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Mit einer Flüssigkeit gekühlte Wirbelstromkupplung Die Erfindung bezieht
sich auf eine mit einer Flüssigkeit gekühlte Wirbelstromkupplung mit zwei voneinander
getrennten, auf koaxialen Wellen gelagerten Rotoren, von welchen der eine Rotor
der Feldrotor ist und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander stehende Polstücke
aufweist, während der zweite Rotor der Induktorrotor ist und einen Trommelteil aufweist,
welcher sich in Umfangsrichtung zu den Polstücken derart erstreckt, daß sie dadurch
eingeschlossen werden.
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Bekannt ist die Verwendung von Nuten für eine flüssigkeitsgekühlte
Wirbelstromkupplung, welchen die Kühlflüssigkeit zugeführt wird.
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Bei der Wirbelstromkupplung, mit der sich die Erfindung befaßt, sind
sich quer erstreckende Nuten auf der einen Seite des Luftspalts zwischen den beiden
Rotoren in dem Trommelteil des Induktorrotors ausgebildet.
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Die Erfindung besteht in der besonderen Anordnung der Nuten. Erfindungsgemäß
erstrecken sich zwei Sätze von Nuten quer zur Innenumfangsfläche des Trommelteils
in einer schrägen Anordnung zur Drehachse der Kupplung, und die schräge Anordnung
der Nuten des einen Nutensatzes ist entgegengesetzt der schrägen Anordnung der Nuten
des anderen Nutensatzes, wobei sie aber in dem gleichen Winkel zur Drehachse der
Kupplung liegen.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Kühlen ohne ein unangenehmes Geräusch
oder Brummen und bei einem minimalen Reibungswiderstand. Dadurch, daß die beiden
Sätze der Nuten symmetrisch angeordnet sind, erreicht man, daß die Reibungskupplung
für beide Drehrichtungen verwendbar ist, weil in beiden Fällen die Kühlung gleich
gut ist.
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Die Erfindung wird im Zusammenhang mit den Figuren weiter erläutert.
Es ist Fig. 1 ein Aufriß einer Wirbelstromkupplung gemäß der Erfindung, Fig.2 im
größeren Maßstab ein Vertikalschnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1, Fig. 3 ein
Aufriß, in welchem Teile im Schnitt gezeigt sind und in einer etwas schematischen
Weise die Form und die Lage der Polstücke zum Trommelteil des Induktorrotors und
zu den Nuten für die Kühlflüssigkeit in. diesem Rotor dargestellt sind, Fig. 4 eine
Darstellung des einen Endes des Trommelteils des Induktorrotors, Fig.5 ein Schnitt
des Trommelteils nach der Linie 5-5 in der Fig. 4, Fig. 6 eine ebene Darstellung
der mit Nuten versehenen Innenoberfläche des Trommelteils.
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Die durch eine Flüssigkeit gekühlte Wirbelstromkupplung 10 weist ein
Gehäuse 11 auf, in welchem die rotierende Kupplung in Form eines Feldrotors 12 und
eines Induktorrotors 13, welche zusammenarbeiten, gelagert ist. Außerdem weist die
Kupplung 10 eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle mit einer gemeinsamen Rotationsachse
auf. Die beiden Wellen 14; 15 sind axial ausgerichtet. Auf dem Innenende der Welle
14 ist der Feldrotor 12 aufgekeilt. Auf dem Innenende der Welle 15 ist der Induktorrotor
13 aufgekeilt.
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Das Gehäuse 11 besteht aus den beiden axial in Abstand stehenden Wänden
17, 18 einer Umfangswand 19 zwischen den beiden Wänden 17, 18 und aus dem Boden
20, auf welchem die Kupplung steht. Die Wände 17, 18 sind mit den Vorsprüngen 21,
22 zur Lagerung der Kugellager 23, 24 ausgerüstet, welche zur drehbaren Lagerung
der Wellen 14; 15 dienen.
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Das Gehäuse 11 bildet eine Kammer 26, in welcher 'der Feldrotor 12
und der Induktorrotor 13 drehbar sind. Der untere Teil 26 a der Kammer 26 dient
zum Auffangen der Kühlflüssigkeit, welche dem Rotor der Kupplung zugeführt wird.
