Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere für Dieselfahrzeuge. Die Erfindung bezieht sich auf eine Iiraftübert.ragungseinrichtung, zum Beispiel auf eine Kupplung, wie sie zur Übertragung der Kraft des Antriebsmotors auf die Treib räder von Diesellokomotiven und ähnlichen Fahzeugen Verwendung finden, die durch einen in bezug auf Drehmoment und Touren zahl wenig anpassungsfähigen Motor ange trieben werden.
Die Erfindung kennzeichnet sich durch eine elektromagnetische Reibungskupplung und durch eine Wirbelstromkupplung, die unabhängig voneinander erregt werden kön nen. Dabei erfolgt sowohl die Erzeugung der Reibung, wie auch die Bildung der Wir- belströme an bezw. in mit der Aussenluft in unmittelbarer Berührung stehenden, um laufenden Umfangsteilen der Einrichtung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht. F'ig. 1. zeigt eine erste Ausführungsform, und zwar in der obern Hälfte in senkrechtem Achsschnitt, in der uAtern Hälfte in Seiten ansicht; Fig. 2 veranschaulicht in derselben Dar stellungsweise eine weitere Ausführungs form; hier ist die untere, in Ansicht dar gestellte Kupplungshälfte weggebrochen ge dacht; Fig. 3 stellt eine Aussenansicht auf einen Teil des -die Magnefwicklungen enthalten den Polkörpers der Kupplung in Abwicklung dar;
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 entsprechender Darstel lungsweise, während Fig. 5 diese Ausführungsform in der un tern Hälfte in Ansicht von einem Ende her, im .linken obern Quadranten in einem Schnitt nach der Linie Z und im rechten obern Quadranten in einem @Schnitt nach der Linie X der Fig. 4 darstellt.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist auf die Welle des Dieselmotors, der entweder unmittelbar oder mittelst eines Zahnrad getriebes sein Drehmoment auf die Treib räder der Lokomotive übertragen soll, ein glockenförmiger Rotationskörper 2 aufge- keilt, der mit dem Flansch 1 der Motorwelle verschraubt ist. Der Körper 2 dient gleich zeitig als Schwungrad und nimmt an einem freien Stirnende den Reibbelag 3 der elek trisch betätigten Reibungskupplung auf.
In nerhalb des zylindrischen Hohlraumes des Körpers 2 sitzt fest auf der Welle 4, die die Kraft nach den Treibrädern der Loko motive weiter überträgt, ein Magnetkörper 5 für den Wirbelstromteil der Kupplung, mit dem der Magnetkörper 6 der Reibungskupp lung starr verbunden ist. Der Magnetkörper 5 besteht aus einer Anzahl gleichmässig über den Umfang des auf der Welle 4 sitzenden Nabenkörpers verteilter, radial gerichteter Kernstücke, die die Erregerwicklungen 8 tragen. und aussen mit Polschuhen 9 versehen sind, die sich der Innenfläche des Hohlkör pers 2 anschmiegen.
Sowohl die verschiede nen Erregerwicklungen, 8, wie auch die ein heitliche Erregerwicklung des Magneit- systems 6 erhalten den Erregerstrom durch drei Schleifringe 7 zugeführt. Die Schal tung der Zuführungsleitung ist eine solche, da.ss die Erregerwicklung der beiden Magnet systeme unabhängig voneinander eingeschal tet werden können.
Die Wirkungsweise der Kupplung ist fol gende: Der Dieselmotor wird in bekannter Weise leer angelassen, so dass der fest auf- gekeilte Schwungkörper 2 mit rotiert. Soll nun die Kupplung eingerückt werden, so er regt man mit langsam ansteigendem Strom zunächst das Magnetsystem 5.
Hierdurch entstehen in dem Schwungkörper 2 in bekann ter Weise elektrische Wirbelströme, die eine Mitnahme des auf die Welle 4 aufgekeilten Magnetsystems 5 zur Folge haben. Durch langsame Verstärkung des Erregerstromes nähert man allmählich die Drehzahl des mit genommenen Teils 5 einem Höchstwert, der durch bekannte Mittel und durch entspre- chende Dimensionierung der magnetischen Stromkreise verändert werden kann. Ist die durch den Schlupf der Wirbelstromkupplung bedingte Höchstdrehzahl erreicht, so schaltet man die elektromagnetische Reibungskupp lung ein.
