Elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung oder -bremse Gegenstand der Erfindung ist eine elektromagne tisch betätigte Lamellenkupplung oder -bremse mit einem eine Magnetspule tragenden Magnetkörper und ausserhalb jdes Einflussbereiches des wirksamen ma gnetischen Kraftfeldes angeordneten Lamellen, die zur Erzeugung des Reibschlusses unter der Einwir kung einer durch Federkraft betätigten, als Anker dienenden Druckplatte istehen.
Derartige Lamellenkupplungen werden in vielen Industriezweigen mit Erfolg angewendet. Aufgabe der Erfindung ist es nun, diese bekannten Aus führungen in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungs weise weiter zu verbessern. Erfindungsgemäss wind dies dadurch erreicht, dass zwischen den einander zugeordneten Lamellenreibflächen um eine Achse drehbare als Rolle ausgebildete Wälzkörper ange ordnet sind, deren Rotationsachsen mit der Bewe gungsrichtung der umlaufenden Kupplungsteile je weils einen von 90 unterschiedlichen Winkel a bilden,
und dass die Wälzkörper durch einen Käfig oder durch Ausnehmungen in den Lamellenoberflächen drehbar und unverschiebbar geführt sind.
Eine gomäss der Erfindung ausgebildete Lamellen- kupplung ist im besonderen Masse als Schnellschalt- kupplung für Werkzeugmaschinengetriebe geeignet, da ein rascher Aufbau und eine schnelle Unter brechung des Reibschlusses ermöglicht wird, ohne dass dazu aufwendige Einrichtungen erforderlich sind. Die zwischen den Lamellen angeordneten, um eine Achse drehbaren Wälzkörper führen nämlich, be dingt durch die Neigung ihrer Rotationsachsen ge genüber der Bewegungsrichtung der umlaufenden Kupplungsteile, eine teils rollende,
teils gleitende Bwegung aus. Die dabei übertragende Reibkraft hängt somit in sehr grossem Masse von der auf die Druckplatte einwirkenden Anpresskraft ab. Wird nun diese Anpresskraft ;durch Erregen der Magnet- spule geändert, so ändert sich auch das übertrag bare Moment, ohne dass grössere Luftwege, wie dies bei den vorbekannten Ausführungen der Fall ist, beim Schaltvorgang zu überwinden sind.
Zur Erzeugung ider bei Reibschluss über die Druckplatte auf die Lamellen einwirkenden Anpress- kraft können mehrere konzentrisch zur Hauptachse angeordnete Federn, federnd gelagerte Druckbolzen oder dergleichen oder aber auch zwischen dem Ma- gentkörper und der als Anker wirkenden Druck platte angeordneten Tellerfedern, Federscheiben oder ähnliches vorgesehen werden.
Da bei der Lamellenkupplung gemäss der Er findung zum Aufbau und zur Unterbrechung des Reibschlusses nur geringe Luftspalte zu überwinden sind, ist nach einer besonders zweckmässigen Weiter bildung ferner vorgesehen; die auf die Druckplatte einwirkende Anpresskraft kleiner zu bemessen, als die vom Magnetkörper ausgehende remanente Ma gnetkraft.
Des weiteren ist es auch möglich, die Kupplung mit einer Einrichtung zu versehen, beispielsweise mit einem von der Ankerscheibe zu betätigenden Endschalter oder einem temperaturabhängigen Im pulsglied, mittels der in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse der Kupplung die Erregung der Ma gnetspule gesteuert werden kann, und zwar derart,
dass die durch die Teilerregung erzeugte Magnet kraft im Zusammenwirken mit der remanenten Ma- gentkraft grösser bemessen wird als die von den Federelementen erzeugte Anpresskraft. Um die remanente Magnetkraft zu steigern, ist es ferner zweckmässig, zumindest Teile des Magnet kreises der Kupplung, beispielsweise die Anker scheibe, den Magnetkörper oder id'ergleichen,
aus Dauermagnetwerkstoff herzustellen oder stabförmig ausgebildete Elemente aus Dauermagnetwerkstoff in Bauteilen des Magnetkreises anzuordnen.
Eine derartige Weiterbildung der Kupplungsaus führung hat nämlich den Vorteil, dass eine Dauer erregung der Magnetspule zum Offenhalten der Kupplung nicht mehr erforderlich ist; kurzzeitiges Er regen der Kupplung mit Gleichstrom bis zur Sättigung ist in diesem Fall ausreichend. Um die Kupplung zu schliessen, kann durch Wechselstrom oder durch einen Gegenimpuls auf einfache Weise :ein Wechsel feld erzeugt werden, wodurch die remanente Magnetr kraft zusammenbricht und die durch die Feder elemente erzeugte Kraft wirksam wird.
