DE1148644B

DE1148644B - Wirbelstromkupplung

Info

Publication number: DE1148644B
Application number: DEC24525A
Authority: DE
Inventors: Elie Cohen; Szymon Roth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-07-04
Filing date: 1961-07-04
Publication date: 1963-05-16
Also published as: GB923600A; US3229132A

Description

Wirbelstromkupplung Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromkupplung mit einer ortsfest auf einem Stator angebrachten Erregerspule und zwei in dem Stator angeordneten axialen Rotoren, wobei der als einpoliger Induktor ausgebildete innere Rotor aus einem von der Erregerspule umgebenen länglichen Hülsenteil mit kleinem Durchmesser und einem seitlich von der Erregerspule befindlichen Rotorteil mit größerem Durchmesser besteht und dieser letztere Rotorteil, der an seinem Umfang mit Zähnen versehen ist, von dem den induzierten Teil bildenden äußeren Rotor umgeben ist.
Es ist bereits eine Induktionskupplung mit einer ortsfest auf einem Stator angebrachten Erregerspule und zwei in dem Stator angeordneten Rotoren bekanntgeworden, wobei der innere Rotor aus einem von der Erregerspule umgebenen länglichen Teil mit kleinem Durchmesser und einem seitlich von der Erregerspule befindlichen, aus magnetisierbaren, aufeinandergeschichteten Stahlblechen bestehenden Rotorteil mit größerem Durchmesser besteht und dieser letztere Rotorteil von einem äußeren Rotor umgeben ist, der aus einem nichtmagnetisierbaren Material guter Leitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium, besteht. Die Pole des inneren Rotors rufen in bezug auf den äußeren Rotor eine Änderung des magnetischen Flusses hervor. Dieser Fluß durchsetzt den äußeren, aus Kupfer oder Aluminium bestehenden Rotor und dringt in den Stator ein, in welchem er Wirbelströme induziert, die ein rückwirkendes Bremsmoment hervorrufen, das eine Bremswirkung auf den äußeren Rotor ausübt. Dadurch entsteht ein Leistungsverlust und eine starke Erwärmung des Stators. Zur Abführung der Wärme aus dem Stator ist hierbei eine axiale Luftzirkulation durch die Kupplung erforderlich, wodurch die Gefahr, daß sich Staub im Innern der Kupplung absetzt, hervorgerufen wird. Diese Staubablagerung kann eine Bremswirkung hervorrufen und wenn die Staubablagerung sehr stark wird, werden die Rotoren hierdurch miteinander gekuppelt und drehen sich dann mit der gleichen Geschwindigkeit. Außerdem können durch den Staub Explosionen hervorgerufen werden.
Die Erfindung bezweckt, demgegenüber eine Wirbelstromkupplung zu schaffen, die bei besonders einfacher und gedrängterBauart mit gutemWirkungsgrad arbeitet und mit einer wirksamen, jede Staubablagerung im Innern der Kupplung vermeidenden Kühlung versehen ist.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Kupplung der eingangs genannten Art der äußere Rotor, wie an sich bekannt, aus einem Ring aus Stahl mit hoher Permeabilität besteht und von einem Flansch aus einer Leichtmetallegierung getragen ist, der seitlich mit Lüfterflügeln versehen ist, die gleichzeitig als Mittel zur Wärmeabfuhr dienen und daß ferner die verschiedenen Teile der Kupplung zur Vermeidung von Staubablagerungen im Innern der Kupplung so gekapselt sind. daß die zu kühlenden Teile nur mit der Außenluft in Berührung stehen.