Infolge des Reibungsschlusses auf den Reibflächen wird dabei der Körper 2 mit dem Körper 5 starr gekuppelt, so dass jetzt die Wirbelstromübertragung durch die Kupplung überbrückt ist und ausgeschaltet werden bann.
Auf der Reibscheibe der Kupplung ist. also nur noch der verhältnismässig kleine Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Dieselmotor und der Zuggeschwindigkeit zu überwinden., eine Leistung, die nur geringe Bruchteile der gesamten Beschleunigungs leistung beträgt. Die Reibfläche der Kupp lung wird jetzt nur schwach beansprucht, sie bleibt deshalb kalt und kann auch ge ringer dimensioniert werden, da sie keine allzu hohen Beanspruchungen auszuhalten hat.
Die Betriebssicherheit der Einrichtung wird hierdurch wesentlich erhöht, da eine Auswechslung der Reibbeläge nur in sehr grossen Zeitzwischenräumen nötig wird. Die Anfahra.rbeit setzt sich zum Teil in die Joulesche Wärme der im ,Schwungkörper 2 erzeugten Wirbelströme um. Der Körper 2 besitzt vermöge seiner grossen Masse eine so erhebliche Wärmeaufnahmefähigkeit, dass er eine unzulässige Temperatur nicht annimmt.
Die Regelung der Anfahrleistung der Wirbel stromkupplung kann durch bekannte Mittel, zum Beispiel durch Veränderung des Er regerstromes oder durch Veränderung der Polzahl oder Polteilung oder durch eine Kom bination aller dieser Mittel erfolgen. Ebenso ist ,die Ausbildung des Körpers, in dem die Wirbelströme sich ausbilden sollen, für das Wellen der Erfindung belangslos; unter ITm- Atänden kann der Einbau eines besonderen Stromträgers für die Wirbelströme zweck mässig sein.
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Bei <SEP> der <SEP> Ausführung <SEP> nach <SEP> den <SEP> Fig. <SEP> 2
<tb> und <SEP> 3 <SEP> ist <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Wellenflansch <SEP> 1 <SEP> des <SEP> Die selmotors <SEP> ebenfalls <SEP> ein <SEP> gleichzeitig <SEP> als Schwungrad dienender glockenartiger Hohl körper 2 starr verbunden, in dessen Mantel teil 2a die Wirbelströme erzeugt werden.
Zur Erleichterung der Wärmeabgabe ist der Teil 2a aussen zweckmässig nach Art eines Radiators mit Rippen versehen. Inner halb des Wirbelstromkörpers 2 ist der Mag netkörper 5 untergebracht. der, als Ganzes betrachtet, die Form eines Zylinders besitzt. Der Körper 5 ist auf die anzutreibende Welle 4 fest rufgekeilt. Der Körper 5 be steht aus zwei Teilen 5a und 5b, die bei 5c in einer senkrecht zur Achse liegenden Ebene zusa.mmenst-)ssen und durch Schraubbolzen 5(z miteinander verbunden sind.
Zwischen den Teilen 5a und 5b befindet sich ein ringför miger Hohlraum 10, der zur Aufnahme der konzentrisch zur Achse liegenden Erreger spule 8 dient, der der Erregerstrom durch Vermittlung der Schleifringe 7 zugeführt wird. Aussen an die durch den Hohlraum 10 gebildeten Flansche des Körpers 5 schliessen sich abwechselnd, zickzackförmig ineinander übergreifend (Fig. 3), die Polschuhe 11, 12 an, die sich in axialer Richtung im we sentlichen über die ganze Tiefe des Innen raumes des Wirbelstromkörpers 2 erstrecken..
