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Elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung oder -bremse
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mitdungsgemässenAusführung eigene schnelle Schaltbarkeitzu erzielen, die insbesondere bei Schal : kupp1un - gen für schnell umschaltbare Werkzeugmaschinengetriebe von Bedeutung ist.
Bei einer elektromagnetisch betätigten Lamellenkupplung der bisher bekannten Art mussten, um den
Kraftfluss zu unterbrechen, die Lamellen durch Federelemente od. dgl. so weit voneinander abgehoben werden, dass auch über einen eventuellen Ölfilm kein Leerlaufmoment übertragen wird. Werden zwischen den Lamellen Rollen angeordnet, wie es gemäss der Erfindung vorgeschlagen wird, so ist lediglich die An- presskraft aufzuheben ; bei einer Berührung zwischen den Wälzkörpern und den Lamellen wird nämlich ohne äussere Kräfte kein oder nur ein sehr geringes Leerlaufmoment übertragen, so dass in diesem Fall die Lüft- wege klein gehalten werden können. Zum Vergleich sei angeführt, dass der kleinste-Lüftweg bei einer bisher üblichen elektromagnetischen Kupplung von bestimmter Type 3 mm ist.
Bei der erfindungsge- mässen Ausbildung einer Kupplung der gleichen Type konnte der Lüftweg auf 0,9 mm herabgesetzt wer- den, wobei das Leerlaufmoment nur den halben Wert gegenüber jenem bei der Kupplung mit dem Lüft- weg von 3 mm aufweist. Das Drehmoment wird unmittelbar in Abhängigkeit des Druckes und der damit verbundenen Anpresskraft aufgebaut, da infolge der Verkürzung des Lüftweges der elektromagnetische
Kraftschluss voll und sogleich zur Wirkung kommt.
Ausserdem tritt bei der vorschlagsgemässen elektromagnetisch betätigten Lamellenkupplung oder - bremse gegenüber den bisher bekannten Lamellenkupplungen eine wesentlich geringere Wärmebelastung auf. Die Lamellen lieben nämlich bei Reibschluss nicht mehr aneinander an, sondern sie berühren ledig- lich einen Teil der Mantelfläche der Rotationskörper. Das Kühlmittel - und sei es nur Luft - kann also in jedem Betriebszustand fast ungehindert zwischen den Lamellen hindurchströmen und die anfallende Wärme abführen. Um eine besonders gute Kühlung an den Reibflächen der Lamellen und der Wälzkörper zu er- zielen, ist vorgesehen, in an sich bekannter Weise im Magnetkörper der Kupplung oder einem andern Bau- teil Kanäle zur Zuführung eines Kühlmittels anzuordnen.
Ausserdem können die Wälzkörper in einer den
Durchfluss des Kühlmittels fördernden Art ausgerichtet werden. In vielen Fällen wird Luft als Kühlmittel ausreichend sein, bei besonders hochbelasteten Kupplungen kann jedoch auch Öl als Kühl- und Schmier- mittel verwendet werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Ausführung, insbesondere als Trockenlaufkupplung mit Luftkühlung empfiehlt es sich bei Wälzkörpern aus Stahl, die Lamellen aus Sinterbronze od. dgl. herzu- stellen oder mit einem Asbestreibbelag oder ähnlichen zu versehen, um die Notlaufeigenschaften zu verbessern. Ausserdem wird dadurch ein hoher Verschleisswiderstand bei sehr geringer Leerlaufreibung erzielt. Auch wird durch eine derartige Reibpaarung die Griffigkeit verbessert, so dass das von der Kupplung zu übertragende Drehmoment sehr schnell aufgebaut werden kann und eine gute Schaltgenauigkeit zu erzielen ist.
Des weiteren ist vorgesehen, die erfindungsgemässe Lamellenkupplung oder-bremse mit einer an sich bekannten Nachstellvorrichtung zur selbsttätigen Nachstellung des Restluftspaltes zwischen Anker und Magnetkörper zu versehen. Dadurch kann ein eventueller Verschleiss an den Reibflächen oder an den Wälzkörpern ausgeglichen werden. Der Nachstellvorrichtung kommt beim Erfindungsgegenstand insofern noch besondere Bedeutung zu, da der Lüftweg verhältnismässig genau für den raschen Reibungsschluss der Lamellen einzustellen ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind an Hand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Hiebei zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine gemäss der Erfindung ausgebildete, elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung und Fig. 2 drei Ausführungsformen des die Wälzkörper führenden Käfigs.
