), um das Eindringen und Eintreten des Öles zwischen die beiden Schultern, d.h. zwischen den Kupplungskörper 9 und den Kolben 7 zu erleichtern.

Die erfindungsgemäße Wirbelstromkupplung arbeitet folgendermaßen. Die Wirbelstromkupplung kann beispielsweise zum Antrieb eines Rührers oder dgl. verwendet werden, durch den eine dickflüssige Flüssigkeit oder Masse z.B. gerührt, gemischt oder dispergiert werden soll. Bis der Rührer seine volle Betriebsdrehzahl erreicht hat, kann eine beträcht­ liche Zeit vergehen, in manchen Fällen bis zu 1 oder 2 Stunden.

Die Abtriebswelle 16 und damit die Wirbelstromscheibe 6 werden somit jedenfalls in einer solchen Anlaufphase relativ stark abgebremst, d.h. zu Beginn stärker und dann immer schwächer werdend.

In der Wirbelstromscheibe 6 entstehen hierbei Wirbelströme, welche die Bremsleistung in Wärme umsetzen. Bei Erwärmung der Wirbelstromscheibe 6 erfolgt ein Wärmeübergang auf die Flüssigkeit in dem Hohlraum 18, wobei ein Teil der Wärme direkt von der Wirbelstromscheibe 6 auf die Flüssigkeit übergeht und ein anderer Teil indirekt über den Kupplungskörper 9.

Die Flüssigkeit erwärmt sich, dehnt sich infolge dieser Erwärmung aus und strömt über die Bohrung 20 in die zentrale Bohrung 21 ein und dringt bzw. tritt dort ein zwischen die Schulter 22 am Kolben 7 und die Schulter 23 am Kupplungskörper 9. Da die Flüssigkeit nirgends abströmen kann, baut sich ein Druck in der Flüssigkeit auf, der auch in dem Spalt zwischen den beiden Schultern 22 und 23 wirkt und diesen Spalt axial zu vergrößern sucht.

Da die Abtriebswelle 16 und damit der fest mit ihr verbundene Kolben 7 ortsfest gelagert ist, wird durch die zunehmende Ausdehnung der Flüssigkeit und die hierdurch auf den Kolben 7 und den Kupplungskörper 9 ausgeübte Kraft der letztere axial relativ zum Kolben 7 und damit relativ zur Ab­ triebswelle 16 nach unten bewegt, wodurch der axiale Abstand zwischen dem Permanentmagneten 5 und der Wirbelstromscheibe 6 vergrößert wird. Bei Vergrößerung dieses Abstandes verringert sich die Verlustwärme, wodurch sich auch die Ausdehnung der Flüssigkeit im Ringraum 18 reduziert, was zur Folge hat, daß der Kupplungskörper 9 und mit ihm die Wirbelstrom­ scheibe 6 durch die Rückstellfeder 10 wieder etwas nach oben gedrückt wird, wodurch sich der Abstand zwischen dem Permanentmagneten 5 und der Wirbelstromscheibe 6 wieder etwas verringert.

Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den beiden vorgenannten Teilen eingestellt bzw. eingeregelt werden.

Sobald die Abtriebswelle 16, die praktisch koaxial zur Antriebswelle 1 verläuft, ihre normale Betriebsdrehzahl erreicht hat, laufen beide Wellen und damit der Permanentmagnet 5 und die Wirbelstromscheibe 6 mit minimalem Schlupf, wobei nur geringe Wirbelströme und damit in geringer Wärmeanfall entsteht. Die Temperatur in der Wirbelstrom­ scheibe 6 und in der Flüssigkeit sinkt ab und der Kupplungskörper 9 und mit ihm die Wirbelstromscheibe 6 werden durch die Rückstellfeder 10 in ihre Ausgangslage zurück bewegt.

Generell wird die anfallende Wärme über den Kupplungskörper 9 und ins­ besondere über dessen Kühlrippen 19 nach außen abgeführt. Der Gehäuse­ unterteil 17 ist hierzu beispielsweise mit mehreren Schlitzen versehen oder auch wenigstens teilweise in Form eines Schutzgitters ausgebildet, um einen Luftaustausch zu ermöglichen und einen Wärmestau zu verhindern.

Darüber hinaus ist der Kupplungskörper 9 vorzugsweise mit querverlaufenden Bohrungen 31 (z.B. zwölf solcher Bohrungen) versehen, durch die, wenn sich der Kupplungskörper 9 dreht infolge der Fliehkraft Luft von innen nach außen gefördert und damit Wärme abgeführt wird.

Claims (10)

1. Wirbelstromkupplung mit einer Antriebswelle mit der ein Permanent­ magnet drehfest verbunden ist, einer Abtriebswelle, mit der eine Wirbelstromscheibe drehfest verbunden ist, und mit einem Gehäuse, in welchem die beiden Wellen koaxial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen dem Permanent­ magneten (5) und der Wirbelstromscheibe (6) abhängig von der in der Wirbelstromscheibe (6) entstehenden Verlustwärme ver­ änderbar ist.

2. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromscheibe (6) mit einem Kupplungskörper (9) fest verbunden ist, welcher mit der Abtriebwelle (16) drehfest aber axial verschiebbar relativ zu dieser gekoppelt ist.

3. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kupplungskörper (9) ein z.B. ringförmiger Hohlraum (18) ausgebildet ist, der mit einer Flüssigkeit mit hohem Wärme­ dehnungskoeffizienten, z.B. Öl, gefüllt ist.

4. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzung des Hohlraumes (18) durch die Unterseite der Wirbelstromscheibe (6) gebildet ist.

5. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die sich unter Wärmeeinfluß ausdehnende Flüssigkeit der Kupplungskörper (9) mit der Wirbelstromscheibe (6) realtiv zu der Abtriebswelle (16) axial verschiebbar ist.

6. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (16) an ihrer der Antriebswelle (1) zugewandten Stirnseite mit einem axial sich erstreckenden Kolben (7) versehen ist, der in einer Bohrung (21) des Kupplungskörpers (9) angeordnet ist, und daß die Flüssigkeit bei Ausdehnung infolge Erwärmung axial zwischen dem Kolben (7) und dem Kupplungskörper (9) eintritt und den letzteren axial relativ zu dem ersteren verschiebt.

7. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (21) im Kupplungskörper (9) und der Kolben (7) im Durchmesser abgestuft ausgebildet sind unter Bildung einer Schulter (22) am Kolben (7) und einer Schulter (23) am Kupplungs­ körper (9), und daß die Flüssigkeit zwischen diese beiden Schultern (22, 23) eintritt.

8. Wirbelstromkupplung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Abtriebswelle (16) und dem Kupplungskörper (9) eine Rückstellfeder (10) angeordnet ist, durch welche der Kupplungskörper (9) ständig entgegen der Beaufschlagung durch die sich ausdehnende Flüssigkeit beauf­ schlagt ist.

9. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskörper (9) mit radial verlaufenden Bohrungen (31) zur Wärmeabfuhr versehen ist.

10. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (31) den flanschförmigen unteren Teil des Kupplungs­ körpers (9) durchsetzen.