Dichtungen 28, 29 befinden sich an den Vorsprüngen 21, 22 und schließen die Wellen
14, 15 derart ein, daß keine Flüssigkeit in und durch die Lager 23, 24 fließen kann.
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Der Feldrotor 12 besteht aus den sich ergänzenden, ringförmigen Rotorstücken
oder Polstücken 31, 32, welche miteinander durch die Schrauben
33 verbunden sind und zur Lagerung der Feldwicklung 40 dienen. Der Feldrotor
12 weist eine Nabe 34 auf, durch welche der Rotor auf der Welle 14 gelagert
ist. Das
radiale, scheibenförmige Stücke 35- bildet die Verbindung
zwischen dem Polring 31 und der Nabe 34.
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Gemäß der Fig. 3 weisen die Rotorstücke 31 bzw. 32 sich axial erstreckende,
fingerförmige Vorsprünge 37 bzw. 38 auf, welche ineinandergreifen und eine ringförmige
Reihe von Polstücken 39 bilden, welche sich in Umfangsrichtung des Feldrotors 12
erstrecken.. Die axialen Vorsprünge 37 des Rotorstücks 31 bilden die eine Gruppe
der Polstücke.- Sie sind umfangsmäßig im Abstand voneinander angeordnet und erstrecken
sich zum Rotorstück-32. Ebenso bilden die axialen Vorsprünge 38 des Rotörstücks
32 die andere Gruppe der in Umfangsrichtung im Abstand voneinander stehenden Polstücke
und erstrecken sich zum Rotorstück 3.1. Die Polvorsprünge der einen Gruppe erstrecken
sich in die Räume zwischen den Polvorsprüngen der anderen Gruppe, wobei Luftspalte
36 zwischen den benachbarten Polstücken vorhanden sind.
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Der Feldrotor 12 hat `eine Erregerwicklung in Form der ringförmigen
Feldspule 40, welche sich in einer ringförmigen Ausnehmung 41 an den entsprechenden
Teilen der Rotorstücke 31, 32 befindet. Die Rotorstücke 31, 32 sind aus einem magnetisierbaren
Material, z. B. aus.- einem ferromagnetischen Material oder einer Legierung hergestellt.
Die Teile der Rotorstücke, welche die Ausnehmung oder Tasche 41 für die Lagerung
der Feldwicklung 40 bilden, stellen ebenfalls einen magnetischen Weg dar, der sich
rund um die Feldwicklung 40 erstreckt und die ineinandergreifenden Polstücke 39
einschließt. Der Feldwicklung 40 wird der- elektrische- Strom von einer Stromquelle
über die Leitungen 42 zugeführt. Die Leitungen 42 erstrecken sich von den Enden
der Feldwicklung 40 durch ein Rohr, --welches aus dem radialen Rohrteil 43 a und
dem axialen Rohrteil 43 b besteht. Der radiale Rohrteil 43a erstreckt sich durch
den Feldrotor 12, und der axiale Rohrteil 43 b befindet sich in einer axialen Nut
der Welle 14.
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Der Induktorrotor 13 besteht aus dem ringförmigen Trommelteil 45,
welcher sich rund um den Feldrotor 12 erstreckt und die Polstücke 39 und ein scheibenförmiges
Stück einschließt, welches den Trommelteil 45 hält: Das scheibenförmige Stück besteht
aus dem radialen Scheibenteil 46- und einer Mittelnabe 47, durch welche der Induktorrotor
auf der Welle 15 befestigt ist. Der Trommelteil 45 ist auf dem Umfang des scheibenförmigen
-Teils 46 befestigt und erstreckt sich in axialer Länge quer zu den Polstücken 39,
um dadurch eine magnetische- Verkettung zwischen dem scheibenförmigen Teil 46 und
den Polstücken 39 herzustellen. Der Trommelteil 45 steht durch den ring förmigen
Luftspalt 49- im Abstand von dem Umfang des Feldrotors 12. Der ringförmige Luftspalt
49 erstreckt sich zwischen den Polstücken und der ringförmigen Innenseite 50 des.
