Antriebseinrichtung für Arbeitsmaschinen Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Arbeitsmaschinen mit kurzen Schalt- undloder Bremszeiten, die mit mindestens einer elektromagne tisch betätigten Klauenkupplung versehen ist.
Für bestimmte Sonderantriebe, beispielsweise Ko piereinrichtungen an Werkzeugmaschinen, werden äusserst kurze Schaltfolgen verlangt.
Nach der Erfindung sollen kurze Schalt- undloder Bremszeiten dadurch ermöglicht sein, dass der der Beschleunigung und Verzögerung unterworfene Teil der Kupplung gegenüber dem konstant umlaufenden bzw. festen Teil mit kleinerem Massenträgheitsmoment ausgeführt ist.
Elektromagnetisch geschaltete Klauenkupplungen sind an sich bekannt. Bei diesen bekannten Kupp lungen sind die Klauen am äussern Umfang der Kupp lung angebracht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung sind die Klauen möglichst weit innen an geordnet. Der Durchmesser der abtriebsseitigen Klauenmuffe und damit auch seine Schwungmasse können gering sein, so dass mit derartigen Kupplungen sehr geringe Schalt- und Bremszeiten und hohe Schalt folge erreichbar sind.
Der geringe Durchmesser der Klauenkränze wirkt sich auf die Schaltbarkeit der Klauenkupplung gün stig aus, da die auftretenden Differenzdrehzahlen ent sprechend dem geringen Kupplungsdurchmesser eben falls gering sind.
Die bekannten elektromagnetischen Klauenkupp- lungen wurden bisher so ausgeführt, dass der vom Magnetkörper betätigte Anker an dem längsver schiebbaren Klauenkranz befestigt ist, oder derart, dass der bewegliche Klauenteil selbst als Anker ausgebildet ist. Bei diesen bekannten Kupplungen muss der schaltbare Kupplungsteil den vollen Querschnitt be sitzen, der den vorhandenen Magnetfluss überträgt. Dementsprechend ist die Masse dieses Kupplungsteils gross, die jedesmal beim Einrücken der Kupplung mitbeschleunigt werden muss.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist ein vom schaltbaren Kupplungsteil ge trennter Anker vorgesehen, der mit dem Magnet körper drehfest, jedoch längsverschieblich verbunden ist und der den schaltbaren Kupplungsteil betätigt.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Quer schnitt des schaltbaren Kupplungsteils und damit die beim _ Betätigen der Kupplung zu beschleunigenden bzw. abzubremsenden Massen verringert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Anker längsverschieblich an einem bzw. an zwei raumfesten Magnetkörpern befestigt.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Antriebseinrichtung in Form einer einfachen elektromagnetischen Kupplung mit kleinem Klauen kranz. Die Fig. 2 zeigt eine Einrichtung als Doppel kupplung mit zwei festen Magnetkörpern. Die Fig. 3 veranschaulicht im Längsschnitt eine Antriebseinrich tung mit einer Antriebs- und einer Bremskupplung, während die Fig.4 teilweise im Längsschnitt Teile einer Einrichtung als Wendegetriebe zeigt. Die Fig. 5 stellt eine Einrichtung als Klauenkupplung mit äusserem Klauenkranz dar.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in Form einer elektromagnetischen Klauenkupplung ist ein Magnetkörper 1 auf einer Klauenmuffe 2 aufgekeilt. Die Ankerscheibe 3 ist mittels Schrauben 4 drehfest, aber längsverschieblich am Magnetkörper 1 befestigt. Die Klauenmuffe 2 ist auf der Welle 5 aufgekeilt. Die Welle 5 trägt ferner auf Rollenlagern 6 das Zahnrad 7, auf welchem die Gegenklauenmuffe 8 längsverschieb- lich aufgekeilt ist.
Die Kupplung ist in Leerlaufstellung gezeichnet. Die Ankerscheibe 3 mit der Muffe 8 wird durch nicht dargestellte Abdrückfedern nach rechts gegen das Zahnrad 7 gedrückt.
