DE1137272B

DE1137272B - Magnetic powder for magnetic particle clutches

Info

Publication number: DE1137272B
Application number: DEL26223A
Authority: DE
Inventors: Gunnar H Janson
Original assignee: Lear Inc
Current assignee: Lear Inc
Priority date: 1956-11-17
Filing date: 1956-11-17
Publication date: 1962-09-27

Description

Magnetpulver für Magnetpulverkupplungen Die Erfindung betrifft ein Magnetpulver für Magnetpulverkupplungen, d. h. Kupplungen, bei denen treibende und getriebene Hälfte mittels eines magnetisierbaren Pulvers kraftschlüssig verbunden werden.Magnetic powder for magnetic powder clutches The invention relates to a Magnetic powder for magnetic particle clutches, d. H. Clutches where driving and driven half positively connected by means of a magnetizable powder will.

Bei den herkömmlichen Magnetpulverkupplungen wird die treibende und die getriebene Kupplungshälfte in einem Gehäuse eingeschlossen, das das Magnetpulver, z. B. Eisenpulver, in Form von feinzerteilten magnetisierbaren Teilchen enthält. Die Teilchengröße bekannter Magnetpulver liegt zwischen 0 und 80 tt, so daß die Masse des Pulvers beinahe mehlartige Konsistenz besitzt. Im nichtmagnetisierten Zustand setzt sich das Magnetpulver durch die Schwerkraft im unteren Teil des Kupplungsgehäuses ab und neigt dazu, sich dort, insbesondere, wenn die Kupplung Erschütterungen ausgesetzt ist, zusammenzuballen und hierdurch zu einer unerwünschten kraftschlüssigen Verbindung von treibender und getriebener Kupplungshälfte zu führen, zu deren Lösung es eines erheblichen Drehmoments bedarf.With conventional magnetic particle clutches, the driving and the driven clutch half enclosed in a housing that holds the magnetic powder, z. B. iron powder, in the form of finely divided magnetizable particles. The particle size of known magnetic powder is between 0 and 80 tt, so that the The mass of the powder has an almost flour-like consistency. In the non-magnetized State, the magnetic powder settles in the lower part of the clutch housing due to gravity and tends to get there, especially if the clutch is exposed to vibrations is to bunch up and thereby to an undesirable frictional connection of driving and driven coupling halves to solve it is one thing considerable torque is required.

Die hieraus folgenden Schwierigkeiten machen sich z. B. bei Magnetkupplungen für den Servomechanismus automatischer Flugzeugsteuerungen besonders unangenehm bemerkbar, da dort - vor allem bei Düsenflugzeugen - die Kupplung in äußerst kurzen Intervallen ein- unrd ausgerückt werden muß.The following difficulties arise z. B. with magnetic couplings particularly uncomfortable for the servomechanism of automatic aircraft controls noticeable because there - especially with jet planes - the clutch is extremely short Intervals must be disengaged.

Bei automatischen Flugzeugsteuerungen ist es außerdem besonders wichtig, daß in Notfällen der Pilot die automatische Steuerung übersteuern kann. Im allgemeinen sind die die Leitflächen betätigenden Kabel an Winden angeschlossen, die die Ausgangsseite der Servokupplungen bilden, während andere derartige Kabel mit dem Steuerknüppel des Piloten und anderen Steuerungen am Führersitz dauernd verbunden bleiben. Auf diese Weise kann in Notfällen der Strom zu den Kupplungen unterbrochen und das Flugzeug vom Piloten von Hand gesteuert werden, wobei sich die Winden bei einer Bewegung der Kabel frei ,drehen. Ist jedoch die Kupplung infolge der Zusammenballung des Magnetpulvers »eingefroren«, kann es sein, daß der Pilot keine ausreichende Kraft auszuüben vermag, um die kraftschlüssige Verbindung der Kupplungshälften zu beseitigen, und das Flugzeug hierdurch aus der Kontrolle gerät.In the case of automatic aircraft controls, it is also particularly important that in emergencies the pilot can override the automatic steering. In general the cables that actuate the control surfaces are connected to winches, the output side of the servo couplings, while others form such cables with the joystick the pilot and other controls in the driver's seat remain permanently connected. on In this way, the power to the couplings and the aircraft can be interrupted in an emergency be controlled manually by the pilot, with the winches moving with one movement the cable free, rotate. However, if the clutch is due to the agglomeration of the Magnetic powder "frozen", it may be that the pilot does not have sufficient strength able to exercise in order to eliminate the frictional connection of the coupling halves, and the aircraft gets out of control.

