CN113227597B - 用于增材制造系统的磁性离合器 - Google Patents

用于增材制造系统的磁性离合器 Download PDF

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Abstract

一种用于增材制造系统的双向磁性离合器，包括同心布置的内驱动构件(2)和外驱动构件(3)，外驱动构件(3)包围内驱动构件(2)，内驱动构件和外驱动构件(2，3)能够相对于彼此旋转。内驱动构件(2)包括至少两个面向外的凹部(5，6)，并且外驱动构件(3)包括至少两个面向内的凹部(8，9)。每个面向外的凹部(5，6)包括铁磁材料的可径向移动的辊构件(10，11)。内驱动构件(2)还包括磁性偏置系统(12)，磁性偏置系统(12)配置成将辊构件(10，11)磁性偏置到面向外的凹部(5，6)中。双向磁性离合器还包括磁性致动器(13)，磁性致动器至少部分地围绕外驱动构件(3)周向布置并且配置成保持双向磁性离合器的接合状态或分离状态。

Description

用于增材制造系统的磁性离合器
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造系统的磁性离合器，特别是一种用于增材制造系统的双向磁性离合器。在另一方面，本发明涉及一种用于增材制造系统的挤出机头，该挤出机头包括这种双向磁性离合器。
背景技术
美国专利发表US 9,816,571B1公开了一种双向耦合器，该双向耦合器选择性地将驱动元件耦合到从动元件以及将驱动元件与从动元件分离。所述耦合器包括具有外轴槽的外轴和具有内轴槽的内轴，其中内轴和外轴配置成彼此独立地旋转。所述耦合器还包括滚珠轴承，滚珠轴承设置在内轴槽内，并且具有一定尺寸，使得当滚珠轴承位于内轴槽的中心部分时，轴承不干涉外轴的旋转，其中滚珠轴承通过位于内轴中的磁体保持在该位置。内轴在预定转速以上的旋转导致滚珠轴承接合外轴槽，从而导致内轴锁定到外轴上并与外轴一起旋转。
上述双向耦合器要求内轴必须具有非零转速以使滚珠轴承朝外环移动，并因此防止内环和外环之间的相对旋转。然而，当内轴旋转并且滚珠轴承向外移动时，在某一点处，由于滚珠轴承突然接合槽的端部，两个环都会受到冲击而突然地锁定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性离合器，特别是用于增材制造系统的双向磁性离合器(a two-way magnetic clutch or bidirectional magnetic clutch)，其允许驱动构件和从动构件更平滑地和基本上静止的方式耦合。本发明的多个双向磁性离合器可用于获得方便的磁性离合器选择布置，以选择由单个驱动轴驱动的一个或多个进料器。
根据本发明，提供了一种在前序部分中限定的类型的双向磁性离合器，其包括同心布置的内驱动构件和外驱动构件，外驱动构件包围内驱动构件，其中内驱动构件和外驱动构件可相对于彼此旋转。
内驱动构件在外圆周表面处包括至少两个面向外的凹部，并且外驱动构件在内圆周表面处包括至少两个面向内的凹部。每个面向外的凹部包括铁磁材料的可径向移动的辊构件，并且所述辊构件的直径小于接收其的所述面向外的凹部的深度，即内接收深度，并且其中每个面向内的凹部具有小于每个辊构件的直径的深度，即外接收深度。
内驱动构件还设置有磁性偏置系统，所述磁性偏置系统配置成通过偏置磁场将辊构件磁偏置到面向外的凹部中。
所述双向磁性离合器还包括磁性致动器，所述磁性致动器至少部分地围绕所述外驱动构件周向布置，并且配置成接合/提供外部磁场以保持所述双向磁性离合器的接合状态，在所述接合状态中，所述至少两个面向外的凹部和所述至少两个面向内的凹部基本上对准/对齐，并且所述辊构件通过所述外部磁场磁性地吸引到所述面向内的凹部中，并且
其中，所述磁性致动器还配置成移除所述外部磁场以保持所述双向磁性离合器的分离状态，在所述分离状态中，所述辊构件通过所述磁性偏置系统磁性地偏置到所述面向外的凹部中，例如完全偏置到所述面向外的凹部中。