Beim Einkuppeln wird der Anker 3 angezogen und nimmt die Muffe 8 durch die Mitnehmerscheibe 9 mit. Dadurch kommen die Klauenmuffen 8 und 2 miteinander in Eingriff. Wegen des geringen Durch messers der Klauenmuffe 8 ist ihr Massenträgheits- moment kleiner als dasjenige des mit der Welle 5 umlaufenden Teils der Kupplung.
Nach Fig.2 ist die Doppelkupplung mit zwei Magnetkörpern 10 und 11 versehen, die raumfest an geordnet sind. Zwischen den einander zugekehrten Magnetspulen 12 und 13 ist eine Ankerscheibe 14 ebenfalls raumfest, jedoch zwischen den Spulen ver- schieblich, angeordnet. Auf einer Antriebswelle 15 ist eine Muffe 16 längsverschieblich angeordnet, die an ihren beiden Stirnflächen mit je einem Klauenkranz 17 und 18 versehen ist. In eine Ringnut 19 der Muffe 16 greift die Ankerscheibe 14 ein. Zu beiden Seiten der Muffe 16 ist je ein Zahnrad 20 und 21 mittels Nadellager auf der Welle 15 drehbar gelagert.
Die Zahnräder sind mit Klauenkränzen 22 und 23 versehen. Durch wechselweises Magnetisieren der Spu len 12 und 13 wird die Muffe 16 und damit die Welle 15 mit dem Rad 20 oder mit dem Rad 21 gekuppelt.
Die Ankerscheibe 14 ist mit zwei Druckscheiben 24 und 25 versehen, die beim Ein- und Auskuppeln in der Nut 19 der Muffe 16 reiben. Diese Druckscheiben können aus einem nichtmagnetischen Werkstoff be stehen.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die geringe Masse der Muffe 16 abtriebsseitig mit geringem Trägheitsmoment geschaltet.
Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kön nen die Kupplungsteile 8 oder 2 aus nichtmagneti schem Werkstoff bestehen. Dadurch wird erreicht, dass die eigentlichen Klauenkupplungsteile gegen den Ma gnetkreis isoliert sind und beim Ausrücken der Kupp lung nicht kleben.
Es kann auch der Mitnehmerring 9 aus nicht magnetischem Werkstoff bestehen.
Bei der in Fig.3 gezeigten Antriebseinrichtung mit einer elektromagnetischen Antriebskupplung in Verbindung mit einer elektromagnetischen Brems kupplung ist 31 die Eingangswelle und 32 die Ab triebswelle.
Es ist ferner 33 der auf der Welle 31 aufgekeilte Magnetkörper einer Antriebskupplung. Es ist 34 der gleiche, jedoch spiegelbildlich angeordnete Magnet körper einer Bremskupplung. Der Magnetkörper 34 ist auf dem gehäusefesten Lagerkörper 35 aufgekeilt. In einer Bohrung des Lagerkörpers 35 ist der Zapfen 36 der Welle 31 gelagert. Mit dem Magnetkörper 33 ist mittels Passschrauben 37 die Ankerscheibe 38 axial verschiebbar verbunden. In gleicher Weise ist die Ankerscheibe 39 mit dem Magnetkörper 34 verbun den. Federn 40 halten die beiden Ankerscheiben von den Magnetkörpern im Abstand, wenn der Magnet strom ausgeschaltet ist.
Die Magnetkörper 33 und 34 sind mit je einer Klauenmuffe 41 und 42 verbunden. Die dazugehöri gen Gegenklauenmuffen 43 und 44 sind auf einer Laufbuchse 45 aufgekeilt, die auf der Welle 31 dreh bar gelagert ist und das Zahnrad 46 trägt. Mit die sem ist das Zahnrad 47 im Eingriff, welches auf der Antriebswelle 32 aufgekeilt ist. Die Klauenmuffen 43 und 44 sind durch geteilte Scheiben 48 mit den Anker scheiben 38 und 39 derart verbunden, dass sie gegen über den Ankerscheiben frei drehbar, jedoch zwang läufig mit ihnen längsverschiebbar sind.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Antriebseinrichtung ist mit ausgeschalteten Kupplungen dargestellt. Mit dem Einschalten des nicht gezeichneten Antriebsmotors wird die Welle 31 in Umdrehung gesetzt und zweckmässig der Magnet körper 34 der Bremskupplung gleichzeitig magneti siert. Beim Betrieb, beispielsweise einer Kopierein richtung, wird der Magnetkörper 33 magnetisiert und gleichzeitig der Magnetkörper 34 entmagnetisiert. Die Abtriebswelle 32 wird also angetrieben. Die Be schleunigung bis zur Betriebsdrehzahl wird in kür zester Zeit durch Einrücken der Klauenmuffen 41 und 43 erreicht. Gleichzeitig mit dem Ausschalten der Antriebskupplung wird die Bremskupplung einge schaltet und der Abtriebsteil in kürzester Zeit still gesetzt.