Um eine günstige Magnetauslegung zu erzielen, ist es hierbei zweckmässig, Federelemente zu wählen, deren Federkraft bei Reibschluss grösser ist ,als bei angezogenem Anker. Durch den Wegfall der Dauer erregung entfällt auch die durch die ständig ein geschaltete Spule bedingte Dauerwärmequelle, so dass durch die vorschlagsgemässe Ausbildung Be triebsstörungen, die auf überhitzung beruhen, weit gehend vermieden werden.
Da bei der erfindungsgemässen Lamellenkupp- lung bei Reibschluss die Lamellen nicht mehr auf ihren gesamten Stirnflächen aneinander anliegen, son dern lediglich einen Teil der sich ständig abwälzen den Mantelfläche der Walzkörper berühren, ist die Wärmebelastung wesentlich geringer, und Kühlmittel kann in jedem Betriebszustand, also auch bei einge rückter Kupplung, fast ungehindert durch die Lamel len hindurchströmen und die anfallende Wärme ab führen.
Um eine besonders gute Kühlung an den Reibflächen der Lamellen und der Wälzkörper zu erzielen, können in einem geeigneten Bauteil der Kupplung, vorzugsweise in dem die Innenlamellen tragenden Kupplungskörper, Kanäle zur Zuführung eines Kühlmittels angeordnet sein. Ferner können die Wälzkörper in einer den Durchfluss des Kühl mittels fördernden Art ausgerichtet sein. In vielen Fällen wird Luft als Kühlmittel ausreichend sein, bei besonders hoch belasteter Kupplung kann jedoch auch Öl als Kühl,- und Schmiermittel verwendet werden.
Bei der Verwendung der Kupplung als Trocken laufkupplung mit Luftkühlung empfiehlt es sich bei Wälzkörpern aus Stahl, die Lamellen aus Sinter bronze oder dergleichen herzustellen oder mit einem Asbestbelag oder ähnlichem zu versehen, um die Not laufeigenschaften zu verbessern. Ausserdem kann da durch ein hoher Verschleisswiderstand bei äusserst geringer Leerlaufreibung erzielt und die Griffigkeit verbessert werden.
Weitere Einzelheiten sind anhand zweier Aus führungsbeispiele in ider Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Lamellenkupplung gemäss der Er findung im Längsschnitt, Fig. 2 .einen Axialschnitt gemäss der Linie 1-I nach Fig. 1 und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer er findungsgemässen Kupplung im Längsschnitt.
Nach den Fig. 1 und 2 ist auf einer Welle 1 über Wälzlager 4 ein mit einem nicht dargestellten Gehäuse verbundener, feststehender Magnetkörper 2 gelagert, der eine Magnetspule 3 zur Erzeugung eines magnetischen Kraftfeldes trägt. Durch einen Spreng- ring 5 und einen Distanzring 6, der sich an einem weiteren Kupplungsteil abstützt, sind die Wälzlager 4 gegen Axialverschiebung gesichert. Strom wird der Spule 3 über die Klemme 7 zugeführt.
Auf der Welle 1 ist des weiteren über eine Pass- federverbindung 13 ein Kupplungskörper 12 ange ordnet, mit dem ein als Lamellenwiderlager dienender Flansch 14 fest verbunden ist. Der Kupplungskörper 12 ist auf seiner Aussenmantelfläche mit einer Keil verzahnung 15 versehen, in die mit einer entsprechen den Gegenverzahnung die Innenlamellen 16 der Kupplung eingreifen. Durch einen Distanzring 23 wird der Kupplungskörper 12 von einem ebenfalls über eine Wälzlagerung 30 auf der Welle 1 gelagerten Zahnrad 21, das durch einen Sprengring 22 axial fixiert ist, getrennt.
An dem Zahnrad 21 ist ein ringartiger Bauteil 24 befestigt, der an seinem freien Ende als Mitnehmer 25 für die Aussenlamellen 23 ausgebildet ist.
Auf dem radial inneren Schenkel 11 des U-för- mig ausgebildeten Magnetkörpers 2 ist zur Führung der magnetischen Kraftlinien ein Ring 8 aus ferro- magnetischem Werkstoff drehbar gelagert, auf dem ein unmagnetischer Ring 9 und ein ferromagnetischer Ring 10 befestigt ist. Diesen Ringen 8, 9, 10 ist, axial gegenüberliegend, auf dem Kupplungskörper 12 verschiebbar eine als Anker dienende Druckplatte 17 angeordnet.