Nach Fig. 1 ist mit einer Welle 1 über eine Passfeder 23 ein Magnetkörper formschlüssig verbunden, der aus dem Spulenträger 2 und der Spule 3 besteht. Auf einem Teil der Aussenmantelfläche des Spulenträgers 2 ist die Mitnehmerverzahnung 4 der Innenlamellen 5 angeordnet. Ausserdem trägt der Spulenträger 2 einen Ring 6, auf dem der Schleifring 7 für die Stromzuführung angebracht ist und der als Lamellenwiderlager dient. Eine derartige Zweiteilung des Magnetkörpers hat den Vorteil, dass die Mitnehmerverzahnung 4 für die Innenlamellen 5 ohne Behinderung und ohne besondere Fertigungsverfahren auf einfache Art hergestellt werden kann. Die Abtriebsseite der Kupplung wird von dem Kupplungskörper 8 mit dem Mitnehmer 9 für die Aussenlamellen 10 gebildet.
Der Anker besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem ferromagnetischen Innenring 11, einem Bronze-Zwischenring 12 und einem ferromagnetischen Aussenring 13. Der unmagnetische Zwischenring 12 verhindert somit den Übergang von magnetischen Kraftlinien aus dem Ankerinnenring 11 zu dem Ankeraussenring 13. Um besonders guteTrockenlaufeigenschaften zu erzielen, kann als Werkstoff für den Ankerzwischenring 12 Lagermetall, vorzugsweise Bronze, verwendet werden. Ausserdem ist, um die
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Anpresskraft auf die Lamellen wirken zu lassen, der Ankeraussenring 13 auf seiner den Lamellen 5, 10 zu- gekehrten Seite mit einem Bund 14 versehen. Durch die Sperrklinken 15 wird in an sich bekannter Weise im Zusammenwirken mit den Ankerringen 11, 12 die selbsttätige Nachstellung des Ankeraussenringes 13 erreicht.
Der aus der Ringen 11, 12, 13 bestehende Anker ist mittels einer Bronzebüchse 16 auf der Welle 1 ge- lagert und gegen Ablaufen durch einen Sprengring 17 gesichert. Durch die Bronzebüchse 16 werden für einen Trockenbetrieb ausreichende Notlaufeigenschaften erzielt und gleichzeitig wird auch der Streuung der magnetischen Kraftlinien entgegengewirkt.
Zwischen den Innenlamellen 5 und den Aussenlamellen 10 sind Käfige 20 angeordnet, die, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, mit Ausnehmungen 22 versehen sind. In diesen Ausnehmungen 22 sind Rollen 21 eingesetzt, deren Rotationsachsen 26 mit der Bewegungsrichtung 25 einen Winkel cx bilden, der kleiner ist als 900. Um die Lamellen 5, 10 und die Rollen 21 unter einer geringen Vorspannung zu halten, ist zwi- schen dem Lamellenpaket und dem als Lamellenwiderlager dienenden Ring 6 eine Tellerfeder 24 einge- setzt. Zur Zuführung eines Kühlmittels, insbesondere von Luft, sind in dem Spulenträger 2 Kanäle 18, 19 angeordnet, durch die das Kühlmittel zu den Reibflächen strömen kann.
Die Wirkungsweise einer elektromagnetisch betätigten Lamellenkupplung gemäss der Erfindung beruht darauf, dass beim Erregen der Spule 3 sich ein magnetisches Feld ausbildet, dessen Kraftlinien auf den
Anker-Innenring 11 wirken und diesen an den Spulenträger 2 ziehen. Diese Bewegung wird über den Zwi- schenring 12 auf-den Anker-Aussenring 13 übertragen, der über seinen Bund 14 die Lamellen 5, 10 gegen die durch den Käfig 20 drehbar und unverschiebbar geführten Rollen 21 presst.
Die Innenlamellen 5, die über die Mitnehmerverzahnung 4 angetrieben werden, setzen dabei die Rollen 21 in Bewegung, so dass sich diese auf den jeweils zugeordneten Aussenlamellen abwälzen. Infolge der Schräglage der Rollen 21 zur Bewegungsrichtung 25 der umlaufenden Teile führen sie jedochkeine reine Rollbewegung aus, sondern zugleich auch eine Gleitbewegung, so dass zwischen den Rollenmantelflächen und den Lamellen Reibung entsteht. Diese bewirkt, dass die Aussenlamellen 10 mitgenommen werden und somit eine Kraftübertragung stattfindet. Die Gleitbewegung ist dabei abhängig von der Grösse des Winkels ct zwischen den Rotationsachsen 26 der Rollen 21 und der Bewegungsrichtung 25, sowie vor allem von der auf die Lamellen wirkenden Anpresskraft.
