DE2929095A1

DE2929095A1 - Hysterese-kupplung

Info

Publication number: DE2929095A1
Application number: DE19792929095
Authority: DE
Inventors: Rudolf Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1981-02-19
Also published as: GB2054279A; IT8049222A0; JPS5622570A; IT1128128B; SE8005202L; FR2462049A1

Description

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN - Aktiengesellschaft -

7990 Friedrichshafen

if Hysterese-Kupplung

Akte: 5623 130008/003 7

ORIGINAL INSPECTlD

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN - Aktiengesellschaft -

7990 Friedrichshafen

Titel; Hysterese-Kupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hysterese-Kupplung, insbesondere für Kühllüfter bei Kraftfahrzeugmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kühllüfter werden besonders bei Kraftfahrzeugmotoren nur selten bei ungewöhnlichen Betriebszuständen benötigt und werden dann über Kupplungen zu- bzw. abgeschaltet. Zum Zu- bzw. Abschalten der Kühllüfter ist es bekannt, einfache, elektromagnetisch geschaltete Kupplungen zu verwenden. Durch diese Kupplungen wird bei Bedarf der Lüfter auch bei sehr hohen Drehzahlen zugeschaltet, was sehr große Geräusche verursacht sowie die Leistung mindert. Diese Kupplungen sind auch in ihrem Drehmoment nicht regelbar.

Desweiteren sind drehmomentbegrenzte (Hysterese-) Schlupfkupplungen bekannt (siehe den Aufsatz "Dauermagnet!sehe Kupplungen" in TEW-Technische Berichte 2, 1962, Seiten 153 bis 159), mit einem Erregerteil und einem Hystereseteil, wobei der Erregerteil einen Dauermagneten aufweist und der Hystereseteil aus einer parallel zum Erregerteil angeordneten Hysteresescheibe besteht. Durch die axial-parallele Anordnung der Teile entstehen axiale Kräfte, welche die Lagerung belasten. Bei dieser bekannten Hysterese-Kupplung ist eine ständige Verlustleistung vorhanden, verbunden mit hoher Erwärmung. Außerdem ist sie im Drehmoment nicht regelbar und auch nicht abschaltbar.

130008/00 3 7

4 -

-ί-

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung, insbesondere für einen Kühllüfter anzugeben, welche geräuschlos arbeitet, eine minimale Verlustleistung aufweist, welche im Drehmoment regelbar und ganz abschaltbar ist, keine axialen Kräfte erzeugt und welche eine minimale Erwärmung aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Kupplung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Kupplung nach der Erfindung ist eine Schlupfkupplung, welche nach dem Prinzip der Hysterese-Kupplung aufgebaut ist, also einen Erregerteil und einen Hystereseteil als An- bzw. Abtriebselemente aufweist. Diese sind berührungslos, aber dicht nebeneinander angeordnet, wobei der Erregerteil zwei miteinander dreh- und verschiebfest verbundene Reihen von ausgeprägten Polen gleicher Zahl aufweist, die um eine halbe Teilung versetzt zueinander angeordnet sind. Dabei ist der Hystereseteil drehbar zwischen diesen beiden Polreihen vorgesehen. Der Magnetfluß ist durch den Versatz der Pole um eine halbe Teilung gezwungen, in dem zwischen den Polreihen sich befindenden Hystereseteil eine im wesentlichen tangentiale, aber von Pol zu Pol wechselnde Richtung zu nehmen, und dabei Teilbezirke entgegengesetzt aufzumagnetisieren. Bei Drehung des einen Kupplungsteiles erfolgt zwangsweise ein Ummagnetisieren der Teilbereiche, was ein Drehmoment bewirkt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß der Erregerteil ein Elektromagnet ist, welcher aus einem weichmagnetischen Joch mit Erregerspule besteht. Die hohe Feldstärke eines Elektromagneten erlaubt die Verwen-

dung von Hystereseteil mit hoher Ummagnetisierungsenergie, was ein hohes Drehmoment garantiert. Auch ist erfindungsgemäß die Stromaufnahme der Erregerspule veränderlich, beispielsweise durch einen temperatur-

130008/0037

abhängigen Vorwiderstand, wodurch eine stufenlose Drehmomentregelung erreicht wird.