根据本发明，在双向磁性离合器的分离状态下，每个辊构件完全接收在其相应的面向外的凹部内，并且因此内驱动构件和外驱动构件能够相对于彼此旋转。在双向磁性离合器的接合状态下，每个辊构件部分地接收在面向内的凹部内以及面向外的凹部中，从而阻挡内驱动构件与外驱动构件之间的相对旋转。这样，双向磁性离合器能够允许沿两个旋转方向传递扭矩，即沿顺时针方向和逆时针方向传递扭矩。
在一个实施方式中，磁性偏置系统包括一个或多个辊构件，其中一个或多个辊构件是磁性辊构件。在该实施方式中，通过由磁性辊构件提供的偏置磁场，并因此通过辊构件之间的磁性相互作用，辊构件磁性地偏置到它们各自的面向外的凹部内。不同的实施方式是可以想到的，例如一个辊构件是吸引一个或多个其它的磁性辊构件的永磁体，或者多个辊构件中的每一个都是彼此吸引的永磁体。
在另一实施方式中，磁性偏置系统包括布置在内驱动构件中的永磁体，并且该永磁体插入在至少两个面向外的凹部中的两个凹部之间。在该实施方式中，两个辊构件通过与永磁体的磁相互作用而磁性地偏置到它们相应的面向外的凹部内。
在另一方面，本发明涉及一种用于增材制造系统的挤出机头，该挤出机头利用本发明的上述双向磁性离合器。所述挤出机头包括第一挤出机喷嘴、驱动轴和第一长丝进料器，第一长丝进料器设置有从动的第一夹持轮，所述第一夹持轮配置成用于旋转和接合第一长丝材料，以使所述第一长丝材料朝向或远离所述第一挤出机喷嘴移动，其中所述挤出机头还包括
如上所述的第一双向磁性离合器，其中所述第一双向磁性离合器布置成使所述第一夹持轮与所述驱动轴接合和分离。
本发明的双向磁性离合器非常地适合用于增材制造系统的挤出机头中，其中第一长丝进料器能够以可靠且有效的方式连接到驱动轴或从驱动轴断开连接，以用于控制第一长丝材料进入到第一挤出机喷嘴或从第一挤出机喷嘴移出。
在一个实施方式中，挤出机头还包括第二挤出机喷嘴和第二长丝进料器，第二长丝进料器设有从动的第二夹持轮，所述第二夹持轮配置成用于旋转和接合第二长丝材料，以使第二长丝材料朝向或远离第二挤出机喷嘴移动，其中挤出机头还包括
如上所述的第二双向磁性离合器，其中所述第二双向磁性离合器布置成使所述第二夹持轮与所述驱动轴接合和分离。
本发明的挤出机头特别有利，因为它容易地允许任意多个长丝进料器连接到挤出机头的单个公共驱动轴和从公共驱动轴断开。此外，由于挤出头的多个双向磁性离合器中的每一个允许驱动轴反向旋转，因此可以方便且快速地选择多个长丝材料中的哪个长丝材料供应到多个挤出机喷嘴中的一个或从多个挤出机喷嘴中的一个收回。结果，本发明的挤出机头提供了简单而有效的设计，并且由于多个双向磁性离合器能够沿着挤出机头的驱动轴以紧密的并排布置方式布置，因此能够使挤出机头紧凑。
附图说明
现在将通过参考如附图中所示的多个说明性实施方式来描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的实施方式的分离的双向磁性离合器的横截面；
图2示出了根据本发明的实施方式的接合的双向磁性离合器的横截面；
图3示出了根据本发明的另一实施方式的分离的双向磁性离合器的横截面；
图4示出了根据本发明的另一实施方式的接合的双向磁性离合器的横截面；
图5示出了根据本发明实施方式的喷嘴提升组件的剖视图，该喷嘴提升组件具有分离的双向磁性离合器的枢转操作的磁性致动器；
图6示出了根据本发明实施方式的喷嘴提升组件的剖视图，所述喷嘴提升组件具有接合的双向离合器的枢转操作的磁性致动器；
图7示出了图6的一部分的详细视图；
图8示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于增材制造系统的挤出机头的实施方式；
图9示出了根据本发明的实施方式的挤出机头的一部分的立体图；以及
图10示出了图9的挤出机头的剖视图。
具体实施方式
图1和图2分别示出了根据本发明的实施方式的增材制造系统的分离和接合的双向磁性离合器1的横截面。在所示的实施方式中，双向磁性离合器包括同心布置的内驱动构件2(例如圆形内驱动构件2)和外驱动构件3(例如圆形外驱动构件3)，外驱动构件3在所示的横截面中包围内驱动构件2，其中内驱动构件2和外驱动构件3可相对于彼此旋转。
