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Elektromagnetische Schaltkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Schaltkupplung, insbesondere eine Klauenoder Zahnkupplung, die für Anwendungszwecke geeignet ist, wo eine verhältnismässig grosse Differenz hinsichtlich der Massenkräfte und der relativen Drehgeschwindigkeit zwischen den drehbar zu verbindenden treibenden und angetriebenen Teilen besteht.
Normalerweise lässt sich eine Klauen-oder Zahnkupplung einer relativ schweren Belastung nicht leicht anpassen, besonders dort wo eine relativ hohe Differenz hinsichtlich der Massenkräfte zwischen den zu verbindenden treibenden und getriebenen Teilen besteht und wo auch ein verhältnismässig grosser Unterschied in den Umdrehungszahlen zwischen den nicht verbundenen treibenden und getriebenen Teilen vorhanden ist. Unter gewissen Umständen ist es möglich, eine Mehrzahl verhältnismässig kleiner Kupplungszähne zu benutzen und sie anfangs ausser Eingriff zu halten oder überspringen zu lassen, aber bei relativ grossen Un- terschieden in den Trägheitsmomenten der treibenden und getriebenen Teile ist der Eingriffsstoss gewöhnlich zu hoch, und dies führt zu einer Abnutzung der Zähne während des Eingriffes.
Um solchem Verschleiss zu begegnen, ist es gewöhnlich notwendig, teuere Spezialmetalle zu verwenden oder die Kupplungszähne in irgend einer andern Weise zu verstärken, um den zusätzlichen Verschleiss auf ein Mindestmass herabzusetzen.
Eine Schaltkupplung, wie sie von der Erfindung vorgesehen wird, vermeidet diese Schwierigkeiten und ist besonders an die Verwendung mit einer Belastung von relativ hohen Massenkräften angepasst, wo auch eine ziemlich grosse Differenz in der Umdrehungszahl zwischen der Last und dem Drehantrieb für die Kupp- lung besteht ; dadurch kann nach Eingriff der Kupplungszähne oder-klauen eine beträchtliche Belastung über diese Zähne aufgebracht werden, die zur Beschleunigung der grossen Trägheitsbelastung notwendig ist.
Es wurde bereits der Versuch unternommen, dem oben angeführten Mangel zu begegnen, indem parallel zu der Klauenkupplung eine nachgiebige Kupplung geschaltet wurde. die eine Synchronisation der beiden Klauen herbeiführen soll, ehe die Klauen in Eingriff gebracht werden. Beispielsweise wurde eine Reibungskupplung und eine davon getrennte, parallel angeordnete Klauenkupplung vorgesehen, die nach einer vorbestimmten Grösse der Verschiebung des beweglichen Teiles der Reibungskupplung wirksam wird.
Zweck dieser bekannten Einrichtung ist es, während des Eingriffsvorganges nicht die gesamte Last auf die Übertragungsorgane einwirken zu lassen. Diese Einrichtungen sind aber sehr kompliziert und schwer und vor allem wegen der parallelen Anordnung störungsanfällig. Die Reibungskupplungen unterliegen nämlich starkem Verschleiss, was auch ein häufiges Nachstellen des Eingriffsmechanismus bedingt.
Das Hauptziel der Erfindung besteht nun darin, eine Schaltkupplung zu schaffen, die ein elastisches Drehmomentübertragungsglied zwischen ihrer Eingangs- und Ausgangsenergie in solcher Anordnung aufweist, dass nach Eingriff der Kupplung und dementsprechend Widerstand am Austritt bedingt durch Belastungsmassenkräfte die Kupplungszähne für einige Umdrehungen in. Eingriff gebracht werden können, bevor die Last über die Zähne aufgebracht wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer solchen Kupplung einschliesslich eines elektromagnetischen Schaltmittels, worin das Ankerglied und die zugehörigen beweglichen Kupp- lungszähne verhältnismässig leicht im Gewicht und in der Konstruktion sein können, so dass nur ein Elektromagnet von verhältnismässig kleiner Kraftaufnahme benötigt wird ; ausserdem soll die Kupplung in der Lage sein, eine Last von verhältnismässig hohem Trägheitsmoment an einen Antrieb anzuschalten, der mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit in bezug auf die Last umläuft.