Erfindungsgemäß kann die Polzahl des Erregerteiles durch feine Teilung der Weicheisenpole sehr hoch gewählt werden, was den Vorteil eines relativ hohen Drehmomentes mit sich bringt.

Ein besonders gutes Resultat wurde erfindunsgemäß dadurch erhalten, daß die Polbreite etwa zweimal die Ringdicke und die Polteilung etwa vier- bis fünfmal die Ringdicke ausgewählt wurde.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind die beiden Polreihen des Erregerteiles und der Hystereseteil im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wobei von zwei miteinander verbundenen PolscheibeW und einer zwischen diesen liegenden Hysteresescheibe gesprochen werden kann.
20

Gemäß einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind die beiden Polreihen des Erregerteiles und der Hystereseteil im wesentlichen ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet, wobei von zwei miteinander dreh- und verschiebfest verbundenen Polringen und einem zwischen diesen beiden und zu diesen drehbar angeordneten Hysteresering gesprochen werden kann. Diese ringförmige Anordnung bringt den Vorteil, daß der Hysteresering radial

durchgeführt wird, wodurch keine Axialkräfte auftreten und wodurch die Radialkräfte sich gegenseitig aufheben. Durch die versetzten Pole der Polringe wird eine tangentiale Flußrichtung erzwungen, welche Teile des Hystereseringes in jeweils entgegengesetzter Rich-

tung vormagnetisieren. Bei der Drehung des Hystereseringes gegenüber dem gepolten Rotor entsteht eine Reaktionskraft gegen eine Ummagnetisierung. Diese Kraft ist unabhängig von der Drehgeschwindigkeit und an

130008/0037

- 6 -ORIGINAL INSPECTeC)

jeder Stelle gleichmäßig wirksam. Die ümmagnetisierung des gesamten Volumens des Hystereseringes erfolgt bei einer Umdrehung so oft wie Pole vorhanden sind als Durchlauf der Hystereseschleife des verwendeten Dauermagnetmaterials.

Die erfindungsgemäße Hysterese-Kupplung kann außer als Kupplung von Kraftfahrzeugkühllüfter auch mit entsprechenden Änderungen als Bremse mit Schlupfregelung verwendet werden.

Weitere Merkmale der Kupplung nach der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit dem in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiel erläutert. 15

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen, axialen Schnitt durch eine Kupplung nach der Erfindung in ring

förmiger Ausführung,

Fig. 2 einen Schnitt II-II aus Fig. 1, die erfindunsgemäße Anordnung der Polreihen zeigend, und

Fig. 3 eine Abwicklung eines Teiles der in Fig. dargestellten Polreihen.

Die Hysterese-Kupplung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einer auf einem Spulenkörper 14 angeordneten Elektromagnetspule 13, welche auf einem Gehäuseteil 16 befestigt ist.. In diesem Gehäuseteil

16 ist über ein Lager 15 eine Welle 17 drehbar und axial unverschieblich gelagert. Auf der Welle 17: ist ein Rotor 9 befestigt, welcher an seinem äußeren Umfang ein Leitblech 11 aufweist, welches den Umfang