内驱动构件2在外圆周表面4处包括四个面向外的凹部5、5a、6、6a，并且其中外驱动构件3在内圆周表面7处包括四个面向内的凹部8、8a、9、9a。尽管未示出，但应当注意，在外圆周表面4和内圆周表面7之间可以存在环形间隙，以最小化他们之间的摩擦并且允许内驱动构件2和外驱动构件3相对于彼此自由旋转。
每个面向外的凹部5、5a、6、6a包括铁磁材料的可径向移动的辊构件10、10a、11、11a，所述辊构件的直径小于接收他在其中的面向外的凹部5、5a、6、6a的内接收深度d1。此外，每个面向内的凹部8、8a、9、9a具有外接收深度d2，外接收深度d2小于可接收在其中的每个辊构件10、10a、11、11a的直径。在一个实施方式中，辊构件10、10a、11、11a可以是球形或圆柱形的。
内接收深度d1应当被解释为与用于接收辊构件10、10a、11、11a的每个面向外的凹部5、5a、6、6a相关联的最大深度。通过说辊构件10、10a、11、11a的直径小于内接收深度d1，意味着辊构件10、10a、11、11a在完全接收在其相关的面向外的凹部5、5a、6、6a内时将不会突出超过外圆周表面4。
外接收深度d2同样应当被解释为与用于接收辊构件10、10a、11、11a的每个面向内的凹部8、8a、9、9a相关联的最大深度。通过说，外接收深度d2小于每个辊构件10、10a、11、11a的直径意味着辊构件在完全接收在面向内的凹部8、8a、9、9a内时将突出超过内圆周表面7。
应当注意，面向外的凹部5、5a、6、6a和面向内的凹部8、8a、9、9a可以具有不同的形状，并且因此内接收深度d1和外接收深度d2不需要被看作凹部的最深点。例如，如图1和图2所示，每个凹部5、5a、6、6a、8、8a、9、9a可以是锥形的，使得辊构件10、10a、11、11a实际上不能接触凹部的最深点。因此，如前所述，内和外接收深度d1、d2必须被解释为指示辊构件10、10a、11、11a可以接收在凹部内的最大深度，而不管凹部实际几何形状。
如图1进一步所示，内驱动构件2设置有磁性偏置系统12，磁性偏置系统12配置成通过由磁性偏置系统12提供的偏置磁场Fb将辊构件10、10a、11、11a磁偏置到面向外的凹部8、8a、9、9a中，因此，借助于辊构件10、11的铁磁材料，磁性偏置系统12通过磁性接合将辊构件10、11中的每一个偏置到它们各自的面向外的凹部5、5a、6、6a中。
双向磁性离合器还可以包括至少部分地围绕外驱动构件3周向布置的磁性致动器13，并且其中磁性致动器13配置成提供/接合外部磁场F，以保持双向磁性离合器的接合状态，参见图2，并且在所述接合状态中，四个面向外的凹部5、5a、6、6a和四个面向内的凹部8、8a、9、9a基本上对准，并且其中辊构件10、10a、11、11a通过外部磁场F磁性地吸引到面向内的凹部8、8a、9、9a中，磁性致动器13还配置成分离或移除外部磁场F，以保持双向磁性离合器的分离状态，参见图1，其中辊构件10、10a、11、11a通过磁性偏置系统12磁性地偏置(拉动)到面向外的凹部5、5a、6、6a中。
根据本发明，在如图1所示的双向磁性离合器1的分离状态下，由于磁性偏置系统12，每个辊构件10、10a、11、11a完全容纳在它们各自的面向外的凹部5、5a、6、6a内。使得外驱动构件3可相对于内驱动构件2自由旋转，在如图2所示的双向磁性离合器的接合状态下，每个辊构件10、10a、11、11a部分地容纳在对准的面向内的凹部8、9中，以及部分地容纳在它们各自的面向外的凹部5、6中。如图所示，一旦每个辊构件10、10a、11、11a部分地容纳在对准的面向内的凹部8、8a、9、9a内，顺时针和逆时针旋转都被阻止，并且因此本发明的双向磁性离合器作为双向磁性离合器操作。