Um Schäden im Triebwerk durch zu hohe Schalt momente zu vermeiden, erhalten die Klauen eine an sich bekannte, geeignete Sägezahnform, so dass das durch die Kupplung übertragbare Moment begrenzt ist und die Klauen bei überschreiten des Höchst momentes selbsttätig ausser Eingriff treten.
Gemäss Fig.4 ist die Einrichtung als Wende getriebe ausgebildet. Auf einer zu treibenden Welle 71 mit aufgesetztem Abtriebsrad 72 sind zwei Zahn räder 73, 74 lose laufend aufgesetzt, wovon z. B. das Rad 73 für den Antrieb der Welle 71 in der einen Drehrichtung und das Rad 74 für den Antrieb in umgekehrter Drehrichtung benutzt wird. Das Rad 73 kämmt mit einem Ritzel 76 der Antriebswelle 77, während das Rad 74 vom Rad 75 der Antriebswelle 77 über ein Rad 78 einer Zwischenwelle 79 in zur Drehrichtung des Rades 73 entgegengesetzter Dreh richtung angetrieben wird.
Der besseren übersicht wegen sind die Räder 74 und 75 versetzt gezeichnet und das Rad 78 doppeltbreit dargestellt. Jede der bei den elektromagnetischen Schaltkupplungen weist einen Magnetkörper 80 bzw. 80' und die zugehörige Anker scheibe 81 bzw. 81' auf. Je ein Magnetkörper ist zu sammen mit einem der Räder 73, 74 durch eine Keil verzahnung auf eine Laufbuchse 82 aufgesetzt und gegen Längsverschiebung durch Sprengringe 83 ge sichert. Es kann sich jeder Magnetkörper mit dem dazugehörigen Zahnrad auf der Triebwelle 71 frei drehen. Jede Buchse 82 lagert mit Nadeln 84 auf einer auf die Welle 71 aufgezogenen Grundbuchse 85. Zur Vermeidung einer Längsverschiebung der Buch- sen sind Grenzbunde 86 vorgesehen.
Die Anker scheiben 81, 81' sind mit den Magnetkörpern 80, 80' mit Hilfe von Stiften 87 drehfest, jedoch axial beweg lich verbunden und können mit den Magnetkörpern umlaufen. Die axiale Verbindung der Ankerscheiben 81, 81' mit der Klauenkupplungs-Schaltmuffe 88 ist durch Mitnehmerringe 90 hergestellt, die an den Ankerscheiben befestigt sind und in die Schaltmuffe 88 eingreifen. Die Schaltmuffe trägt an beiden Enden die Kupplungsverzahnung, die den Kupplungsverzah nungen der Laufbuchsen 82 entsprechen, so dass die Klauenkupplungen 99, 100 gebildet sind. Die Schalt muffe 88 ist auf einer mit der Welle 71 durch Keil 92 verbundenen Hülse 93 axial beweglich geführt, und zwar mittels einer Keilverzahnung 94. Die Magnet spulen sind mit 97 bezeichnet.