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Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Kupplung gemäss der Erfindung. Sie zeigt einen Teil einer getriebenen Last im Aufriss und schematisch einen geeigneten Träger zur Halterung des Elektromagneten gegen Drehung. Fig. 2 ist eine etwas schematische Aufrissdarstellung der elastischen Spiralfederverbindung zwischen der Scheibe und dem Eingangsglied der Kupplung. Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt ähnlich Fig. l durch eine abgewandelteKonstruktion einer Kupplung gemäss der Erfindung.
Die Zeichnung erläutert bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. In Fig. 1 ist der Eingang in die Kupplung als Doppelrillenscheibe oder Riemenscheibe 10 wiedergegeben, die in geeigneter Weise, z. B. durch Hartverlötung bei 12, auf eine Trägerhülse 14 festgelegt ist, welche auf den äusseren Lagerringen eines Kugellagerpaares 15 montiert ist. Die Innenringe dieser Kugellager sind wiederum auf einem abgetriebenen Teil oder einer Welle 17 angebracht, die durch einen geeigneten Haltesprengring 18 an Ort und Stelle und durch einen weiteren Haltesprengring 19 in Abstand voneinander gehalten werden. Der Träger 14 wird von einem napfförmigen Eingangsteil 20 umschlossen, der auf dem Teil 14 frei drehbar gelagert ist, und ein geeigneter Haltering 21 sichert den Teil 20 gegen axiale Verschiebung gegenüber dem Teil 14.
Die Antriebsverbindung zwischen Scheibe 10 und Eingangsteil 20 wird durch einen schalenförmigen Teil 24, der an der Innenseite der Scheibe 10 in geeigneter Weise, z. B. durch Hartlötung oder Verscheel- ssung, gesichert ist, geschaffen, und eine Spiralbandfeder 25 ist an ihren beiden Enden, z. B. mittels Nieten 26 (Fig. 2) an die Schale 24 und an die Eingangshülse20 angeschlossen. Diese Anordnung ergibt eine elastische Verbindung mit begrenztem Spiel zwischen der Eingangsscheibe und dem Eingangsteil 20. Ein Elektromagnet, der das zweistückige Aussengehäuse 30 besitzt, welches zugleich das Induktionsfeld bestimmt, umgibt das vorstehende Ende des Eingangsteiles 20 und erstreckt sich axial hiezu.
Innerhalb des Gehäuses 30 ist eine Erregerspule 32 mit einem geeigneten Anschluss 33 an eine nicht dargestellte elektrische Erregerquelle untergebracht. Das. Gehäuse 30 ist an einer Tragplatte 36 gesichert, die wiederum an weiteren Haltearmen 37 befestigt sein kann, um den Magneten in seiner richtigen Stellung zu halten. In der Mitte der Tragplatte befindet sich ein büchsenartiger Lagerträger 38, der ein Kugellagerpaar 40 aufnimmt. Die inneren Laufringe der Kugellager sind auf dem abgetriebenen Teil n angebracht. Diese Lager werden durch geeignete Sprengringe 39 in ihrer Lage gehalten.
Der Anker oder das Steuerglied 45 ist ebenfalls im wesentlichen schalenförmig. Es besitzt einen zentrischen Durchbruch 46, durch den der Ausgangsteil 17 ragt. Dieser Anker wird von dem Eingangsteil 20 durch mehrere Bolzen 48 getragen, von denen einer in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Bolzen sitzen mit Presssitz am einen Ende im Eingangsteil 20 und greifen gleitbar in Bohrungen 49 im Anker. Diese Bolzen ergeben also ausser einer Lagerung eine nutenartige Antriebsverbindung zwischen Eingangsteil 20 und Anker 45. Der Anker besitzt auch geeignete Ablösebolzen 50, die in entsprechenden Bohrlöchern 52 innerhalb de Ankerfläche sitzen und über Vorspannfedern 54 gehalten werden, welche die Bolzen 50 gegen die Fläche des Eingangsteiles 20 andrücken, wodurch die Kupplung auf eine ausgerückte Normalstellung vorgespannt wird.