Gewöhnlich läßt man ferner bei einem automatischen Steuerungs-Servomechanismus den elektrischen Kupplungsmotor kontinuierlich laufen, wenn die Steuerung eingeschaltet ist, und das An- und Abkuppeln des Motors an das bzw. von dem gesteuerten Organ, z. B. ein Querruder, erfolgt durch Erregen oder Entregen der zu der in Frage kommenden Fläche gehörigen Kupplung. Solange der Kupplungsmotor läuft, geht die Zusammenballung des Magnetpulvers im allgemeinen noch verhältnismäßig langsam vonstatten. Nun kann aber bei laufenden Flugzeugmotoren die automatische Steuerung abgeschaltet sein, z. B. wenn das Flugzeug am Boden bewegt wird oder während Start und Landung, und dann infolge der auf die Kupplung einwirkenden Erschütterungen. sich das Magnetpulver in sehr kurzer Zeit in erheblichem Ausmaß zusammenballen. Dies kann so weit führen, daß das Drehmoment des Kupplungsmotors nicht ausreicht, die Kupplung auszurücken.An automatic control servomechanism is also usually left with the electric clutch motor run continuously when the controller is switched on is, and the coupling and uncoupling of the motor to and from the controlled device, z. B. an aileron, is done by energizing or de-energizing the to the in question Area belonging coupling. As long as the clutch motor is running, the agglomeration continues of the magnetic powder generally still proceed relatively slowly. Well can but the automatic control must be switched off when the aircraft engines are running, z. B. when the aircraft is moving on the ground or during take-off and landing, and then as a result of the vibrations acting on the coupling. the magnetic powder aggregate to a considerable extent in a very short time. This can go so far that the torque of the clutch motor is insufficient to disengage the clutch.

Es ist bekannt, dem Magnetpulver, z. B. Eisenpulver, Graphit oder ein trockenes Gleitmittel gleicher Eigenschaften beizufügen. Während das Schmieren der Teilchen wünschenswert ist, zeigte es sich jedoch, daß das Problem .der Zusammenballung des Magnetpulvers durch die Anwendung trockener Gleitmittel nicht beseitigt wird. Außerdem verringert die Anwendung von Graphit und ähnlichen Stoffen, die eine nichtmagnetische Abgrenzung zwischen den Eisenteilchen bilden, die Wirksamkeit der Kupplung in beachtlichem Ausmaß, da der Widerstand des magnetischen Kreises wesentlich erhöht wird. Ferner ist bereits ein verbessertes Magnetpulver, bestehend aus Eisenpulver und einer darin enthaltenen Nickeleinlage, bekannt, bei dem die Teilchen als eine Masse wirksam werden; die einen Reibungskoeffizienten besitzt, der kleiner ist als derjenige der reinen Eisenteilchen, ohne jedoch die Permeabilität .der Eisenmasse zu verschlechtern. Auch bei einem solchen Pulver treten aber noch immer auf die Zusammenballung zurückzuführende Schwierigkeiten auf.It is known that the magnetic powder, e.g. B. iron powder, graphite or add a dry lubricant with the same properties. While smearing of the particles is desirable, it has been found that the problem of agglomeration of the magnetic powder is not removed by the application of dry lubricants. It also reduces the use of graphite and similar substances, which are non-magnetic Form the demarcation between the iron particles, the effectiveness of the coupling in considerable Extent because the resistance of the magnetic circuit is increased significantly. Further is already an improved magnet powder, consisting of iron powder and one in it contained nickel insert, known in which the particles act as a mass will; which has a coefficient of friction smaller than that of pure iron particles without, however, impairing the permeability of the iron mass. Even with such a powder, however, the agglomeration still occurs Difficulties arise.

Hauptziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Magnetpulvers für Magnetpulverkupplungen, das für ausgedehnte - Zeitspannen entmagnetisiert bleiben kann, ohne sich in nennenswertem Umfang zusammenzuballen.The main object of the invention is therefore to provide a magnetic powder for magnetic particle clutches that remain demagnetized for extended periods of time can without clumping to any significant extent.