Auf der senkrechten Stirnseite weist der Magnetkörper 5 eine zweite ringförmige Aus- nehmung 1'3 auf, in der die Erregerspule 14 für die Reibungskupplung untergebracht ist. Auch diese Wicklung erhält ihren Strom von den Schleifringen 7.aus. In die betref fende Stirnseite des Körpers 5 sind. Bolzen 15 eingeschraubt, die zur Führung der An kerscheibe 16 dienen und in Bohrungen 17 dieser Scheibe eingreifen.
Mit dem äussern Teil der Innenseite des Ankers 16 tritt beim Einrücken der Reibungskupplung der Reib ring 18 in Eingriff, der an einem besonde ren ringförmigen. Zwischenstück 19 aus un- magnetischem Material angebracht ist. Die ses Zwischenstück 19 ist an der Stirnseite des Mantelteils 2a des Wirbelstromkörpers befestigt. Die Ausbildung aus nichtmagne tischem Material hat den Zweck, das Über treten des Feldes des Wirbelstrommagnetes in die Ankerscheibe 16 zu verhindern. Der Ringkörper 19 wird zur Erleichterung der Wärmeabfuhr zweckmässig mit radial gerich teten Rippen ausgerüstet.
Die Wirkungsweise der Einriclitung ent spricht der in Fig. 1 dargestellten. Hat nach Einschaltung der Wirbelstromkupplung der Magnetkörper 5 seine höchste Drehzahl er reicht, so wird die Erregerwicklung 14 ein geschaltet. Dadurch tritt die Ankerscheibe 16 mit dem Reibkörpex 18. 19 in Eingriff, wodurch die unmittelbare Kupplung der Wellen durch ,Reibungsschluss erfolgt. Die Erregung der Wirbelstromkupplung kann nunmehr ausgeschaltet werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausbildung und Anordnung der Pole kann natürlich auch durch eine andere ersetzt werden. Wesent lich ist bei dieser Ausführungsform, dass eine möglichst weitgehende Polunterteilung erreicht wird, ohne dass entsprechend zahl reiche Erregerwicklungen erforderlich wä ren, sowie dass der zur Erzeugung der Wir belströme, sowie der zur Betätigung der Rei bungskupplung erforderliche Kraftlinien fluss in einem gemeinsamen Magnetkörper erzeugt werden.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Körper, in dem die Wirbelströme erzeugt werden, aus einem Ringe 2b, der auf der linken Seite durch Vermittlung eines .Schildes 20a an dem Matorwellenflansch 1 befestigt ist, wäh rend er auf der rechten Seite' durch Ver mittlung eines Schildes 20 auf der ange triebenen Welle 4 gelagert ist.
Auf diese Welle ist ausserdem ein :Stahlgusskörper 5 rufgekeilt, der aus einem innern,, nabenarti- gen, die Magnetkörper der Reibungskupplung bildenden Teil 5e und aus einem äussern, kranzartig mit dem ersteren durch Arme 5f verbundenen Teil<B>59</B> besteht. An den Um fang des kranzartigen Teils 59 schliessen sich in radialer Richtung die Polkerne 5h an.
Das Ganze bildet einen einheitlichen Stahl gusskörper, der wie Fig. 4 erkennen lzi.sst, nur so weit massiv gehalten ist, wie es der Verlauf der Kraftliniensysteme der Wich- lungen erfordert. Die Wicklungen 14 und 14a der Reibungskupplung sind in nach den Stirnseiten zu offenem, ringförmigen Aus- nehmungen des Körpers 5 untergebracht, während die Wicklungen 8 der Wirbelstrom kupplung auf den Polkernen 5h sitzen.
Auf die beiden Enden des in analer Richtung iiber das Polrad vorstehenden Nabenteils 5e sind Ringe 21, 21a aufgeschoben und durch Schrauben 22 mit dem Armstern des Pol rades verbunden. Diese Ringe dienen als Widerlager für die Reibbeläge 18, 18a, die auf der Innenseite der zu den. Magnetkörpern der Reibungskupplungen gehörenden Anker 16, 16a angebracht sind.