Trommelteils 45. Der Induktorrotor 13 steht durch den radial sich erstreckenden,
ringförmigen Kanal 48, der sich zwischen dem Rotorstück 32 und dem scheibenförmigen
Teil 46 befindet, im Abstand vom Feldrotor 12.
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Die Nuten 51 können- in dem Trommelteil 45 durch einen Schleifvorgang
oder einen anderen Bearbeitungsvorgang hergestellt werden: Man hat zwei Sätze von
Nuten 51 a und 51 b. Die Nuten 51 a laufen zur Drehachse der Wellen 14, 15 -unter
einem Winkel, z. B. von 45°, in der einen Richtung schräg, während die Nuten 51
b unter dem gleichen Winkel in der entgegengesetzten Richtung- zur Drehachse schräg
laufen. Die Nuten der beiden Sätze kreuzen gemäß den Fig. 3, 5 -und 6 ' einander.
Die Kreuzungsstellen 52 liegen ungefähr in der Mittelebene des Feldrotors 12. Die
beiden Nutensätze 51 a, 51 b sind in dem Trommelteil 45 so angeordnet, daß sie Verbindungsstellen
53, 54 an den gegenüberliegenden Kanten des Trommelteils 45 gemäß den Fig. 3, 5,
6 aufweisen.
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Man verwendet eine dem jeweiligen Zweck entsprechende Anzahl von Nuten.
Der in Umfangsrichtung winkelförmige Abstand der Nuten eines jeden Nutensatzes ist
in bezug auf die Anzahl der Polstücke 39 derart, daß sich die Nutenzahl von der
Polstückzahl in der ringförmigen Reihe unterscheidet. Es ist auch zweckmäßig; daß
die Nutenzahl und die Polstückzahl zueinander irrational sind; mit anderen Worten,
besteht ..der Nutensatz 51 a aus acht Nuten, welche in Umfangsrichtung in einem
winkelförmigen Abstand von 45° stehen, und werden zwölf Polstücke 39 benutzt, die
in Umfangsrichtung in einem winkelförmigen Abstand von 30 stehen, so besteht zwischen
den Nuten und den Polstücken eine irrationale Beziehung insofern, als keine der
Ziffern 8 und 12 ganzteilig durch die andere teilbar ist.
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Sind die Nuten 51 für die Kühlflüssigkeit, wie vorhergehend dargelegt,
symmetrisch zueinander in entgegengesetzten Richtungen schräg verlaufend in einer
Anzahl angeordnet, welche zur Zahl der Polstücke des Feldrotors irrational ist,
erhält man ein sanftes und ruhiges Arbeiten, der Kupplung für ihre beiden Drehrichtungen
zur Drehmomentübertragung. Sind die Nuten 51 in der Innenoberfläche 50 des Trommelteils
45 angeordnet, so liegen sie radial außerhalb des ringförmigen Luftspalts 49 derart,
daß die zentrifugale Kraft das Fließen der Kühlflüssigkeit in die Nuten und die
Nuten entlang unterstützt, wenn die Kupplung arbeitet.
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Die Kühlflüssigkeit, z. B. das Wasser, wird den Nuten 51 durch einen
Kanal zugeführt, welcher im rotierenden Teil der Kupplung vorgesehen ist und eine
Verbindung mit den Nuten hat. Im Ausführungsbeispiel wird der Kanal 48 für die Zuführung
der Flüssigkeit in die Nuten 51 benutzt, indem der Kanal rund um seine Außenkante
mit den Nuten an der Lagerstelle des Trommelteils 45 auf dem scheibenförmigen Teil
46 eine Verbindung hat. Die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit ist durch die
Pfeile 56 angegeben.
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Zur Zuführung der Kühlflüssigkeit ist auch eine ringförmige Tasche
57 vorgesehen, welche durch Wandteile des Induktorrotors 13 auf dem scheibenförmigen
Teil 46 desselben gebildet ist. Die Tasche 57 steht mit dem radial verlaufenden
Kanal 48 durch die in Umfangsrichtung im Abstand zueinander stehenden Öffnungen
58 in Verbindung und weist auf ihrer zur Wand 18 des Gehäuses 11 gerichteten Seite
einen ringförmigen Schlitz 60 auf. Die Wand 18 ist mit einer Düse 61 od. dgl. ausgerüstet,
welche mit dem ringförmigen Schlitz 60 gemäß der Fig. 2 in der Weise verbunden ist,
daß ein Teil der Düse in die Tasche 57 ragt, damit die Kühlflüssigkeit in sie gelangen
kann.