Dieses Ziel wird erreicht mit einem Magnetpulver für Magnetpulverkupplungen, bestehend aus einer Mischung von feinzerteilten magnetischen Teilchen, vorzugsweise aus Eisen, mit feinzerteiltem Graphit, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, däß der Graphit in kolloidaler Form in einem alkydharzhaltigen Bindemittel suspendiert ist.This goal is achieved with a magnetic powder for magnetic particle clutches, consisting of a mixture of finely divided magnetic particles, preferably made of iron, with finely divided graphite, which is characterized according to the invention is that the graphite is in colloidal form in an alkyd resin-containing binder is suspended.

Ausgedehnte Versuche ergaben, daß Graphit in der herkömmlichen trockenen Blättchenform nicht zu Ergebnissen führt, wie sie mit dem Magnetpulver nach der Erfindung erreicht werden, was darauf zurückzuführen sein dürfte, daß die Blättchen gleich groß oder kleiner als die von ihnen zu überziehenden Eisenteilchen sind, so daß der Graphit nicht jedes Teilchen umgeben und die Kohärenz derselben unterbinden kann. Obwohl die Zusammenballung des Eisenpulvers mikroskopisch noch nicht völlig geklärt ist, ist anzunehmen, daß die Eisenteilchen, da sie keine vollkommenen Kugeln sind, dazu neigen, sich in einer Art Schwalbenschwanzverbindung zusammenzuschließen und makroskopisch als eine feste Masse wirksam werden. Wird Graphit in kolloidaler Form einem harzhaltigen Bindemittel beigesetzt, sind die Graphitteilchen an sich nicht nur von der gleichen oder einer kleineren Größenordnung als die Eisenteilchen, sondern werden auch infolge des flüssigen Bindemittels veranlaßt, an den Eisenteilchen über deren gesamte Oberfläche anzuhaften, und heben hierdurch die Neigung zum Zusammenballen praktisch vollständig auf.Extensive tests have shown that graphite in the conventional dry Leaflet shape does not produce results like those with the magnetic powder after the Invention can be achieved, which is likely to be due to the fact that the leaflets are the same size or smaller than the iron particles to be coated by them, so that the graphite does not surround every particle and prevent the coherence of the same can. Although the agglomeration of the iron powder is not yet complete under the microscope has been clarified, it is to be assumed that the iron particles, since they are not perfect spheres tend to join together in a kind of dovetail joint and act macroscopically as a solid mass. Will graphite in colloidal The graphite particles themselves are added in the form of a resinous binder not only of the same or a smaller size than the iron particles, but are also caused by the liquid binder on the iron particles to adhere over their entire surface, thereby increasing the tendency to clump together practically completely.

Als weiteres Bindemittel für den Graphit dient vorteilhaft Naphtha. Beispielsweise weist eine praktische Dispersion von kolloidalem Graphit in einem alkydharzhaltigen Bindemittel 39 Gewichtsprozent Graphit in kolloidaler Form, 46 Gewichtsprozent Lösungsmittel, z. B. Naphtha, und 15 Gewichtsprozent mit einem C51 mittlerer Kettenlänge modifiziertes Alkydharz, von dem ungefähr 37 % Phthalsäureanhydrid sein können, auf. Bei der Zubereitung des Magnetpulvers wird im wesentlichen das gesamte Lösungsmittel durch Wärme ausgetrieben, worauf die Harzkörperchen ein Bindemittel für den Graphit werden.Naphtha is advantageously used as a further binder for the graphite. For example, it has a practical dispersion of colloidal graphite in one alkyd resin binder 39 percent by weight graphite in colloidal form, 46 Weight percent solvent, e.g. B. naphtha, and 15 weight percent with a C51 Medium chain modified alkyd resin, approximately 37% of which is phthalic anhydride can be on. When preparing the magnetic powder, this is essentially the case All the solvent is driven off by heat, whereupon the resin particles become a binder for the graphite will be.