在有利的实施方式中，磁性偏置系统12包括至少两个辊构件，其中辊构件是永磁性辊构件。在该实施方式中，磁性偏置系统12由辊构件10、10a、11、11a形成，所述辊构件通过由辊构件10、10a、11、11a提供的偏置磁场Fb将它们自身磁偏置到它们各自的面向外的凹部5、5a、6、6a中。该实施方式提供了一种简单的设计，其中，辊构件10、10a、11、11a通过其间的磁性接合而表现出自我偏置行为，使得在双向磁性离合器的分离状态下，辊构件10、10a、11、11a相互吸引到它们各自的面向外的凹部5、5a、6、6a中。
注意，当双向磁性离合器处于图2所示的接合状态时，磁性致动器13提供外部磁场F，该外部磁场F足够强以克服由磁性偏置系统12提供的作用在每个辊构件10、10a、11、11a上的偏置力，并且因此当面向外和面向内的凹部对准时，磁性致动器13允许辊构件10、10a、11、11a被拉入面向内的凹部8、8a、9、9a中。
图3和图4分别示出了根据本发明的另一实施方式的分离和接合的双向磁性离合器的横截面。在所示的实施方式中，磁性偏置系统12可以包括插入在内驱动构件2的两个面向外的凹部5、5a、6、6a之间的永磁体14。在该实施方式中，永磁体14包括相对的磁极“N”和“S”，每个磁极都面向辊构件10、10a、11、11a中的一个。在该实施方式中，永磁体14提供偏置磁场Fb，用于当外部磁场F被磁性致动器13移除时，将辊构件10、10a、11、11a磁性偏置到它们各自的面向外的凹部5、5a、6、6a中，以保持双向磁性离合器的分离状态。注意，在该实施方式中，四个辊构件10、10a、11、11a本身不需要是磁性的，而是由于它们的铁磁材料，插入在辊构件10、10a、11、11a之间的永磁体14、14a、14b、14c确保偏置磁场Fb与两个辊构件10、10a、11、11a相互作用，并因此将辊构件10、10a、11、11a拉入它们各自的面向外的凹部5、5a、6、6a内。
重要的是，从图1至图4中可以注意到，很明显，本发明的双向磁性离合器可以利用任意多个辊构件10、11、10a、11a以及相应的多个面向外的凹部5、5a、6、6a和面向内的凹部8、8a、9、9a。
在示例性实施方式中，如图1和图2所示，对于任意多个辊构件10、11、10a、11a，磁性偏置系统12可以包括任意多个辊构件10、11、10a、11a，其中，辊构件10、11、10a、11a中的每一个是永磁性辊构件10、11、10a、11a，当双向磁性离合器处于分离状态时，这些辊构件通过相互的磁相互作用而表现出自我偏置行为以保持安置在它们各自的面向外的凹部5、6、5a、6a内。
在另一示例性实施方式中，如图3和4所示，对于任意多个辊构件10、11、10a、11a，即在该情况下为四个，磁性偏置系统12可包括多个永磁体14、14a、14b、14c，每个永磁体都插入一对面向外的凹部5、6、5a、6a之间。例如，对于四个面向外的凹部5、6、5a、6a，可以设置四个永磁体14、14a、14b、14c以形成磁性偏置系统12，并且其中四个永磁体14、14a、14b、14c中的每一个都插入一对面向外的凹部5、6、5a、6a之间。
如图3和图4所示，对于形成磁性偏置系统12的多个永磁体14、14a、14b、14c，在一个实施方式中，永磁体14、14a、14b、14c中的每一个包括北磁极N和南磁极S，并且其中多个永磁体14、14a、14b、14c的N磁极和S磁极交替布置。例如，给定插入第一对面向外的凹部5、6之间的第一永磁体14，以及给定插入第二对面向外的凹部5、5a之间的第二永磁体14b，则第一永磁体14的N磁极面对第二永磁体14a的S磁极。磁极N和S的这种交替布置允许由磁性偏置系统12提供足够强的偏置磁场Fb，用于将多个辊构件10、11、10a、11a中的每一个偏置(即吸引)到它们各自的面向外的凹部5、6、5a、6a中。
注意，在一个实施方式中，可以想到的是，磁性偏置系统12可以包括多个永磁性辊构件10、11、10a、11a和多个永磁体14、14a、14b、14c的组合，每个永磁体都插入一对面向外的凹部5、6、5a、6a之间。该实施方式将允许多个辊构件10、11、10a、11a具有磁性自我偏置行为和多个辊构件10、11、10a、11a中的每一个通过多个永磁体14、14a、14b、14c磁性偏置进入它们各自的面向外的凹部5、6、5a、6a中的组合。
