DE1034428B - Fliehkraftkupplung, insbesondere Anlass- und Betriebskupplung fuer elektromotorische Antriebe - Google Patents

Description

• Fliehkraftkupplung, insbesondere Anlaß-und B etriebskupplung für elektromotorische Antriebe Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine hinsichtlich ihrer Betriebsbrauchbarkeit besonders vorteilhafte Konstruktion für Fliehkraftkupplungen, insbesondere Anlaß- und Betriebskupplungen für elektromotorische Antriebe, zu schaffen.
• Es sind bereits Fliehkraftkupplungen bekannt, bei denen Rollkörper in Gestalt von körnigem Material oder Kugeln als Kupplungsmittel zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil und einem mit Mitnehmern versehenen, auf der treibenden Welle sitzenden Innenteil verwendet sind. Beim Anlauf der treibenden Welle werden hierbei die Rollkörper durch die Mitnehmer ebenfalls in Umlauf versetzt und mit zunehmender Fliehkraft gegen den hohlzylindrischen Außenteil der Kupplung gepreßt, so daß sie dessen Mitnahme bewirken.
• Es ist bereits eine Reibungskupplung dieser Art vorgeschlagen worden, bei der an dem einen Kupplungsteil eine Trommel befestigt ist, der ein mit dem anderen Kupplungsteil verbundener konzentrischer Armstern zugeordnet ist. Die Verbindung erfolgt hierbei mit Hilfe von Kugeln aus magnetischem Material, die durch einen innerhalb der Armsternnabe angeordneten Elektromagneten gesteuert werden, so daß sie bei Erregung des Magneten nach innen gezogen sind, was einem Leerlauf entspricht, während sie zum Einkuppeln durch Entregung des Magneten losgelassen werden, so daß sie durch die Fliehkraft an die Trommelwandung gedrückt und auf diese Weise eine reibungsschlüssige Verbindung zwischen Armstern und Trommel darstellen.
• Weiter ist bereits eine elastische Verbindung zwischen zwei Wellen bekanntgeworden, bei der entgegen der Wirkung von Federn eine gegenseitige Verdrehung der Wellen gegeneinander bis zu einem durch Anschläge begrenzten maximalen Wert zugelassen wird. Hierbei sind an dem einen Teil starre Anschläge angeordnet, die mit an dem anderen Teil befestigten, federnd ausgebildeten Anschlägen über dazwischen angeordnete Kugeln zusammenarbeiten. Sobald der maximal zulässige Verdrehungswinkel erreicht ist, wird die Verbindung starr, da eine weitere Relativbewegung der einzelnen Teile durch die Hubbegrenzung verhindert wird.
• Für manche Anwendungszwecke ist es erwünscht, daß eine Drehmomentübertragung erst bei höheren Drehzahlen einsetzt. Nach der Erfindung kann dies bei einer Fliehkraftkupplung, bei der als Kupplungsmittel zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil einerseits und einem mit Mitnehmern versehenen, auf der treibenden Welle sitzenden Innenteil andererseits Rollkörper verwendet sind, dadurch erreicht werden, daß die durch die Fliehkraft hervorgerufene Zentrifugalbewegung der Rollkörper in ihre die Drehmomentübertragung bewirkende Lage, in welcher sie gegen die Wandung des hohlzylindrischen Außenteils gedrückt werden, durch die Formgebung der unter der Wirkung einer Rückstellkraft stehenden Mitnehmer mechanisch gehemmt wird.
• Mit besonderem Vorteil kann bei einer Fliehkraftkupplung mit Kugeln als kuppelnde Rollkörper zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil und einem mit Mitnehmern versehenen Innenteil den Kugeln als Schmiermittel, wie bei Magnetpulverkupplungen bekannt, trockener Graphit beigesetzt werden. Für die konstruktive Durchbildung ist es zweckmäßig, die unter der Wirkung einer Rückstellkraft stehenden Mitnehmer zu einer Sperrvorrichtung auszubilden, die sich erst oberhalb bestimmter Drehzahlen löst, in geschlossenem Zustand aber den Zutritt der Rollkörper nach der Wandung des hohlzylindrischen Außenteiles versperrt. Die mechanische Hemmung des Zutritts der Rollkörper zu der Lage, in der sie einen Reibungsverschluß zwischen Mitnehmer und dem hohlzylindrischen Außenteil herstellen, kann auch dadurch erreicht werden, daß die an dem Innenteil angeordneten Mitnehmer Kammern bilden, deren Wände an den dem Außenteil zugewendeten Enden gegenüber Axialebenen schräg stehen.
• Die Erfindung hat besondere Bedeutung als Anlaß-und Betriebskupplung für elektromotorische Antriebe.