In den ferromagnetischen Ringen 8 und 10 sind konzentrisch zur Hauptachse der Kupp lung Bohrungen 18 eingelassen, denen in die Druck platte 17 angeordnete Bohrungen 19 gegenüber stehen. In diese Bohrungen 18, 19 sind zur Er zeugung der auf die Lamellen wirkenden Anpress- kraft Spiraldruckfedern 20 eingesetzt.
Zwischen den Innenlamellen 16 und den Aussen lamellen 26 sind radial geführte Käfige 27 ange ordnet, die, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, mit Ausnehmungen 28 versehen sind. In diesen Aus- nehmungen 28 sind Wälzkörper 29 eingesetzt, deren Rotationsachsen 31 mit der Bewegungsrichtung 32 umlaufenden Kupplungsteile einen gegenüber 90 un terschiedlichen Winkel a bilden.
Bei Kupplungsbetrieb wird das zwischen dem als Lamellenwiderlager dienenden Flansch 14 und der Druckplatte 17 angeordnete Lamellenpaket durch die sich am Magnetkörper 2 abstützenden Spiral# druckfedern 20 zusammengepresst, so dass über die Wälzkörper 29 Reibschluss zwischen den Innenla mellen 16 und den Aussenlamellen 26 hergestellt ist.
Die Innenlamellen 16, die bei einer Momentüber tragung von der Welle 1 auf das Zahnrad 21 von der Mitnehmerverzahnung 15 angetrieben werden, setzen dabei die Wälzkörper 29 in Bewegung, so dass sich diese auf den Reibflächen 34 der Aussen lamellen 26 abwälzen. Infolge der Schräglage der Wälzkörper 29 zur Bewegungsrichtung 32 führen diese nicht eine reine Rollbewegung aus, sondern zugleich auch eine Gleitbewegung, ,so dass zwischen den Mantelflächen der Wälzkörper 29 und den Reib flächen 33, 34 der Lamellen 16, 26 Reibung ent steht. Diese Reibung bewirkt, dass die Aussenlamel len 26 mitgenommen werden und somit eine Kraft übertragung stattfindet.
Die Gleitbewegung ist dabei abhängig von der Grösse des Winkels a zwischen der Rotationsachse 31 der Wälzkörper 29 und der Be wegungsrichtung 32 sowie vor allem von der auf das Lamellenpaket einwirkenden Anpresskraft.
Soll der Reibschluss zwischen den Wälzkörpern 29 und den Lamellen 16, 26 unterbrochen werden, so wird der Spule 3 des Magnetkörpers 2 über die Klemme 7 Strom zugeführt, iso dass sich ein ma gnetisches Kraftfeld aufbauen kann. Die Kraftlinien des Kraftfeldes durchdringen, vom Magnetkörper 2 ausgehend, den ferromagnetischen Innenring 8 sowie den ferromagnetischen Aussenring 10 und werden von dem unmagnetischen Zwischenring 9 gezwungen, den Luftspalt zwischen den Ringen 8, 10 und der Druckplatte 17 zu überwinden. Dadurch wird die Druckplatte 17 in Richtung auf den Magnetkörper 2 angezogen.
Die magnetische Kraft wirkt somit der von den Federn 20 erzeugte Kraft entgegen, so dass die für den Reibschluss erforderliche Anpress- kraft aufgehoben wird und kein Moment mehr über tragen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der die Magnetspule 53 tragende und durch einen Sprengring 54 gegen .axiale Verschiebung gesicherte Magnetkörper 52 mittels einer Passfeder 55 fest mit der Welle 51 verbunden. Die Stromzuführung erfolgt hierbei über einen Schleifring 56. Zwischen den Schenkeln des U-förmig ausgebildeten Magnetkörpers 52 sind zwei ferromagnetische Ringe 57 und 59 eingesetzt, zwischen denen wiederum ein Ring 58 aus unmagnetischem Werkstoff zur Führung der ma gnetischen Kraftlinien angeordnet ist.
Die zur Erzeugung des Reibschlusses erforder liche Anpresskraft wird hierbei von einer Tellerfeder 61 aufgebracht, die zwischen der als Anker wir kenden Druckplatte 60 und dem Magnetkörper 52 eingesetzt ist. Um die Reibfläche der Lamellen und der Wälzkörper im ausreichenden Masse kühlen und schmieren zu können, ist die Welle 51 mit einem Zuführungskanal 62 für das Kühl- und/oder Schmier mittel versehen. Über im Kupplungskörper ange ordnete Kanäle 63 kann das Kühlmittel den Reib flächen zuströmen.