参照图1至图4，在一个实施方式中，磁性致动器13可以包括磁性接合构件15，该磁性接合构件能够在相对于外驱动构件3的远端径向位置与相对于外驱动构件3的近端径向位置之间移动，其中，外部磁场F由处于近端径向位置的永磁体接合构件15提供，以用于保持双向磁性离合器1的接合状态，并且其中，外部磁场F由处于远端径向位置的永磁体接合构件15移除，以用于保持双向磁性离合器1的分离状态。在一个实施例中，在近端径向位置，永磁体接合构件15和外驱动构件3之间存在间隙，允许外驱动构件3在双向磁性离合器处于接合状态时相对于永磁体接合构件15旋转。因此，在该实施方式中，永磁体接合构件15不与外驱动构件3机械/物理接触。
在该实施方式中，通过简单地将永磁体接合构件15朝向外驱动构件3移动到近端径向位置，允许双向磁性离合器处于接合状态，因为外部磁场F将与两个辊构件10、11相互作用，并且因此允许辊构件10、11中的每一个在与面向外的凹部5、6对齐时移动并被拉入面向内的凹部8、9中，因为面向内的凹部8、9中的每一个的外接收深度d2小于两个辊构件10、11中的每一个的直径，所以允许内驱动构件2和外驱动构件3之间的相对旋转在所有方向上被阻止，因为两个辊构件10、11中的每一个部分地接收在面向外的凹部5、6中以及部分地接收在面向内的凹部8、9中。
相反地，通过简单地使永磁体接合构件15远离内驱动构件3朝向远端径向位置移动，允许双向磁性离合器处于分离状态，因为两个辊构件10、11中的每一个通过磁性偏置系统12偏置到它们各自的面向外的凹部5、6中。
在一个实施方式中，永磁体接合部件15可包括两个(或更多)永磁体15a、15b，永磁体15a、15b定位成使得它们接合两个辊构件10、11，以提供外部磁场F。如图所示，两个永磁体15a、15b中的每一个都具有北磁极N和南磁极S，其中一个磁极设置成面对两个辊构件10、11中的一个，在所示的示例性实施方式中，每个永磁体15a、15b的南磁极S设置成面对辊构件10、11，在另一个实施方式中，每个永磁体15a、15b的北磁极N可以设置成面对辊构件10、11。
如图1至图4进一步所示，在一个实施方式中，永磁体接合构件15可包括与外驱动构件3的弯曲外表面17共形的弯曲内表面16，即以共形方式成形，在该实施方式中，永磁体接合构件15的弯曲内表面16允许其与外驱动构件3的弯曲外表面17紧密地近端接合，以最大化用于与两个辊构件10、11相互作用的外部磁场F的场强，使得当面向外的凹部5、6和面向内的凹部8、9对准时，进一步确保双向磁力离合器的接合状态。
在一个实施方式中，磁性致动器13可以包括布置在外驱动构件3的相对侧上的两个磁性接合构件15、18，并且其中两个磁性接合构件15、18中的每一个磁性接合构件能够相对于外驱动构件3在远端径向位置和近端径向位置之间移动，其中外部磁场F由在近端径向位置的两个磁性接合构件15、18提供，用于保持双向磁性离合器1的接合状态，并且其中外部磁场F由在远端径向位置的两个磁性接合构件15、18移除，用于保持双向磁性离合器的分离状态。
在该实施方式中，两个辊构件10、11中的每一个都可以与不同的永磁体接合部件15、18相互作用，从而可以根据规格选择两个面向外的凹部5、6和容纳在其中的两个辊构件10、11的圆周分布。例如，在两个面向外的凹部5、6布置在内驱动构件2的相对侧上，即在两个面向外的凹部5、6之间成180°角布置的情况下，那么具有两个相对布置的磁性接合构件15、18允许在双向磁性离合器的接合状态下分别准确地吸引每个辊构件10、11。
具有两个相对布置的磁性接合构件15、18对于任何多个面向外的凹部5、6、5a、6a和接收在其中的辊构件10、11、10a、11a也是有利的。例如，在所示的实施方式中，两个磁性接合构件15、18设置在外驱动构件3的相对侧上，使得两个磁性接合构件15、18中的每一个可以与如图所示四个辊构件10、11、10a、11a中的一个或多个辊构件相互作用，由此允许磁性致动器13与所有四个辊构件10、11、10a、11a磁性地相互作用，以用于沿着内驱动构件2的给定的圆周分布。