Bei der Kupplung nach der Erfindung dringt die Wechselkomponente des magnetischen Flusses nicht über eine Tiefe von einigen Millimetern, also nur unwesentlich gegenüber der Dicke des magnetisierbaren, zylindrischen Teils des äußeren Rotors in diesen ein. Lediglich die Gleichstromkomkonente des Flusses durchsetzt den äußeren Rotor und schließt sich über den Stator um die Erregerspule. Es tritt also kein wesentlicher Wechselfluß im Stator auf und infolgedessen sind die Wärmeverluste im Stator und dadurch der Leistungsverlust bedeutend kleiner als bei der eingangs erwähnten bekannten Induktionskupplung. Außerdem treten bei der Kupplung nach der Erfindung die Wärmeverluste im wesentlichen nur im aktiven Teil des äußeren Rotors auf.
Durch die besondere Ausbildung der Rotoren in der Weise, daß, wie es an sich durch die eingangs behandelte Anordnung bekannt ist, die aktiven Teile der Rotoren seitlich von der Erregerspule und an das eine Ende der Kupplung zu liegen kommen, wird die Möglichkeit geschaffen, die Wärmeverluste, die bei der Kupplung gemäß der Erfindung im wesentlichen in dem äußeren Rotorteil auftreten, durch die Anbringung von Lüfterflügeln an den Flansch des äußeren Rotorteils abzuführen. Es kann daher auf eine axiale Luftzirkulation im Innern der Kupplung verzichtet werden, so daß die Kupplung gekapselt ausgeführt werden kann und infolgedessen kein Staub in das Innere der Kupplung eindringen kann.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die. Kupplung; Fig. 2 zeigt in der unteren Hälfte eine Teilstirnansicht und in der oberen Hälfte einenTeilquerschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.
Mit 1 ist der Stator, mit 2 die Erregerspule, mit 3 der das Kugellager 4 tragende rechte Statorflansch und mit 5 der das Kugellager 6 tragende linke Statorftansch bezeichnet. Der Anschlußkasten 7 trägt die Klemmen für die elektrische Verbindung zu der Spule 2.
Die Welle 8, die beispielsweise -die antreibende Welle ist, dreht sich in dem Lager 6. Sie ist fest mit dem inneren Rotor verbunden, von dem der Teil 9 a als längliche zylindrische Hülse ausgebildet und von der Spule 2 umgeben ist, während der kürzere und im Durchmesser viel größere Teil 9 b an seinem Umfang Zähne und Ausnehmungen 9 c aufweist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Erregerspule2 vollständig innerhalb des durch den Durchmesserunterschied zwischen den Teilen 9 a und 9 b gebildeten Winkels untergebracht ist. Der innere Rotor ist ein einpoliger Rotortyp und dient als Induktor.
Mit 10 ist der den induzierten Teil darstellende äußere Rotor bezeichnet. Er besteht aus einem Ring aus Stahl mit hoher magnetischer Permeabilität, der seitlich mit Auskehlungen und Rippen 10 a bzw. 10 b versehen ist, die sich bei der Fabrikation durch Anwendung eines Gieß- oder Schmelzverfahrens im Innern von entsprechenden Komplementärrippen und -auskehlungen 11a, 11b, die am Umfang eines Flansches 11 aus einer Leichtmetallegierung vorgesehen sind, fest verankern. Dieser Flansch 11 besitzt eine zentrale Nabe, die bei 12 auf der angetriebenen Welle 13 verkeilt ist. Mit einer Verlängerung 13 a ragt die Welle 13 in den zylindrischen Hohlraum im Innern des Rotors 9, gegen den sie mittels der Rollenlager 14 und 15 in ihrer Lage gehalten wird.
Der Flansch 11 ist seitlich mit einer bestimmten Anzahl von Lüfterflügeln 16 versehen, die in enger wärmeleitender Verbindung mit dem Rotor 10 stehen und gleichzeitig dazu dienen, die Abkühlungsfläche des induzierten Rotors zu vergrößern. Diese gute thermische Leitfähigkeit wird dank der durch das Schmelzgußverfahren bewirkten innigen Verbindung des Rotors 10 mit dem Flansch 11 erzielt. Die zu den Lüfterfiügeln 16 geleitete Wärme wird dank der Zirkulation des Kühlluftstromes, der durch die öffnungen 17 des Flansches 3 eintritt und durch Öffnungen 18 dieses Flansches austritt und dessen Verlauf durch die Pfeile 19 angedeutet ist, abgeführt.