Die Kupplung gemäss der Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sie kann auch im Rahmen der bei derartigen Kupplungen bekannten Ausführungsformen ausge bildet sein.
Electromagnetically operated multi-disk clutch or brake The subject of the invention is an electromagnetically operated multi-disk clutch or brake with a magnetic body carrying a magnetic coil and disks arranged outside the area of influence of the effective magnetic force field, which are used to generate the frictional engagement under the influence of a spring force actuated, pressure plate serving as an anchor.
Such multi-plate clutches are used with success in many branches of industry. The object of the invention is now to further improve these known executions in their structure and in their effects. According to the invention, this is achieved in that between the mutually assigned lamella friction surfaces rotatable about an axis are arranged as a roller, the axes of rotation of which form an angle α of 90 different with the direction of movement of the rotating coupling parts,
and that the rolling elements are rotatably and non-displaceably guided through a cage or through recesses in the lamellar surfaces.
A multi-plate clutch designed in accordance with the invention is particularly suitable as a quick-change clutch for machine tool transmissions, since it enables rapid construction and rapid interruption of the frictional engagement without the need for complex devices. The rolling elements that are arranged between the lamellae and are rotatable about an axis lead, due to the inclination of their axes of rotation, compared to the direction of movement of the rotating coupling parts, a partly rolling,
partly sliding movement. The frictional force transmitted in the process therefore depends to a very large extent on the contact pressure acting on the pressure plate. If this contact pressure is now changed by exciting the magnet coil, the transferable torque also changes without having to overcome larger airways, as is the case with the previously known designs, during the switching process.
Several springs, spring-mounted pressure bolts or the like arranged concentrically to the main axis, or plate springs, spring washers or the like arranged between the magnet body and the pressure plate acting as an anchor, can be provided to generate the pressure force acting on the lamellae via the pressure plate will.
Since only small air gaps have to be overcome in the multi-disc clutch according to the invention to build and to interrupt the frictional engagement, further education is also provided for a particularly useful further; to dimension the contact pressure acting on the pressure plate smaller than the remanent magnet force emanating from the magnet body.
Furthermore, it is also possible to provide the coupling with a device, for example with a limit switch to be actuated by the armature disk or a temperature-dependent pulse element, by means of which the excitation of the magnetic coil can be controlled depending on an operating variable of the coupling, namely so,
that the magnetic force generated by the partial excitation, in interaction with the remanent magnetic force, is greater than the contact pressure generated by the spring elements. In order to increase the remanent magnetic force, it is also advisable to use at least parts of the magnetic circuit of the clutch, for example the armature disk, the magnetic body or the like,
made of permanent magnet material or to arrange rod-shaped elements made of permanent magnet material in components of the magnetic circuit.
Such a further development of the clutch design has the advantage that permanent excitation of the solenoid is no longer required to keep the clutch open; Briefly he excite the clutch with direct current until saturation is sufficient in this case. In order to close the clutch, alternating current or a counter pulse can be used in a simple manner: to generate an alternating field, whereby the remanent magnetic force collapses and the force generated by the spring elements becomes effective.
In order to achieve a favorable magnet design, it is advisable to choose spring elements whose spring force is greater when there is a frictional connection than when the armature is attracted. The omission of the permanent excitation also eliminates the permanent heat source caused by the constantly switched on coil, so that operating disruptions due to overheating are largely avoided by the proposed design.
Since in the case of the multi-disc clutch according to the invention, when there is a frictional connection, the discs no longer rest against one another over their entire end faces, but only touch a part of the continuously rolling surface of the roller body, the heat load is significantly lower and coolant can be used in every operating state, including When the clutch is engaged, flow through the lamellae almost unhindered and dissipate the heat.
In order to achieve particularly good cooling on the friction surfaces of the disks and the rolling elements, channels for supplying a coolant can be arranged in a suitable component of the clutch, preferably in the clutch body carrying the inner disks. Furthermore, the rolling elements can be aligned in a manner that promotes the flow of cooling. In many cases, air will be sufficient as a coolant, but in the case of a particularly heavily loaded clutch, oil can also be used as a coolant and lubricant.
When using the clutch as a dry-running clutch with air cooling, it is recommended for rolling elements made of steel to make the lamellae from sintered bronze or the like, or to provide them with an asbestos coating or the like to improve the emergency running properties. In addition, a high wear resistance with extremely low idling friction can be achieved and grip can be improved.
Further details are shown in the drawing using two exemplary embodiments and explained in more detail below. 1 shows a multi-disc clutch according to the invention in longitudinal section, FIG. 2 shows an axial section along the line 1-I according to FIG. 1 and FIG. 3 shows a further embodiment of a clutch according to the invention in longitudinal section.