从上文可以清楚地看出，在一般实施方式中，磁性致动器13可以围绕外驱动构件3周向地布置360°度以提供也分布在360°度上的外部磁场F，例如借助于相对布置的两个磁性接合构件15各自覆盖例如180°度。外部磁场F的这种360°度分布允许与围绕内驱动构件2周向布置的任何多个辊构件10、11、10a、11a的有效磁相互作用，然而，注意到致动器可替代地仅部分周向布置，以便能够适当地致动辊构件。
在一个实施方式中，两个磁性接合构件15、18中的每一个包括与外驱动构件3的弯曲外表面17共形的弯曲内表面16、19，即以共形方式成形，在该实施方式中，两个磁性接合构件15、18允许与外驱动构件3的弯曲外表面17紧密近端接合，以最大化用于与两个辊构件10、11相互作用的外部磁场F的场强，当然，该实施方式同样允许与外驱动构件3的弯曲外表面17紧密近端接合，以最大化用于与任意多个辊构件10、11、10a、11a相互作用的外部磁场F的场强，例如如图所示的四个，使得当相应的多个面向外的凹部5、6、5a、6a和面向内的凹部8、9、8a、9a对准时，进一步确保双向磁性离合器的接合状态。
在一个实施方式中，两个磁性接合构件15、18中的每一个可以包括两个(或更多个)永磁体15a、15b、18a、18b，所述永磁体定位成使得它们可以接合两个辊构件10、11或任何多个辊构件10、11、10a、11a，以提供外部磁场F。每个永磁体15a、15b、18、18b具有北磁极N和南磁极S，其中一个磁极布置成面对辊构件10、11、10a、11，在所示实施方式中，每个永磁体15a、15b、18a、18b的南磁极S布置成面对辊构件10、11、10a、11a。在另一个实施方式中，每个永磁体15a、15b、18a、18b的北磁极N可以布置成面对辊构件10、11、10a、11a。
转到图5和图6，图5和图6中的每一个分别示出了根据本发明的实施例的喷嘴提升组件50的剖视图，其中喷嘴提升组件50分别带有分离的和接合的双向磁性离合器的致动器13的枢转操作的接合构件15、18。
在该实施方式中，喷嘴提升组件50包括围绕驱动轴2可枢转地设置的主体51，主体51包括喷嘴支撑臂52和杠杆臂53，主体51可以由具有如图5所示的适当切口的金属板形成，在主体51的底侧处，设置连接板54，连接板54可以包括用于控制喷嘴加热和感测的印刷电路板。连接板54通过螺栓55连接到框架51，连接板54可以包括连接器56，连接器56用于将连接板54连接到电源或控制装置(未示出)。在连接板54下方，布置了印刷芯加热器57，印刷芯加热器57可包括感应加热元件。图5和图6还示出了用于将打印材料沉积在构建板(未示出)上的喷嘴58。喷嘴58通过喷嘴固定构件59固定。
在图5和图6所示的实施方式中，两个磁性接合构件15、18中的每一个都围绕相关的枢转点15p、18p枢转地布置。接合构件15、18可以在对应于远端径向位置的远端角αd和对应于近端径向位置的近端角度αp之间枢转，从而允许简单的设计，以便使相对布置的两个磁性接合构件15、18相对于外驱动构件3在远端和近端径向位置之间移动。注意，在该实施方式中，远端角αd和近端角αp都可以相对于线C测量，在双向磁性离合器的接合状态下，相对布置的两个磁性接合构件15、18在该线C处相遇，参见例如图6。
如进一步所示，在一个实施方式中，两个磁性接合构件15、18可以通过齿轮传动装置20连接，该齿轮传动装置配置成使两个磁性接合构件15、18在相反的旋转方向上在远端角αd和近端角αp之间同步旋转。这种齿轮传动装置的布置确保当两个磁性接合构件15、18朝向近端径向位置移动时，由两个磁性接合构件15、18施加的外部磁场F引起所有辊构件的吸引力的基本相等的增加。
返回参考图1至图4，在一般实施方式中，外部磁场F在双向磁性离合器的接合状态下呈现或具有与两个面向外的凹部5、6和两个面向内的凹部8、9基本上对准的相关径向取向的磁场线，从而提供每个辊构件10、11进入到面向内的凹部8、9中的优化的和更强的吸引。