Diese Anker bil den Ringscheiben, die miit Hilfe von über den Umfang verteilten. Bolzen 15a in axialer Richtung verschiebbar an den Lagerschilden 20, 20a geführt sind. Zu diesem Zwecke greifen die Bolzen 15a in Buchsen 17a ein, die in Bohrungen der Schilde 20" 20a unter gebracht sind. Die Lagerschilde weisen, wie insbesondere Fig. 5 erkennen lä.sst, grosse Öffnungen 23 auf, so da,B die Teile 16, 16a, 21 und 21a mit der Aussenluft in unmittel barer Berührung stehen.
Das eine Schild 20 ist, wie bereits erwähnt, auf der zugehörigen Welle 4 gelagerti, während das andere, 20a, seinerseits ein Rollenlager 25 enthält in dem das Ende der ZVelle@ 4 ruht. Aussen sind die Lagerschilde mittelst Bolzen 24 durch Ver mittlung von elektrisch gut leitenden, zum Beispiel kupfernen, Zwischenringen 26, 26a mit dem aus Eisen bestehenden Ringkörper 2b verbunden. In dem Ring 2b bilden sich beim Umlauf des Polrades die die Übertra gung des Drehmomentes vermittelnden lYir- belströme aus..
Die elektrisch gut leitenden Ringe 26 und 26a dienen zur kräftigeren Ausbildung der Wirbelsetröme. Sie erfüllen die gleiche Funktion wie die Stirnringe der Käfigvicklung des Kurzschlussläufers bei Drehstrommotoren. Die Erregerströme wer den den verschiedenen Wicklungen durch Vermittlung von auf der Welle 4 angeord neten Schleifringen 7 zugeführt.
Beim Einrücken der Kupplung wird zu nächst, wie in den oben beschriebenen Fäl- len, der Erregerstrom für die Wirbels'trom- kupp,lung eingeschaltet, bis die angetriebene Welle 4 ihre maximale Drehzahl erreicht hat, die jd nach der Ausführung der Wirbel stromkupplung und der ,Stärke der Erregung mehr oder weniger hinter der Drehzahl der treibenden Welle zurückbleibt. Ist diese Drehzahl erreicht, so werden die Erregungen der magnetischen Reibungskupplungen ein geschaltet. Dadurch werden die Anker 16, 16a angezogen und die Reibflächen 21, 21a in Eingriff gebracht.
Es addiert sich also zu dem durch die Wirbelstromkupplung übertragenen Drehmoment das Moment der Reibungskupplungen hinzu, wodurch die an getriebene Welle 4 weiter beschleunigt wird, bis zwischen den beiden Reibungsflächen der Magnetkupplungen kein Gleiten mehr stattfindet. Die Erregung der Wirbelstrom kupplung kann dann abgeschaltet werden. Da der Schlupf zwischen den Reibflächen 18 und 21 beim Einrücken der Reibungs kupplungen nur klein ist, hält sich auch die Reibungsarbeit in ganz geringen Grenzen, so dass einerseits die Abnutzung der Reib flächen, anderseits die Wärmeentwicklung nur eine ganz geringfügige ist.
Die infolge der Reibungsarbeit entstehende geringe Wärme kann bei entsprechender Ausbildung der die Reibungsarbeit aufnehmenden Kör per mit Rippen, Kühlkanälen usw. durch Öffnungen 23 in den. Lagerschildern leicht abgeführt werden. Die Anordnung stellt also eine einen sehr geringen Raum beanspru chende Kombination einer Wirbe.Istrom- kupplung mit einer magnetischen Reibungs kupplung dar, deren Abkühlungsverhältnis sich ausserordentlich günstig gestaltet. In folgedessen können die Reibflächen bean sprucht werden, das heisst einen verhältnis mässig kleinen wirksamen Radius besitzen.
Die Abführung der Wärme aus dem aussen vollständig frei liegenden Wirbelstromkörper 2b macht keine Schwierigkeiten. Eine Ab nutzung dieses Körpers kommt natürlich auch bei längerer Dauer der Einschaltung der Wirbelstromkupplung überhaupt nicht in Betracht.