Die eigentlichen einkuppelnden Teile bestehen aus einem Eingangszahnkranz 55, der zweckmässig in der Fläche des Ankers 45 befestigt ist, und einem passend gezahnten Ausgangszahnkranz 57, der zweckmässig gegen eine Schulter 58 am abgetriebenen Teil 17 anliegt. Wenn nun der Elektromagnet erregt wird, wird der Anker sich im Sinne der Fig. l nach links gegen die Vorspannung der Feder 54 bewegen, und die Zahnkränze 55 und 57 treten in Eingriff, um die erforderliche Antriebsverbindung herzustellen.
Der abgetriebene Teil 17 besitzt eine sich verjüngende Bohrung 60 mit einem Keilschlitz 62. Diese kann eine komplementär verjüngte Welle 65 einer zu treibenden Last aufnehmen. Diese Welle 65 besitzt eine übliche Keilnut 66 zur Aufnahme des Treibseiles 68 und ferner an ihrem Aussenende eine abgestufte Bohrung 70 zur Aufnahme des Bolzens 72, der durch den abgetriebenen Teil 17 geführt ist, um diese Teile in Antriebsverbindung zu halten.
Gemäss der Zeichnung ist die Welle 65 an eine geeignete Ausgangslast 75 angeschlossen, die beispielsweise aus einem Verdrängerkompressor, einer Pumpe oder einer sonstigen anzutreibenden Lasteinrichtung von relativ grosser Trägheit bestehen kann. Nimmt man also an, dass die Eingangsscheibe 10 konstant angetrieben wird und die Schaltkupplung ausgerückt ist, so wird, wenn die Last angetrieben werden soll, der Elektromagnet durch eine nicht dargestellte geeignete Steuerung erregt, was den Anker 45 veranlasst, sich nach links zu verschieben und die Kupplungszähne in Eingriff zu bringen. Infolge des relativ hohen Trägheitsmomentes der Ausgangslast, mit welcher der Zahnkranz 57 verbunden ist, ruft dieser Eingriff des Eingangszahnkranzes 55 mit dem Ausgangszahnkranz 57 eine plötzliche Verlangsamung des letzteren und damit des Ankers 45 sowie des Eingangsteiles 20 hervor.
Wenn eine direkte Verbindung zwischen Scheibe 10
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und Eingangsteil 20 vorhanden wäre und die Scheibe 10 mit relativ hoher Geschwindigkeit getrieben sein würde, könnte diese plötzlich aufgebrachte Last dazu führen, dass die Leistungszufuhr zum Eingangszahnkranz 55 unterbrochen und dieser in Aussereingriffsstellung zurückgestossen würde. Es ist sogar möglich, dass dieser Zustand sich immer wieder einstellen kann, wodurch der Eingriff der Kupplung und die Lastaufnahme unsicher gemacht werden wurde.
Die vorliegende Konstruktion gestattet jedoch, beim Belasten der Kupplung die Leistungszufuhr zum Zahnkranz 55 mit dem Anker 45 und dem Eingangsteil 20 zu verlangsamen, da die elastische Verbindung mittels der Feder 25 eine begrenzte Relativbewegung zwischen der Eingangsscheibe 10 und dem Eingangsteil 20 gestattet. In der Praxis hat sich eine Relativbewegung von etwa 10 Umdrehungen als zufriedenstellend erwiesen, obgleich natürlich diese Relativbewegung abgewandelt werden kann, um verschiedenartigen Anforderungen zu entsprechen. Während dieser Zwischenzeitspanne speichert die Feder 25 natürlich Energie und hat das Bestreben, eine beschleunigende Kraft über die in.