注意，磁性致动器13不需要利用永磁体来提供外部磁场F。例如，在一个替代实施方式中，磁性致动器13是电磁致动器，电磁致动器配置成对应于双向磁性离合器的接合状态和分离状态电子地提供和去除外部磁场F。这种电磁致动器可以包括围绕外驱动构件3周向布置的多个电磁体，所述多个电磁体将被激活以吸引辊构件10、11、10a、11b。
如上所述，当双向磁性离合器处于接合状态时，两个辊构件10、11部分地接收在相应的面向外的凹部5、6和面向内的凹部8、9中，并且只要施加外部磁场F就保持在这种位置。为了在内和外驱动构件2、3之间传递扭矩，两个辊构件10、11中的每一个与内和外驱动构件2、3接触，并且力经由两个辊构件10、11与内和外驱动构件2、3之间的接触区域传递。
图7示出了图6的一部分的详细视图，在所示的实施方式中，内驱动构件2的面向外的凹部5、6中的每一个包括两个相对的凹形内边缘表面21，所述凹形内边缘表面连接到内驱动构件2的外圆周表面4，并且其中，辊构件10、11(未示出)中的每一个包括与两个凹形内边缘表面21共形的(即以共形方式成形的)凸形外表面，在该实施方式中，每个辊构件10、11包括凸形外表面，该凸形外表面用于以共形方式与接收他在其中的面向外的凹部5、6的每个凹形内边缘表面21接合。结果，实现了每个辊构件10、11与内驱动构件2之间的更大接触面积，并且因此当扭矩在内和外驱动构件2、3之间传递时获得了改进的力分布。
根据本发明，磁性致动器13围绕外驱动构件3周向地布置，并且配置成提供用于保持双向磁性离合器的接合状态的外部磁场F。如上所述，磁性致动器13可以包括两个相对的磁性接合构件15、18，或者，磁性致动器13可以是电磁致动器13。在任一情况下，外部磁场F应该与两个辊构件10、11中的每一个或任何多个辊构件10、11、10a、11a具有良好的磁性相互作用。
为了确保在磁性致动器13和两个辊构件10、11或任意多个辊构件10、11、10a、11a之间提供良好的磁性相互作用，提供了一种实施方式，其中内和外驱动构件2、3由塑料材料制成。在该实施方式中，塑料材料的低相对磁导率在双向磁性离合器的接合状态下不会干扰两个辊构件10、11与提供外部磁场F的磁性致动器13之间的磁性相互作用。
在另一方面，本发明还涉及一种用于增材制造系统的挤出机头，该挤出机头利用如上所述的一个或多个双向磁性离合器。特别地，本发明的双向磁性离合器1适于将长丝进料器连接到驱动轴或从驱动轴断开，以控制长丝材料移动到挤出机喷嘴或从挤出机喷嘴移出。本发明的双向磁性离合器特别适用于将多个长丝进料器与共用驱动轴连接和断开，从而选择哪种长丝材料将被送进到多个挤出机喷嘴中的特定挤出机喷嘴或从该特定挤出机喷嘴收回。
鉴于以上所述，图8示意性地示出了根据本发明的用于增材制造系统的挤出机头22的示例性实施方式。在所示的实施方式中，挤出机头22包括第一挤出机喷嘴23a和设置有从动的第一夹持轮25a的第一长丝进料器24a，所述第一夹持轮配置成用于旋转并接合第一长丝材料26a，以使第一长丝材料26a朝向或远离(例如，收回)第一挤出机喷嘴23a移动。挤出机头22还包括如上根据图1至图7所述的本发明的第一双向磁性离合器1a，第一双向磁性离合器1a连接到第一夹持轮25a和挤出机头22的驱动轴27，并且其中第一双向磁性离合器1a布置成使第一夹持轮25a与驱动轴27接合和分离，在该实施方式中，本发明的第一双向磁性离合器1a允许通过磁性致动器13(未示出)使第一夹持轮25a与驱动轴27可靠且快速地连接和断开。此外，第一双向磁性离合器1a允许驱动轴27沿相反的方向D1或D2旋转，使得第一长丝材料26a能够被供应到第一挤出机喷嘴23a或从其收回，参见图8中的各种双箭头以指示可能的相反旋转方向。在一实施方式中，第一长丝进料器24a可设置有第一惰轮28a，第一惰轮28a配置成用于旋转并用于将第一长丝材料26a压靠在第一夹持器轮25a上以用于改进牵引。