Die Stromzuführung zu den Spulen erfolgt über Schleifringe 98, die in üblicher Weise isoliert auf den Magnetkörpern be festigt sind.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind auf jedem Magnetkörper zwei Schleifringe vorgesehen. Die zur Betätigung der Klauenkupplungen 99, 100 erforderlichen elektrischen Schaltgeräte können be liebiger Art sein. Von der Darstellung solcher Geräte ist in der Zeichnung abgesehen. Die verwendeten Klauenkupplungen sind wieder solcher Art, dass die Muffe 88 und die Hülse 93 das kleinere Massenträg heitsmoment aufweisen als der Magnetkörper 80 bzw. 80' und die Antriebsscheibe 81 bzw. 81'. Der kleine Durchmesser der Klauenkränze ergibt entsprechend ge ringere Differenzgeschwindigkeiten und die feine Ver zahnung erleichtert das gegenseitige Zusammenfinden der Klauenkränze beim Einrücken.
Bei kleinen Antriebseinrichtungen, bei denen die zu schaltenden Massen und daher die Trägheits- momente ganz gering sind, kann auch eine Klauen kupplung mit äusserem Klauenkranz verwendet sein, wie eine solche Fig. 5 zeigt. In dieser stellt 51 einen auf der Welle 59 aufgekeilten Magnetkörper dar. Eine Ankerscheibe 52 ist mittels Passschrauben 56 an dem Magnetkörper längsverschieblich gegenüber diesem befestigt. Auf dem Magnetkörper 51 ist eine Klauen muffe 54 aufgeschraubt.
Eine zweite Klauenmuffe 53 ist mit einem Zahnrad 55 drehfest und längsver- schieblich verkeilt. Das Zahnrad 55 läuft mittels Rol lenlager auf der Welle 59. Eine geteilte Scheibe 57 ist mit der Ankerscheibe 52 verschraubt und greift mit ihrem äussern Rand in eine Nut 58 der Kupplungs muffe 53 ein.
Vor dem Einkuppeln des Zahnrades 55 läuft die Welle 59 mit dem Magnetkörper 51 unter Mitnahme der Ankerscheibe 52 um. Die Ankerscheibe wird zu sammen mit der Kupplungsmuffe<B>53</B> durch nicht ge zeichnete Federn vom Magnetkörper 51 abgedrückt und gegen den Federring 60 gedrückt, wie in Fig. 5 dargestellt ist.
Beim Einschalten des Stromes wird die Anker scheibe 52 angezogen. Diese nimmt die Kupplungs muffe 53 über die Scheibe 57 mit, so dass die Klauen- muffen 53 und 54 miteinander in Eingriff kommen. Dabei werden lediglich die Muffe 53 und das Zahn rad 55 beschleunigt, und nicht die Ankerscheibe 52.
Drive device for work machines The invention relates to a drive device for work machines with short switching and / or braking times, which is provided with at least one electromagnetically operated claw clutch.
For certain special drives, such as copier devices on machine tools, extremely short switching sequences are required.
According to the invention, short switching and / or braking times should be made possible by the fact that the part of the clutch subject to acceleration and deceleration is designed with a smaller mass moment of inertia than the constantly rotating or fixed part.
Electromagnetically switched dog clutches are known per se. In these known hitch lungs, the claws are attached to the outer circumference of the hitch.
According to a preferred embodiment of the invention, the claws are arranged as far inside as possible. The diameter of the claw sleeve on the output side and thus also its centrifugal mass can be small, so that very short switching and braking times and a high switching sequence can be achieved with such clutches.
The small diameter of the claw rims has a favorable effect on the switchability of the claw clutch, since the differential speeds that occur are also small in accordance with the small clutch diameter.
The known electromagnetic claw clutches have hitherto been designed in such a way that the armature actuated by the magnet body is attached to the longitudinally displaceable claw ring or in such a way that the movable claw part itself is designed as an armature. In these known couplings, the switchable coupling part must be seated over the full cross section that transmits the existing magnetic flux. Accordingly, the mass of this clutch part is large, which must be accelerated each time the clutch is engaged.
According to a preferred embodiment of the invention, an armature separated from the switchable coupling part is provided which is non-rotatably connected to the magnet body, but is longitudinally displaceable and which actuates the switchable coupling part.
This has the advantage that the cross-section of the switchable coupling part and thus the masses to be accelerated or braked when the coupling is actuated are reduced.