Als Eisenpulverzusatz kann eine handelsübliche flüssige kolloidale Graphit-Harz-Dispersion mit 501/o festen Bestandteilen und einem Bindemittel aus Alkydharz und aromatischem Naphtha (Flammpunkt 28° C; Destillation: Beginn 131° C, Abschluß 178° C; Kauri-Butanol 86) verwendet werden. Zu ihren Vorteilen gehören: Gleitfähigkeit, Widerstand t gegen hohe Temperaturen, Rostbeständigkeit, kolloidale Abmessungen, chemische Trägheit, gute Wärmeleitfähigkeit und Diamagnetismus. Die magnetisierbaren Teilchen der Mischung weisen folgende Teilchengrößen auf: Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Teilchen von maximal 80 u, Größe verwendet.A commercially available liquid colloidal graphite resin dispersion with 501 / o solid components and a binder made of alkyd resin and aromatic naphtha (flash point 28 ° C; distillation: start 131 ° C, end 178 ° C; kauri-butanol 86) can be used as iron powder additive will. Its advantages include: lubricity, resistance to high temperatures, rust resistance, colloidal dimensions, chemical inertness, good thermal conductivity and diamagnetism. The magnetizable particles of the mixture have the following particle sizes: According to the preferred embodiment of the invention, particles with a maximum size of 80 microns are used.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen 80 Gewichtsprozent des Pulvers aus Teilchen von 4 bis 10 #t Größe, während der Rest Teilchen von im wesentlichen 10 bis ungefähr 40 #t Größe und nicht mehr als ungefähr 1 °/o Teilchen zwischen 40 und 80 #t Größe sind.In a further embodiment of the invention there is 80 percent by weight of the powder consists of particles of 4 to 10 #t in size, while the remainder is particles of im substantially 10 to about 40 #t in size and no more than about 1% particles are between 40 and 80 #t in size.

Die im allgemeinen kleineren Teilchen des 20%-Zusatzes füllen die Zwischenräume zwischen den größeren Teilchen der Hauptmasse aus, wodurch die Homogenität des Pulvers erhöht und seine magnetische Permeabilität gesteigert werden. Versuche mit einem Kupplungsstrom zwischen 4 und 8 mA zeigten, daß hierdurch das Ausgangsdrehmoment um ungefähr 15% erhöht werden kann.The generally smaller particles of the 20% additive fill the mold Gaps between the larger particles of the main mass, making the homogeneity of the powder and its magnetic permeability can be increased. try with a clutch current between 4 and 8 mA showed that this increases the output torque can be increased by about 15%.

Vorteilhafterweise werden die magnetischen Teilchen zunächst in an sich bekannter Weise mit Nickel überzogen, da hierdurch die Oxydation des Pulvers unter Wärmeeinfluß und eine nachfolgende Verkleinerung der Drehmomentabgabe vermieden werden. Die Einlagerung von Nickel erfolgt vorzugsweise in einem Legierungsvorgang und nicht durch Galvanisierung; da im letzteren Falle die Reibung zwischen den Teilchen ,den 1.7berzug möglicherweise abreibt und die Teilchen verhältnismäßig ungeschützt gegen Korrosion beläßt. Jedoch kann, was die Erfindung betrifft, die Nickeloberfläche entfallen, da die kolloidale Graphitdispersion ihre Vorteile unabhängig von einer Änderung der physikalischen Eigenschaften des Eisenpulvers gewährleistet.Advantageously, the magnetic particles are initially in on is known to be coated with nickel, as this results in the oxidation of the powder avoided under the influence of heat and a subsequent reduction in torque output will. The incorporation of nickel is preferably carried out in an alloying process and not by electroplating; because in the latter case the friction between the particles , the coating may rub off and the particles relatively unprotected left against corrosion. However, as far as the invention is concerned, the nickel surface omitted, since the colloidal graphite dispersion has its advantages independent of any Change in the physical properties of the iron powder guaranteed.