Die Nachstelleinrichtung 15 bewirkt in an sich bekannter Weise, dass die gesamte elektromagnetisch erzeugte Anpresskraft am Lamellenpaket zur Wirkung kommt. Durch Steuerung dieser Anpresskraft ist das durch Reibschluss von den Lamellen 5, 10 und den Rollen 21 übertragende Drehmoment einstellbar, so dass die erfindungsgemässe Kupplung in vorteilhafter Weise auch als Schlupfkupplung verwendet werden kann.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung oder-bremse mit ausserhalb des Einflussbereiches des wirksamen magnetischen Kraftflusses angeordneten Lamellen und einem vorzugsweise auf einer Büchse aus unmagnetischem Werkstoff, beispielsweise Bronze, axial verschiebbar gelagerten Anker, gekennzeichnet durch die an sich bekannten Merkmale, dass zwischen den einander zugeordneten Reibflächen der Lamellen (5, 10) um eine Achse (26) drehbare Wälzkörper, beispielsweise Rollen (21) od. dgl., angeordnet sind, dass die Rotationsachsen der Wälzkörper mit der Bewegungsrichtung (25) der umlaufenden Kupplungsteile jeweils einen von 90 unterschiedlichen Winkel (ct) bilden und dass die Wälzkörper (21) durch einen Käfig (20) oder durch geeignete Ausbildung der Reibflächen der Lamellen (5, 10) drehbar und unverschiebbar geführt sind.
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Electromagnetically operated multi-disc clutch or brake
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To achieve one's own quick switchability with the appropriate design, which is particularly important in the case of shift clutches for quickly switchable machine tool gears.
In the case of an electromagnetically operated multi-plate clutch of the previously known type, the
To interrupt the flow of force, the lamellae are lifted from one another by spring elements or the like so far that no idle torque is transmitted even through a possible oil film. If rollers are arranged between the lamellas, as proposed according to the invention, then only the contact force has to be removed; when there is contact between the rolling elements and the lamellas, no or only a very low idle torque is transmitted without external forces, so that in this case the ventilation paths can be kept small. For comparison, it should be mentioned that the smallest air gap in a previously common electromagnetic clutch of a certain type is 3 mm.
In the design of a clutch of the same type according to the invention, the release path could be reduced to 0.9 mm, the idling torque only having half the value compared to that in the case of the clutch with the release path of 3 mm. The torque is built up directly depending on the pressure and the associated contact pressure, since the electromagnetic one as a result of the shortening of the air gap
Positive connection comes into effect immediately.
In addition, the proposed electromagnetically actuated multi-disk clutch or brake has a significantly lower thermal load than the previously known multi-disk clutches. This is because the lamellae no longer adhere to one another when there is a frictional connection, but they merely touch a part of the lateral surface of the rotating body. The coolant - even if it is just air - can flow almost unhindered between the fins in every operating state and dissipate the heat that occurs. In order to achieve particularly good cooling on the friction surfaces of the lamellae and the rolling elements, it is provided, in a manner known per se, to arrange channels for supplying a coolant in the magnet body of the clutch or in another component.
In addition, the rolling elements can be in one of the
Flow of the coolant conveying type can be aligned. In many cases, air will be sufficient as a coolant, but in the case of particularly heavily loaded clutches, oil can also be used as a coolant and lubricant.
When using the design according to the invention, in particular as a dry-running clutch with air cooling, it is advisable for rolling elements made of steel to make the lamellae from sintered bronze or the like or to provide them with an asbestos friction coating or the like in order to improve the emergency running properties. In addition, a high level of wear resistance is achieved with very little idling friction. Such a friction pairing also improves the grip, so that the torque to be transmitted by the clutch can be built up very quickly and good switching accuracy can be achieved.
Furthermore, it is provided that the multi-disc clutch or brake according to the invention is provided with an adjusting device known per se for automatically adjusting the remaining air gap between the armature and the magnet body. In this way, any wear on the friction surfaces or on the rolling elements can be compensated for. The adjustment device is of particular importance in the subject matter of the invention, since the air gap must be set relatively precisely for the rapid frictional engagement of the lamellae.