130008/0037

des Spulenkörpers 14 teilweise umschließt und an welchem eine Riemenscheibe 10 vorgesehen ist. Der Rotor 9 stellt das weichmagnetische Joch der Erregerspule 13 dar/ und weist zwei konzentrisch zueinander angeordnete Polreihen auf, eine innere Polreihe 7 und eine äußere Polreihe 8, welche eine gleiche Polteilung 20 besitzen, Dabei sind die Pole der beiden Polreihen jeweils um eine halbe Polteilung 20 in tangentialer Richtung zueinander verschoben. Um den Magnetfluß 2 gezielt nur durch die Polteile fließen zu lassen, ist an der axial der Spule 13 weisenden Teil des Rotors 9 eine Magnetisolation 12 vorgesehen. Zwischen den beiden Polreihen ist ein Hysteresering 3 angeordnet, dessen innere bzw. äußere Flächen ganz nahe an den Polflächen sich befinden, diese jedoch nicht berühren. Der Hysteresering 3 ist dreh- und verschiebfest in einem Befestigungsflansch 4 angeordnet, welcher seinerseits über ein Lager 18 auf der Welle 17 drehbar, jedoch axial unverschieblich gelagert ist. An dem Aufnahraeflansch 4 ist über eine Schraube 1 ein Lüfter 5 befestigt. Bei eingeschalteter Spule wird der Magnetfluß 2 im Rotor 9 im wesentlichen radial nach innen verlaufen, wobei durch die versetzt angeordnete Ausbildung der Polreihen der Magnetfluß bei seinem Durchtritt durch die Pole im Hysteresering einen wesentlichen tangentialen Verlauf aufweisen. Dabei kann man davon ausgehen, daß bei jedem Pol der oberen Polreihe ungefähr die Hälfte des Magnetflusses (siehe Fig. 3) eine linke, tangentiale Ausrichtung erhält, während die andere Hälfte

^O des Magnetflusses eine rechte, tangentiale Ausrichtung erhält, wodurch eine bereichsweise Ummagnetisierung 19 des Hystereseringes 3 erhalten wird.

Das erläuterte Kupplungsbeispiel kann natürlich auch ^OvJ bei Schlupfkupplungen für andere Zwecke als zum Antrieb eines Lüfters mit Vorteil eingesetzt werden, und zwar vorzugsweise dort, wo ein Antrieb geräuschlos über einen großen Drehzahlbereich aufgeschaltet werden muß

130008/0037

- 8

und wo eine dreh2ahlunabhängige Reaktionskraft für die Übertragung der Antriebskraft auf den Abtrieb benötigt wird.

130008/0037

e e r s e

it

Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN - Aktiengesellschaft -

7990 Friedrichshafen

Titel: Hysterese-Kupplung

PATENTANSPRÜCHE

(1· J Hysterese- (Schlupf-) Kupplung, insbesondere für Kühllüf-

^ ' ter bei Kraftfahrzeugmotoren, mit einem Erregerteil und

einem Hystereseteil (als An- und Abtriebselemente), welche berührungslos, aber dicht zueinander angeordnet sind, wobei der Erregerteil eine mehrfache Polung aufweist und der Hystereseteil aus einem Dauermagnetstoff besteht, welcher ein mehrfaches Ummagnetisieren des Hystereseteiles erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerteil zwei miteinander dreh- und verschiebfest einander zugeordnete Ringe (7, 8) mit ausgeprägten, gegeneinander versetzten Polen gleicher Zahl aufweist, zwischen denen der Hystereseteil (3) drehbar geführt ist.
2. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerteil einen Elektromagnet (13) mit einem weichmagnetischen Joch (9) mit Erregerspule aufweist.
3. Hysterese-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine enge Folge der Weicheisenpole, so daß auf jedem Ring eine Polzahl angeordnet ist.

Akte 5623 - 2 -

130008/0037
4. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hystereseteil aus Hysteresematerial mit hoher Ummagnetisierungsenergie gefertigt ist.
5. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahme der Erregerspule veränderlich ist.
6. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polbreite etwa zweimal die Dicke des Hystereseringes beträgt.
7. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteilung vorzugsweise etwa vier- bis fünfmal die Dicke des Hystereseringes beträgt.
8. Hysterese-Kupplung nach einem oder mehreren der An-Sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polreihen des Erregerteiles und der Hystereseteil im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sind und axial versetzt zueinander angeordnet sind.
9. Hysterese-Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polreihen des Erregerteiles und der Hystereseteil im wesentlichen ringförmig ausgebildet und

konzentrisch zueinander angeordnet sind. 30
10. Hysterese-Kupplung nach Anspruch 1 und weiteren, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerteil die Antriebsseite darstellt während der Hystereseteil

die Abtriebsseite ist.
35

130008/0037

w ;. ^ijEWftO - 3 -

ORIGINAL INSPECTHD