Eingriff befindlichen Kupplungzähne auf die Last zu Ilbertrage. n, und dies wird zu einer richtigen Aufnahme und Beschleunigung der Last ohne unerwünschtes Aufeinanderstossen oder wiederholtes Eingreifen der Kupplungszähne führen.
Die von der Erfindung geschaffene Konstruktion gestattet die Benutzung verhältnismässig leichter Teile für die Antriebszähne und zugehörige Lagerungen bei gleichzeitiger Kosteneinsparung und verringertem Kraftbedarf für den Elektroschaltmagneten bzw. die sonstige Krafteinrichtung, die zur Steuerung der Kupplung benutzt wird. Es ist ferner hervorzuheben, dass die vorstehende Beschreibung der Eingangs-und Ausgangsteile sich in den Einzelheiten nur auf die dargestellte bevorzugte Ausführungsform bezieht. Es ist natürlich möglich, den Antriebseingang durch den Teil 17 und den Ausgang durch den Teil 20 und die elastische Verbindung 25 gehen zu lassen, wenn man die Scheibe 10 als Abtrieb benutzt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird im wesentlichen dieselbe sein, da der relativ leichte Zahnkranz 55 mit zugehöriger Lagerung, Anker und sonstigen Teilen momentan beschleunigt werden kann, wobei sie wirkungsmässig von der Ausgangslast auf der Scheibe 10 unabhängig bleiben, bis die Feder 25 genügend Energie gespeichert hat, um die Scheibe und die zugehörige Ausgangslast zu beschleunigen.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Schaltkupplungsform gemäss der Erfindung, bei der der Eingang in die Kupplung über eine Doppelrillenscheibe 110 geht, die an einem schalenförmigen Teil 111 sitzt, der durch Hartlötung bei 112 oder in sonstiger geeigneter Weise an einer Trägerhülse 114 befestigt sein kann. Diese ist auf den äusseren Laufringen eines Kugellagerpaares 115 gelagert. Die inneren Laufringe dieser Lager ruhen wiederum auf einem abget : iebenen Teil, z. B. der Welle 117, die Lager werden durch einen Sprengring 118 an ihrem Ort und durch einen weiteren Sprengring 119 in Abstand voneinander gehalten. Frei drehbar auf der Ttägerbüchse 114 und diese umschliessend ist ein schalenförmiger Eingangsteil 120 vorgesehen, der gegen Axialverschiebung auf der Büchse 114 durch einen Sperring 121 gesichert ist.
Die Antriebsverbindung zwischen dem Teillll und dem Eingangsteil120 besteht aus einer Bandspiralfeder 125, die an beiden Enden an diesen Teilen im wesentlichen in derselben Weise wie in Fig. 2 im Zu- samenhang mit der vorher beschriebenen Ausführungsform gezeigt, festgelegt ist. Die Feder 125 ergibt so eine elastische Verbindung von begrenztem Spiel zwischen der Eingangsscheibe 110 und dem Eingangsteil 120.
Der Elektromagnet besitzt ein zweistückiges Aussengehäuse 130, das zur Bestimmung des Erregerfeldes dient. Es umgibt das eine Ende des Eingangsteiles 120, dringt jedoch in axialer Richtung hievon vor und liegt in radialem Abstand von dem elektrischen Teil in. Das Gehäuse 130 ist vorzugsweise an einer Platte 131 befestigt, die in entsprechender Weise gelagert sein kann, um ihre Drehung zu verhindern. Innerhalb des Gehäuses 130 befindet sich eine Feldspule 132 mit einem geeigneten Anschluss 133 an eine elektrische Erregerquelle. Bei einer zweckmässigen Konstruktion kann diese Spule von einer 12 Volt-Gleichstromquelle gespeist werden und 35 Watt Kraft aufnehmen.