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Ferner dient zur Zuführung der Kühlflüssigkeit ein Hauptrohr 63, welches
sich von einem Flüssigkeitsbehälter, einer Pumpe od. dgl. zur Düse 61 erstreckt.
Das Hauptrohr 63 wird durch ein temperaturempfindliches Steuerventil 64 gesteuert
und weist eine gewöhnlich offene Umgehungsleitung 65 für das Ventil 64 auf.
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Das Ventil 64 arbeitet in Abhängigkeit von vorher festgelegten Temperaturänderungen
in der Kühlflüssigkeit, welche sich in dem unteren Teil 26a der Kammer 26 des Gehäuses
11 sammelt. Hierfür befindet
sich das temperaturempfindliche Organ
66 in der Sammelkammer 26a und ist über ein Rohr 68 mit einer druckempfindlichen
Einrichtung 67 zur Verstellung des Ventils 64 verbunden.
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Die Nuten 51 des Induktorrotors 13 weisen eine den jeweiligen Verhältnissen
entsprechende Tiefe und Querschnittsfläche auf, wobei die Aufnahmefähigkeit der
Nuten 51 für die Flüssigkeit jeweils größer ist als die der gewöhnlich offenen Umgehungsleitung
65.
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Beim Schalten der elektromagnetischen Kupplung 10 werden die Rotoren
12 und 13 miteinander durch den magnetischen Fluß verbunden, welcher durch die Feldwicklung
40 erzeugt wird, damit ein Drehmoment zwischen den beiden Rotoren übertragen werden
kann, wobei die hierdurch in der Kupplung erzeugte übermäßig große Wärme durch die
Kühlflüssigkeit abgeleitet wird. Ist die eingeschaltete Kupplung geringfügig belastet,
ist das Ventil 64 geschlossen und die Kühlflüssigkeit fließt durch die normalerweise
offene Umgehungsleitung 65, wobei diese Flüssigkeitsmenge ausreicht, die übermäßig
große Wärme in der Kupplung abzuleiten, so daß die Betriebstemperatur der Kupplung
innerhalb des in Frage kommenden Temperaturbereiches gehalten wird.
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Wird die Belastung für die Kupplung größer und steigt entsprechend
die Temperatur der Kühlflüssigkeit in der Sammelkammer 26a, wird von dem temperaturempfindlichen
Organ 66 auf die Einrichtung 67 zur Verstellung des Ventils ein Druck übertragen,
durch welchen das Ventil 64 geöffnet wird, worauf zusätzliche Kühlflüssigkeit durch
das Hauptrohr 63 der Kupplung zugeführt wird, damit der rotierende Teil derselben
schneller und besser abgekühlt wird. Nimmt dagegen die Belastung für die Kupplung
wieder ab und fällt entsprechend die Temperatur der Flüssigkeit in der Sammelkammer
26 a, wird das Ventil 64 durch eine Feder in der Verstelleinrichtung 67 wieder geschlossen.
Es steht dann nur noch wieder für die Kupplung die Menge der Kühlflüssigkeit zur
Verfügung, welche die Umgehungsleitung 65 liefern kann.
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Das Gehäuse 11 weist an einer hierfür geeigneten Stelle einen Auslaß
70 für die Kühlflüssigkeit auf. Ist im Betrieb die Kupplung 10 nur geringfügig belastet,
so wird sich die zugeführte Kühlflüssigkeitsmenge immer in den Nuten 51 befinden,
so daß in dem Luftspalt 49 keine Kühlflüssigkeit vorhanden ist. Infolgedessen wird,
wenn überhaupt, nur ein sehr geringfügiger, zusätzlicher Widerstand auf die sich
drehenden Teile der Kupplung wegen des Reibungswiderstandes der Kühlflüssigkeit
ausgeübt. Verschiedene andere Vorteile der Kühleinrichtung gemäß der Erfindung sind
aus der vorhergehenden Beschreibung erkennbar, so daß sie nicht wiederholt zu werden
brauchen.