In an advantageous embodiment, the armature is attached to one or two spatially fixed magnetic bodies in a longitudinally displaceable manner.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Fig. 1 shows in longitudinal section a drive device in the form of a simple electromagnetic clutch wreath with small claws. Fig. 2 shows a device as a double clutch with two fixed magnetic bodies. Fig. 3 illustrates in longitudinal section a drive device with a drive and a brake clutch, while Figure 4 shows parts of a device as a reversing gear partially in longitudinal section. 5 shows a device as a claw coupling with an outer claw ring.
In the exemplary embodiment according to FIG. 1 in the form of an electromagnetic claw coupling, a magnetic body 1 is wedged onto a claw sleeve 2. The armature disk 3 is attached to the magnet body 1 in a rotationally fixed but longitudinally displaceable manner using screws 4. The claw sleeve 2 is keyed onto the shaft 5. The shaft 5 also carries the gear wheel 7 on roller bearings 6, on which the mating claw sleeve 8 is wedged so as to be longitudinally displaceable.
The clutch is drawn in the idle position. The armature disk 3 with the sleeve 8 is pressed to the right against the gear 7 by forcing springs (not shown).
When coupling the armature 3 is tightened and takes the sleeve 8 with it through the drive plate 9. As a result, the claw sleeves 8 and 2 come into engagement with one another. Because of the small diameter of the claw sleeve 8, its mass moment of inertia is smaller than that of the part of the coupling rotating with the shaft 5.
According to Figure 2, the double clutch is provided with two magnetic bodies 10 and 11, which are arranged in a fixed manner. An armature disk 14 is also fixed in space between the magnet coils 12 and 13 facing one another, but is displaceable between the coils. A sleeve 16 is arranged longitudinally displaceably on a drive shaft 15 and is provided with a claw ring 17 and 18 on each of its two end faces. The armature disk 14 engages in an annular groove 19 of the sleeve 16. On both sides of the sleeve 16, a gear 20 and 21 is rotatably mounted on the shaft 15 by means of needle bearings.
The gears are provided with claw rings 22 and 23. By alternately magnetizing the Spu len 12 and 13, the sleeve 16 and thus the shaft 15 with the wheel 20 or with the wheel 21 is coupled.
The armature disk 14 is provided with two pressure disks 24 and 25 which rub in the groove 19 of the sleeve 16 when coupling and uncoupling. These pressure washers can be made of a non-magnetic material.
In this embodiment too, the low mass of the sleeve 16 means that the output side is switched with a low moment of inertia.
Also in the embodiment of FIG. 1, the coupling parts 8 or 2 can consist of non-magnetic material. This ensures that the actual claw coupling parts are isolated from the magnetic circuit and do not stick when the coupling is disengaged.
The driver ring 9 can also consist of a non-magnetic material.
In the drive device shown in Figure 3 with an electromagnetic drive clutch in conjunction with an electromagnetic brake clutch 31 is the input shaft and 32 is the drive shaft from.
It is also 33 of the magnetic body of a drive coupling wedged on the shaft 31. It is 34 the same, but mirror-inverted magnetic body of a brake clutch. The magnet body 34 is wedged onto the bearing body 35 fixed to the housing. The journal 36 of the shaft 31 is mounted in a bore in the bearing body 35. The armature disk 38 is connected axially displaceably to the magnet body 33 by means of fitting screws 37. In the same way, the armature disk 39 is verbun with the magnet body 34 the. Springs 40 hold the two armature disks from the magnet bodies at a distance when the magnet current is switched off.
The magnet bodies 33 and 34 are each connected to a claw sleeve 41 and 42. The corresponding opposing claw sleeves 43 and 44 are keyed on a bushing 45 which is rotatably mounted on the shaft 31 and the gear 46 carries. With the sem, the gear 47 is in engagement, which is keyed on the drive shaft 32. The claw sleeves 43 and 44 are connected to the armature disks 38 and 39 by split disks 48 in such a way that they are freely rotatable with respect to the armature disks, but are inevitably longitudinally displaceable with them.
The operation of the device is as follows: The drive device is shown with the clutches switched off. With the switching on of the drive motor, not shown, the shaft 31 is set in rotation and expediently the magnet body 34 of the brake clutch magnetized at the same time. During operation, for example a copier device, the magnetic body 33 is magnetized and at the same time the magnetic body 34 is demagnetized. The output shaft 32 is thus driven. The acceleration up to the operating speed is achieved in a very short time by engaging the claw sleeves 41 and 43. At the same time as the drive clutch is switched off, the brake clutch is switched on and the output section is shut down in a very short time.