Further details and advantages of the invention are shown in the drawing using an exemplary embodiment and explained in more detail below. 1 shows an axial section through an electromagnetically actuated multi-plate clutch designed according to the invention, and FIG. 2 shows three embodiments of the cage guiding the rolling elements.
According to FIG. 1, a magnetic body, which consists of the coil carrier 2 and the coil 3, is positively connected to a shaft 1 via a feather key 23. The driver toothing 4 of the inner disks 5 is arranged on a part of the outer circumferential surface of the coil carrier 2. In addition, the coil carrier 2 carries a ring 6 on which the slip ring 7 for the power supply is attached and which serves as a lamellar abutment. Such a division of the magnet body in two has the advantage that the driver teeth 4 for the inner disks 5 can be produced in a simple manner without hindrance and without special manufacturing processes. The output side of the clutch is formed by the clutch body 8 with the driver 9 for the outer disks 10.
In the embodiment shown, the armature consists of a ferromagnetic inner ring 11, a bronze intermediate ring 12 and a ferromagnetic outer ring 13. The non-magnetic intermediate ring 12 thus prevents the transition of magnetic lines of force from the armature inner ring 11 to the armature outer ring 13. In order to achieve particularly good dry-running properties, Bearing metal, preferably bronze, can be used as the material for the intermediate anchor ring 12. It is also about the
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To allow the contact pressure to act on the lamellae, the armature outer ring 13 is provided with a collar 14 on its side facing the lamellae 5, 10. The automatic readjustment of the armature outer ring 13 is achieved by the pawls 15 in a manner known per se in cooperation with the anchor rings 11, 12.
The armature consisting of the rings 11, 12, 13 is mounted on the shaft 1 by means of a bronze bushing 16 and secured against running off by a snap ring 17. The bronze bushing 16 achieves emergency running properties that are sufficient for dry operation and at the same time counteracts the scattering of the magnetic lines of force.
Cages 20, which, as can be seen from FIG. 2, are provided with recesses 22, are arranged between the inner lamellae 5 and the outer lamellae 10. Rollers 21 are inserted in these recesses 22, the axes of rotation 26 of which form an angle cx with the direction of movement 25 which is smaller than 900. In order to keep the lamellae 5, 10 and the rollers 21 under a slight pretension, there is between the lamellae pack and a plate spring 24 is inserted into the ring 6 serving as a lamellar abutment. For the supply of a coolant, in particular air, channels 18, 19 are arranged in the coil carrier 2 through which the coolant can flow to the friction surfaces.
The mode of operation of an electromagnetically actuated multi-plate clutch according to the invention is based on the fact that when the coil 3 is excited, a magnetic field is formed whose lines of force affect the
The armature inner ring 11 acts and pulls it onto the coil carrier 2. This movement is transmitted via the intermediate ring 12 to the armature outer ring 13 which, via its collar 14, presses the lamellae 5, 10 against the rollers 21 which are rotatably and immovably guided by the cage 20.
The inner disks 5, which are driven via the driver toothing 4, set the rollers 21 in motion so that they roll on the respectively assigned outer disks. Due to the inclined position of the rollers 21 in relation to the direction of movement 25 of the rotating parts, however, they do not perform a pure rolling movement, but at the same time also a sliding movement, so that friction arises between the roller outer surfaces and the slats. This has the effect that the outer disks 10 are taken along and thus a power transmission takes place. The sliding movement is dependent on the size of the angle ct between the axes of rotation 26 of the rollers 21 and the direction of movement 25, and above all on the contact pressure acting on the slats.
The adjustment device 15 has the effect, in a manner known per se, that the entire electromagnetically generated contact pressure is applied to the disk pack. By controlling this contact force, the torque transmitted by the disks 5, 10 and the rollers 21 by frictional engagement can be adjusted, so that the clutch according to the invention can advantageously also be used as a slip clutch.
PATENT CLAIMS:
1. Electromagnetically operated multi-disk clutch or brake with disks arranged outside the area of influence of the effective magnetic flux and an armature which is preferably axially displaceably mounted on a sleeve made of non-magnetic material, for example bronze, characterized by the features known per se that between the friction surfaces assigned to one another of the lamellas (5, 10) about an axis (26) rotatable rolling elements, for example rollers (21) or the like, are arranged that the axes of rotation of the rolling elements with the direction of movement (25) of the rotating coupling parts each have an angle of 90 different ( ct) and that the rolling elements (21) are rotatably and immovably guided by a cage (20) or by suitable design of the friction surfaces of the lamellae (5, 10).