Zur Zubereitung des Magnetpulvers wird beispielsweise die angegebene kolloidale Graphitdispersion in einer Menge von 10 % des Gesamtgewichts der Pulvermasse mit Trichloräthylen auf 500 cms verdünnt und über 450 g Eisenpulver gegossen. Das Gemisch wird gründlich durchgerührt, um die vollständige Verteilung der Dispersion sicherzustellen. In manchen Fällen kann es notwendig sein, mehr Tri-Chloräthylen zuzufügen, um ein richtiges Befeuchten aller Teilchen zu erzielen. Das Gemisch wird dann auf 66° C erhitzt, bis es trocken ist, wobei gelegentlich gerührt wird, um ein Festbacken zu verhindern Nach dem Trocknen werden etwa übriggebliebene Stücke zerbrochen. Sodann wird das Gemisch durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 1,8 mm gesiebt und 1 Stunde lang in einem Mischer gesiebt, worauf es auf 205° C erhitzt und 1 Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten wird: Dieses Zubereitungsverfahren für das Magnetpulver ist aber nicht Gegenstand der Erfindung.For the preparation of the magnetic powder, for example, the specified colloidal graphite dispersion in an amount of 10% of the total weight of the powder mass diluted with trichlorethylene to 500 cms and poured over 450 g iron powder. That Mixture is stirred thoroughly to ensure complete distribution of the dispersion to ensure. In some cases it may be necessary to use more tri-chloroethylene to achieve proper wetting of all particles. The mixture will then heated to 66 ° C until dry, stirring occasionally to to prevent sticking.After drying, any leftover pieces will be removed broken. The mixture is then passed through a 1.8 mesh sieve Sifted mm and sifted in a blender for 1 hour, after which it was heated to 205 ° C and held at this temperature for 1 hour: This method of preparation but for the magnetic powder is not the subject of the invention.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestelltes Magnetpulver wurde in einer Magnet-Pulverkupplung geprüft, deren Welle vertikal gehalten wurde, eine Lage, bei der normalerweise das Pulver am stärksten zu Zusammenballungen neigt. Während der Versuche wurde die Kupplung Erschütterungen einer Frequenz zwischen 5 und 300 Hz ausgesetzt und wurden das Abreiß- und Durchziehdrehmoment gemessen.Magnetic powder produced according to the method described above was tested in a magnetic powder clutch, the shaft of which was held vertically, a position where the powder is usually most prone to agglomeration. During the tests, the clutch was vibrated at a frequency between 5 and 300 Hz and were exposed to the tear-off and pull-through torque measured.

In der Zeichnung ist das Abreißdrehmoment in Abhängigkeit von der Frequenz der Erschütterungen aufgetragen, das sich einmal mit einem herkömmlichen nickelüberzogenen Eisenpulver, ein andermal mit dem Magnetpulver nach der Erfindung ergab. Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, daß das Abreiß:drehmoment, d. h. das Drehmoment, das erforderlich ist, um den angetriebenen Teil mit Bezug auf den antreibenden Teil zu bewegen, nachdem beide zunächst stillstehen und das Pulver zusammengeballt ist, bei dem Magnetpulver gemäß der Erfindung kleiner ist als bei dem herkömmlichen Pulver. Ähnlich lagen die Verhältnisse hinsichtlich des Durchziehdrehmomentes, d. h. das Drehmoment, das erforderlich ist, um den angetriebenen Teil mit Bezug auf den antreibenden Teil nach dem Abreißen, jedoch bei entregter Kupplung in Drehung zu halten.In the drawing, the breakaway torque is plotted as a function of the frequency of the vibrations, which resulted once with a conventional nickel-coated iron powder and another time with the magnetic powder according to the invention. A comparison of the two curves shows that the tear-off torque, ie the torque that is required to move the driven part with respect to the driving part after both have initially come to a standstill and the powder has agglomerated, in the case of the magnetic powder according to the invention is smaller than the conventional powder. The situation with regard to the pull-through torque was similar, i.e. H. the torque required to keep the driven part rotating with respect to the driving part after the breakaway, but with the clutch de-energized.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Magnetic powder for magnetic particle clutches, consisting from a mixture of finely divided magnetizable particles, preferably from Iron, with finely divided graphite, characterized in that the graphite in colloidal Form is suspended in an alkyd resin binder.

2. Magnet powder after Claim 1, characterized in that .that as a further binder for the graphite Naphtha is used.

3. Magnetic powder according to claims 1 and 2 with magnetizable particles of different grain sizes, characterized in that the magnetizable particles have the following particle size:

4. Magnetic powder according to Claims 1 and 2 with magnetizable particles of different grain sizes, characterized in that the magnetizable particles have the following particle size:

5. Magnetic powder according to Claims 1 and 2 with magnetizable particles of different grain sizes, characterized in that the magnetizable particles have the following particle size:

References considered: British Patent Nos. 677 534, 730 930; U.S. Patent No. 2,661,825; Zeitschrift "Maschinenbautechnik", 1954, Issue 8, August 1954, article "Magnetöl- und Magnetpulver-Couplings", pp. 398, 399 and 40.i.