• Sie ist vor allem für im Sterndreieckanlauf anzulassende Drehstrom-Asynchronmotoren (Käfigläufermotoren), darüber hinaus aber auch für direkt einschaltbare oder sonstwie anzulassende Motoren jeglicher Art geeignet. Bei allen diesen Antrieben ist es wichtig, die Drehmomentübertragung erst dann beginnen zu lassen, wenn der Motor über seine Kipp- drehzahl hinaus hochgelaufen ist. Bei einem direkt einzuschaltenden Motor soll also die Entlastung so lange andauern, bis der Einschaltstrom mit Sicherheit abgeklungen ist. Ein in Sterndreieckschaltung anzulassender Niotor soll, während er - möglichst auf der Sterustufe - hochläuft, durch die Fliehkraftkupplung entlastet sein. Diese Forderungen lassen sich mit Hilfe der Erfindung bei allen Netzverhältnissen voll befriedigend erfüllen, da sie es ermöglicht, zuverlässige Konstruktionen von Fliehkraftkupplungen zu schaffen, bei denen die Drehmomentübertragung erst beim Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl einsetzt. Auch die weitere, in manchen Fällen, z. B. bei Dreschmaschinenantrieben, geforderte Bedingung, daß nämlich beim Überschreiten eines bestimmten Lastdrehmomentes die Kupplung rutscht, läßt sich zuverlässig erfüllen.
• Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert.
• Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Fliehkraftkupplung nach der Erfindung. 1 ist der auf der treibenden Welle zu befestigende Innenteil, 2 der hohlzylindrische Außenteil, der als Riemenscheibe ausgebildet sein kann und zu beiden Seiten mit eingeschraubten Wänden abgeschlossen ist, von denen die vordere in der Darstellung als entfernt angenommen ist. Auf dem Innenteil sind zwei Ringe 3, 4 mit schaufelartig geformten Wänden 13, 14 begrenzt drehbeweglich gelagert, die miteinander ein Käfigsystem für die Rollkörper, hier in Gestalt von Kugeln 10, bilden. Ihre Mitnahme durch das Innenteil 1 erfolgt durch einen Keil 5, ihre begrenzte Drehbeweglichkeit wird durch eine entsprechende Breite der Keilnut 6 ermöglicht. Je zwei zu verschiedenen Ringen gehörende Käfigwände 13, 14 sind durch eine Feder 7 (Fig. 3) verbunden, deren Rückstellkraft des Käfigsystems in die geschlossene Lage (Fig. 1 und 3) zieht, in der die Kugeln 10 nach der Wandung des hohlzylindrischen Außenteils 2 hin nahezu oder vollständig abgeschlossen sind.
• Eine besonders gute Raumausnutzung im Käfigsystem ergibt sich, wenn dieses sechs Käfige auf dem Umfang (statt vier beim Ausführungsbeispiel) enthält. Statt Zugfedern, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3, kann man auch eine zwischen die beiden Ringe 3, 4 einzulegende vorgespannte Torsionsfeder (Fig. 4) verwenden, die mit ihren beiden abgebogenen Enden in entsprechende Aussparungen der Ringe eingehängt wird.
• Läuft nun die treibende Welle und damit das Innenteil 1 an, so wird das Käfigsystem mit den Kugeln mitgenommen. Die Kugeln 10 suchen sich infolge der Fliehkraft in radialer Richtung nach außen zu bewegen, werden aber durch das Käfigsystem zunächst daran gehindert, sich an das hohlzylindrische Außenteil zu legen und die Drehmomentübertragung einsetzen zu lassen. Erst bei einer vorbestimmten, von der Kraft der Federn 7 abhängigen Drehzahl drücken die Kugeln infolge der zunehmenden Fliehkraft die schaufel artigen Wände 13, 14 des Käfigsystems auseinander in die in Fig. 2 dargestellte Lage, pressen sich gegen die Wand des hohlzylindrischen Außenteils und nehmen dieses mit.
• Es kann vorteilhaft sein, den Innenraum der Kupplung, wie in Fig. 5 dargestellt, durch eine mit dem hohlzylindrischen Außenteil 2 verbundene Ringscheibe 8 zu unterteilen und in jeder der beiden so gebildeten Innenraumhälften ein mit der treibenden Welle gekuppeltes Käfigsystem anzuordnen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Anlagefläche der Kugeln an dem getriebenen Teil, das durch das hohlzylindrische Außenteil und die damit verbundenen senkrechten Wandungen gebildet wird, wird auf diese Weise vergrößert. Außerdem kann man, z. B. durch verschiedene Bemessung der Federn in den beiden Käfigsystemen, dafür sorgen, daß das eine Käfigsystem gegenüber dem anderen beim Anlaufvorgang mit einer gewissen Verzögerung sich öffnet, so daß die Drehmomentübertragung besonders weich einsetzt.
• Die in den hohlzylindrischen Außenteil eingeschraubten Endscheiben 11, 12 sind zweckmäßig mit Wälzlagern 15 auf dem Innenteil 1 gelagert. Hierdurch läßt sich die Wärmeentwicklung gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Kupplungen, die mit Gleitlagern versehen waren, wesentlich herabsetzen.