Die hohe thermische Leitfähigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Flansches 11 gewährleisten eine äußerst wirksameKühlung derKupplung. Bemerkenswert ist das Fehlen einer Zirkulation der Außenluft im Innern der Kupplung, wodurch das Ablagern von Staub vermieden wird.
Die ortsfest angeordnete Erregerspule 2, deren Gehäuse am Stator 1 befestigt ist, erzeugt ein magnetisches Feld, dessen Fluß den Luftspalt zwischen den Rotoren 9 und 10 sowie die Luftspalte zwischen jedem Rotor und dem entsprechenden gegenüberliegenden Teil des Stators durchsetzt. Von den beiden letztgenanntenLuftspalten ist der zwischen dem Rotor 9 a und dem Statorteil 1 a sehr eng: Die Erregerspule 2, die seitlich von den aktiven Rotorteilen 9 b und 10 angeordnet ist, weist einen kleineren mittleren Durchmesser als diese Rotoren auf. Dieser Durchmesser ist auch kleiner als der Durchmesser der Erregerspule von vergleichbaren Kupplungen, bei denen die Erregerspule in bezug auf die zugehörigen Rotoren radial angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht auch eine vorteilhafte Kühlung der Spule. Schließlich ist der Platzbedarf der Spule weniger groß, was die Herstellung von Kupplungen mit kleinerem Durchmesser ermöglicht. Auf diese Weise kann das Gewicht und der Platzbedarf der Kupplungen wesentlich herabgesetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Wirbelstromkupplung mit einer ortsfest auf einem Stator angebrachten Erregerspule und zwei in dem Stator angeordneten axialen Rotoren, wobei der als einpoliger Induktor ausgebildete innere Rotor aus einem von der Erregerspule umgebenen länglichen Hülsenteil mit kleinem Durchmesser und einem seitlich von der Erregerspule befindlichen Rotorteil mit größerem Durchmesser besteht und dieser letztere Rotorteil, der an seinem Umfang mit Zähnen versehen ist, von dem den induzierten Teil bildenden äußeren Rotor umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rotor (10), wie an sich bekannt, aus einem Ring aus Stahl mit hoher Permeabilität besteht und von einem Flansch (11) aus einer Leichtmetallegierung getragen ist, der seitlich mit Lüfterfiügeln (16) versehen ist, die gleichzeitig als Mittel zur Wärmeabfuhr dienen, und daß ferner die verschiedenen Teile der Kupplung zur Vermeidung von Staubablagerung im Innern der Kupplung so gekapselt sind, daß die zu kühlenden Teile nur mit der Außenluft in Berührung stehen.
2. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des äußeren Rotors (10) und des ihn tragenden Flansches (11) durch ineinandergreifende Auskehlungen und Rippen (10a, 10b und 11a, 11b) miteinander verbunden sind, deren Befestigung mittels eines Gieß- oder Schmelzverfahrens erfolgt.
3. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lüfterflügel (16) tragende Flansch (11) sich am Ende des Stators (1) innerhalb eines festen, als Lagerschild ausgebildeten Flansches (3) dreht, der Öffnungen (17) in Achsnähe besitzt, durch welche die Luft zur Kühlung und Ventilation axial eintritt, dann radial über die Flügel des Flansches (11) aus einer Leichtmetallegierung verläuft und schließlich axial durch andere Öffnungen (18) am äußeren Rande des Statorfiansches (3) austritt.
4. Wirbelstromkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des länglichen Hülsenteils (9a) des inneren Rotors eng von einem entsprechenden Teil (1 a) des Stators umgeben ist, derart, daß die Erregerspule (2) zwischen diesem Teil (1 a) des Stators und dem aktiven Teil der Rotoren (9 b, 10) eingeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1229 417; USA.-Patentschrift Nr. 2 871383.