In order to avoid damage to the engine due to excessive switching torques, the claws are given a known, suitable sawtooth shape so that the torque that can be transmitted by the clutch is limited and the claws automatically disengage when the maximum torque is exceeded.
According to Figure 4, the device is designed as a reversing gear. On a shaft to be driven 71 with attached output gear 72, two toothed wheels 73, 74 are loosely attached, of which z. B. the wheel 73 is used to drive the shaft 71 in one direction of rotation and the wheel 74 for driving in the opposite direction of rotation. The wheel 73 meshes with a pinion 76 of the drive shaft 77, while the wheel 74 is driven by the wheel 75 of the drive shaft 77 via a wheel 78 of an intermediate shaft 79 in the opposite direction of rotation to the direction of rotation of the wheel 73.
For the sake of clarity, the wheels 74 and 75 are drawn offset and the wheel 78 is shown twice as wide. Each of the electromagnetic clutches has a magnetic body 80 or 80 'and the associated armature disc 81 or 81'. A magnetic body is placed together with one of the wheels 73, 74 by a spline on a bushing 82 and secured against longitudinal displacement by snap rings 83 ge. Each magnetic body with the associated gear can rotate freely on the drive shaft 71. Each bush 82 is supported with needles 84 on a base bush 85 drawn onto the shaft 71. To avoid a longitudinal displacement of the bushes, border collars 86 are provided.
The armature discs 81, 81 'are rotatably connected to the magnetic bodies 80, 80' with the help of pins 87, but axially movable, and can rotate with the magnetic bodies. The axial connection of the armature disks 81, 81 ′ to the dog clutch shift sleeve 88 is established by driver rings 90 which are fastened to the armature disks and engage in the shift sleeve 88. The shift sleeve carries the coupling teeth at both ends, which correspond to the coupling teeth of the bushings 82 so that the dog clutches 99, 100 are formed. The switching sleeve 88 is axially movably guided on a sleeve 93 connected to the shaft 71 by a wedge 92, by means of a spline 94. The magnet coils are designated 97.
Power is supplied to the coils via slip rings 98, which are insulated in the usual way and fastened to the magnetic bodies.
In the illustrated embodiment, two slip rings are provided on each magnetic body. The electrical switching devices required for actuating the claw clutches 99, 100 can be of any type. Such devices are not shown in the drawing. The claw clutches used are again such that the sleeve 88 and the sleeve 93 have the smaller mass moment of inertia than the magnet body 80 or 80 'and the drive disk 81 or 81'. The small diameter of the claw rims results in correspondingly lower differential speeds and the fine toothing makes it easier for the claw rims to come together when engaging.
In the case of small drive devices in which the masses to be shifted and therefore the moments of inertia are very small, a claw coupling with an outer claw ring can also be used, as shown in FIG. In this, 51 represents a magnetic body wedged onto the shaft 59. An armature disk 52 is fastened to the magnetic body by means of fitting screws 56 so that it can be longitudinally displaced relative to it. On the magnet body 51 a claw sleeve 54 is screwed.
A second claw sleeve 53 is wedged with a gear 55 in a rotationally fixed and longitudinally displaceable manner. The gear 55 runs by means of Rol lenlager on the shaft 59. A split disc 57 is screwed to the armature disc 52 and engages with its outer edge in a groove 58 of the coupling sleeve 53.
Before the gear wheel 55 is engaged, the shaft 59 rotates with the magnet body 51 while entraining the armature disk 52. The armature disk, together with the coupling sleeve <B> 53 </B>, is pressed off the magnet body 51 by springs (not shown) and pressed against the spring ring 60, as shown in FIG. 5.
When the current is switched on, the armature disk 52 is attracted. This takes the coupling sleeve 53 with it via the disk 57, so that the claw sleeves 53 and 54 come into engagement with one another. Only the sleeve 53 and the gear 55 are accelerated, and not the armature disk 52.