• Eine weitere unter Umständen vorteilhafte Ausführungsform mit zwei Käfigsystemen erhält man, wenn man die Fliehkraftkupplung nach der Erfindung so ausbildet, daß das eine Käfigsystem als Drehmoment übertragungssperrvorrichtung vom treibenden Teil der Kupplung, das andere vom getriebenen Teil aus drehzahlabhängig gesteuert wird. (Eine Anlaß- und Betriebskupplung für elektromotorische Antriebe von solcher Ausbildung, daß das gesamte übertragbare Drehmoment unterteilt und teils durch die treibende Welle, teils durch die getriebene Welle steuerbar ist, ist bereits von Reinhardt vorgeschlagen worden.) Die bisher bekannten Fliehkraftkupplungen mit Kugelfüllung hatten im allgemeinen eine Olfüllung als Gleitmittel und als Korrosionsschutz. Sie erforderten daher eine Erneuerung des Öls nach seiner Verschmutzung durch wiederholtes Rutschen. Das Öl ist auch in seiner Viskosität stark temperaturabhängig, wodurch unter Umständen die Wirkungsweise der Kupplung in unerwünschter Weise beeinflußt werden kann. Das läßt sich dadurch vermeiden, daß bei einer Fliehkraftkupplung mit Rollkörpern, insbesondere Kugeln, nach der Erfindung statt Öl eine Trockensubstanz, z. B. Graphit, wie bei Magnetpulverkupplungen bekannt, oder Speckstein, als Gleitmittel verwendet wird. Diese Substanzen haben den Vorzug, daß sie weitgehend Sicherheit gegen Verschleiß gewährleisten und temperaturunabhängig sind. Dadurch gelingt es, die Fliehkraftkupplung praktisch wartungsunabhängig zu machen.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Fliehkraftkupplung unter Verwendung von Rollkörpern als Kupplungsmittel zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil einerseits und einem mit Mitnehmern versehenen, auf der treibenden Welle sitzenden Innenteil andererseits, insbesondere als Anlaß- und Betriebskupplung für elektromotorische Antriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Fliehkraft hervorgerufene Zentrifugalbewegung der Rollkörper in ihre die Drehmomentübertragung bewirkende Lage, in welcher sie gegen die Wandung des hohlzylindrischen Außenteils gedrückt werden, durch die Formgebung der unter der Wirkung einer Rückstellkraft stehenden Mitnehmer mechanisch gehemmt wird.
2. 2. Fliehkraftkupplung mit Kugeln als kuppelnde Rollkörper zwischen einem hohlzylindrischen Außenteil und einem mit Mitnehmern versehenen Innenteil, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Kugeln als Schmiermittel trockener Graphit zugesetzt ist.
3. 3. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die unter der Wirkung der Rückstellkraft stehenden Mitnehmer eine Sperrvorrichtung bilden, die sich erst oberhalb bestimmter Drehzahlen löst, in geschlossenem Zustand aber den Zutritt der Rollkörper nach der Wandung des hohlzylindrischen Außenteils völlig sperrt.
4. 4. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Innenteil angeordneten Mitnehmer Kammern bilden, deren Wände an den dem Außenteil zugewendeten Enden gegenüber Axialebenen schräg stehen.
5. 5. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Kammern aus zwei gegeneinander beweglichen Systemen gebildet sind, die unter dem Einfluß von Rückstellkräften stehen, die die abgeschrägten Kammerenden derart gegeneinanderdrücken, daß die Öffnung der Kammer gegen den Außenkörper verkleinert wird.
6. 6. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Kammerwände bis an die Wand des hohlzylindrischen Außenteiles der Kupplung heranreicht und schneidenartig ausgeführt sind.
7. 7. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Systemen Federn angeordnet sind, die die Rückstellkraft abgeben.
8. 8. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn als vorgespannte Torsionsfeder (Fig. 4) ausgeführt sind.
9. 9. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum in an sich be- kannter Weise durch eine Ringscheibe unterteilt ist und jede der beiden so gebildeten Innenraumhälften der Kupplung ein getrenntes Kammersystem enthält.
10. 10. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammersysteme so angeordnet sind, daß sie sich beim Anlaufvorgang mit einer gewissen Zeitverzögerung nacheinander öffnen.
11. 11. Fliehkraftkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (2) auf dem Innenteil (1) in an sich bekannter Weise mit Wälzlagern (15) gelagert ist.
12. 12. Fliehkraftkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in an sich bekannter Weise ein vom treibenden Teil und ein vom getriebenen Teil der Kupplung aus gesteuertes, in sich bewegliches Kammersystem für die Rollkörper als Drehmomentübertragungsvorrichtung enthält.

    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 467 083, 646 573, 506 594; französische Patentschriften Nr. 636 256, 867 805 920 562; britische Patentschrift Nr. 677 019; USA.-Patentschrift Nr. 2 148 243; »National Bureau of Standards, Technical News Bulletin«, Vol. 34, Nr. 12, S. 169.

    In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 924 361.