Der Anker oder der Steuerteil 145 hat ebenfalls im wesentlichen Schalenform von praktisch demselbenAussendurchmesser wie dieEingangsbüchselZO und wird von dem Magnetgehäuse 130 umschlossen. Der Anker besitzt eine zentrische Öffnung 146, durch die der abgetriebene Teil 117 ragt, und dieser Anker ist zusammen mit dem Eingangsteil 120 drehbar durch mehrere Bolzen 148 gehalten, die mit Presssitz am einen Ende im Eingangsteil 120 sitzen und gleitbar innerhalb der Bohrungen 149 im Anker geführt sind. Ausrück- federn 153, von denen eine gezeigt ist, greifen an der Stirnfläche des Eingangsteiles 120 an und sitzen in Bohrungen 154 in der gegenüberliegenden Fläche des Ankers 145. Sie besitzen eine Vorspannung, die normalerweise die Kupplung in eine ausgerückte Stellung drängt.
Die eigentlichen Kupplungsteile bestehen aus den Eingangszähnen 155, die an der Stirnfläche des Ankers 145 ausgebildet sind, und damit kämmenden Ausgangszähnec. 156 in einem Ring 157, der zweckmä - ssig an dem abgetriebenen Teil 117 mittels eines radialen Bolzens 158 befestigt ist. Wenn also der Elektro-
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3ander.
Der abgetriebene Teil 117 besitzt eine sich verjüngende Bohrung 160 mit einem Keilschlitz 162 und nimmt eine komplementär verjüngte Welle 165 der zu treibenden Last auf. Diese Welle besitzt eine Keilnut 166 zur Aufnahme eines Antriebskeiles 168 und ferner eine abgestufte Bohrung 170 am Aussenende zur Aufnahme des Bolzens 172, der durch den abgetriebenen Teil 117 geführt t. Dieser Bolzen ragt auch durch eine Verbindungsbüchse 175, deren erweiterter Kopf hinter eine Schulter 176 am Ende des abgetriebenen Teiles 117 greift und so den Ausgangsteil und die Welle 165 in treibender Verbindung hält.
Die Betätigung dieser abgewandelten Konstruktion erfolgt im wesentlichen in der im Zusammenhang mit der in Fig. l und 2 gezeigten Kupplung beschriebenen Weise. Wenn also die Scheibe 110, die Feder 125 und der Eingangsteil 120 mit relativ hoher Geschwindigkeit umlaufen und der Anker 145 sich damit ebenfalls dreht, ruft die Erregung des Elektromagneten durch eine geeignete Steuerung eine Verlagerung des Ankers 145 nach rechts hervor, wodurch die Kupplungszähne ineinandergreifen. Dies führt zu einer plötzlichen Verlangsamung des Ankers und Eingangsteiles 120 infolge der relativ hohen Trägheit der an die Welle 165 angeschlossenen Last.
Die elastische Verbindung mittels der Feder 125 ergibt jedoch eine ausreichende Relativbewegung zwischen der Scheibe 110 und dem Eingangsteil120, um den Anker und den Eingangsteil 120, die mit leichtem Gewicht gebaut sind und daher verhältnismässig niedrige Massenkräfte haben, eine ausreichende Zeitspanne langsamer werden zu lassen, um einen Eingriff der Kupplungszähne zu gestatten, ohne dass sie in unerwünschter Weise aufeinanderprallen oder wiederholt ineinander eingreifen.
Obgleich die hier beschriebene Kupplung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, versteht es sich, dass die Erfindung auf diese genaue Form nicht begrenzt ist, sondern Abänderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetische Schaltkupplung, bestehend aus einem abgetriebenen Teil, der an einer Welle befestigt und mit Kupplungszähnen versehen ist, die mit entsprechenden Zähnen m Eingriff gebracht werden können, welche an einem ständig angetriebenen rotierenden Steuerteil vorgesehen sind, indem dieser Steuerteil gegenüber dem abgetriebenen Teil durch die Wirkung eines Elektromagneten axial verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (45, 145) von einer Antriebsvorrichtung (10, 110) durch
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erteil, und anderseits eine elastische Verbindung, beispielsweise eine Spiralbandfeder (25, 125) mit der Antriebsvorrichtung aufweist.