According to FIGS. 1 and 2, a stationary magnet body 2 connected to a housing (not shown) is mounted on a shaft 1 via roller bearings 4 and carries a magnet coil 3 for generating a magnetic force field. The roller bearings 4 are secured against axial displacement by a snap ring 5 and a spacer ring 6, which is supported on a further coupling part. Current is supplied to coil 3 via terminal 7.
A coupling body 12 is also arranged on the shaft 1 via a feather key connection 13, to which a flange 14 serving as a lamellar abutment is firmly connected. The coupling body 12 is provided on its outer circumferential surface with a wedge toothing 15, in which the inner plates 16 of the clutch engage with a corresponding counter-toothing. By means of a spacer ring 23, the coupling body 12 is separated from a gear wheel 21, which is likewise mounted on the shaft 1 via a roller bearing 30 and axially fixed by a snap ring 22.
A ring-like component 24 is fastened to the gear wheel 21 and is designed at its free end as a driver 25 for the outer disks 23.
A ring 8 made of ferromagnetic material is rotatably mounted on the radially inner leg 11 of the U-shaped magnet body 2 to guide the magnetic lines of force, on which a non-magnetic ring 9 and a ferromagnetic ring 10 are attached. A pressure plate 17 serving as an anchor is arranged axially opposite these rings 8, 9, 10 on the coupling body 12 so as to be displaceable.
In the ferromagnetic rings 8 and 10 are concentric to the main axis of the hitch treatment holes 18 embedded, which in the pressure plate 17 arranged holes 19 are opposite. In these bores 18, 19, spiral compression springs 20 are used to generate the contact pressure acting on the slats.
Between the inner lamellae 16 and the outer lamellae 26 are radially guided cages 27 are arranged, which, as can be seen from FIG. 2, are provided with recesses 28. In these recesses 28 rolling elements 29 are used, the axes of rotation 31 of which form an angle α that is different from 90 with the coupling parts rotating in the direction of movement 32.
During clutch operation, the disk pack arranged between the flange 14 serving as a disk abutment and the pressure plate 17 is pressed together by the spiral compression springs 20 supported on the magnet body 2, so that a frictional connection is established between the inner disks 16 and the outer disks 26 via the rolling elements 29.
The inner disks 16, which are driven by the driver teeth 15 when a torque is transmitted from the shaft 1 to the gear 21, set the rolling elements 29 in motion so that they roll on the friction surfaces 34 of the outer disks 26. As a result of the inclined position of the rolling elements 29 to the direction of movement 32, they do not perform a pure rolling movement, but also a sliding movement at the same time, so that between the outer surfaces of the rolling elements 29 and the friction surfaces 33, 34 of the lamellae 16, 26 there is friction. This friction has the effect that the outer lamellae 26 are entrained and thus a power transmission takes place.
The sliding movement depends on the size of the angle a between the axis of rotation 31 of the rolling elements 29 and the direction of movement 32 and, above all, on the contact pressure acting on the disk pack.
If the frictional connection between the rolling elements 29 and the lamellae 16, 26 is to be interrupted, the coil 3 of the magnet body 2 is supplied with current via the terminal 7, so that a magnetic force field can build up. Starting from the magnet body 2, the lines of force of the force field penetrate the ferromagnetic inner ring 8 and the ferromagnetic outer ring 10 and are forced by the non-magnetic intermediate ring 9 to overcome the air gap between the rings 8, 10 and the pressure plate 17. As a result, the pressure plate 17 is attracted in the direction of the magnet body 2.
The magnetic force thus counteracts the force generated by the springs 20, so that the contact pressure required for the frictional connection is canceled and no more torque can be transmitted.
In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the magnet body 52 carrying the magnet coil 53 and secured against axial displacement by a snap ring 54 is firmly connected to the shaft 51 by means of a feather key 55. Power is supplied via a slip ring 56. Between the legs of the U-shaped magnetic body 52, two ferromagnetic rings 57 and 59 are used, between which a ring 58 made of non-magnetic material is arranged to guide the magnetic lines of force.
The contact force required to generate the frictional connection is applied here by a plate spring 61 which is inserted between the pressure plate 60 as an anchor and the magnet body 52. In order to be able to cool and lubricate the friction surface of the lamellas and the rolling elements sufficiently, the shaft 51 is provided with a feed channel 62 for the coolant and / or lubricant. Via channels 63 arranged in the coupling body, the coolant can flow towards the friction surfaces.
The coupling according to the invention is not limited to the illustrated embodiments, but it can also be formed in the context of the embodiments known in such couplings.