在图8的实施方式中，第一夹持轮25a连接到第一双向磁性离合器1a的外驱动构件3a，并且驱动轴27用作第一双向磁性离合器1a的内驱动构件2。在一个替代实施方式中，第一夹持轮25a可连接到第一双向磁性离合器1a的内驱动构件2，并且其中驱动轴27用作第一双向磁离合器1的外驱动构件3a，在任一实施方式中，在第一双向磁离合器1a的接合状态下，驱动轴27可沿两个相反的方向D1或D2旋转，使得第一夹持轮25a沿相反的方向旋转，以将第一长丝材料26a供应至第一挤出机喷嘴23a或从其收回第一长丝材料26a。
本发明的双向磁性离合器理想地适于将多个长丝进料器与挤出机头的驱动轴连接和断开，由此提供用于选择由单个公共驱动轴驱动的一个或多个从动夹持轮的方便磁性离合器选择布置。
例如，在图8的实施方式中，挤出机头22还包括第二挤出机喷嘴23b和设置有从动第二夹持轮25b的第二长丝进料器24b，该从动第二夹持轮配置成用于旋转并接合第二长丝材料26b，以使第二长丝材料朝向或远离第二挤出机喷嘴23b移动。挤出机头22还包括如上根据图1至图7所述的本发明的第二双向磁性离合器1b，第二双向离合器1b包括连接到第二夹持轮25b的外驱动构件3b。第二双向磁性离合器1b布置成使第二夹持轮25b与驱动轴27接合和分离。
在该实施方式中，可以选择是将第一长丝材料26a还是第二长丝材料26b分别从第一挤出机喷嘴23a或第二挤出机喷嘴23b供给还是收回。为此，第一双向磁性离合器1a和第二双向磁性离合器1b中的每一个的磁性致动器(图8中未示出)可相应地被激活或停用，从而以对应的方式将第一夹持轮25a和第二夹持轮25b与驱动轴27连接或断开。
注意，在一个实施方式中，可设想第一双向磁性离合器1a和第二双向磁性离合器1b可同时接合，使得驱动轴27同时驱动第一夹持轮25a和第二夹持轮25b两者，以同时分配第一长丝材料26a和第二长丝材料26b。
在一实施方式中，第二长丝进料器24b可设置有第二惰轮28b，该第二惰轮配置成用于旋转并用于将第二长丝材料26b压靠在第二夹持器轮25b上以用于改进牵引。
从上文可以看出，本发明的挤出机头22容易地允许任意多个长丝进料器24a、24b与挤出机头22的单个公共驱动轴27连接或断开，此外，由于多个双向磁性离合器1a、1b中的每一个允许驱动轴27的沿相反方向D1、D2旋转，所以可以方便且快速地选择多个长丝材料26a、26b中的被供应或收回到多个挤出机喷嘴23a、23b中的一个。结果，本发明的挤出机头22具有更简单的设计，并且可以制造得非常紧凑，因为多个双向磁性离合器1a、1b可以沿着驱动轴27以紧密的并排的布置方式布置。
图9示出了根据本发明的实施方式的挤出机头22的一部分的立体图。挤出机头22也称为打印机头22，在图9中，将挤出机头22的外壳移除以便示出挤出机头22的一些内部，在该实施方式中的挤出机头22包括四个喷嘴提升组件，每个喷嘴提升组件具有打印喷嘴91、92、93和94，以及相关联的长丝入口95、96、97和98。
在该实施方式中的挤出机头22还包括打印机头框架，该打印机头框架包括用于与台架(未示出)的杆协作的第一导向筒101和第二导向筒102。此外，挤出机头22包括布置成使驱动轴27旋转的马达105，也参见图10，驱动轴延伸穿过四个喷嘴提升组件。如图9所示，其中一个喷嘴，即第四喷嘴94，已经被降低，而其它三个吸嘴已经被提升。
图10示出了图9的挤出机头的剖视图，还示出了挤出机头22的壳体80，在图10中，仅两个喷嘴提升组件的一部分是可见的，即，提升喷嘴93和94的部分是可见的，在该实施方式中，喷嘴提升组件每个都包括杠杆臂81、82，杠杆臂81、82可以使用致动机构(未示出)来操纵，以便围绕驱动轴27旋转喷嘴提升组件，在剖视图中，示出了长丝进料器86，长丝进料器86布置成将通过入口98进入的长丝供给到喷嘴94，图10还示出了致动器的两个磁性接合构件15、18。接合构件15、18可枢转地设置在提升组件的主体上，如上面参照图5和6所解释的，在该实施方式中，打印头22包括多个齿轮板84，每个齿轮板包括齿85，齿轮板84的数量与喷嘴提升组件的数量相似。因此，如果打印头22包括四个提升组件，则齿轮板的数量将是四个。齿轮板84相对于打印头22固定。如图10所示，齿轮传动装置20的一些齿与齿轮板84的齿85相互作用，当将杠杆臂82从上部状态压下到下部状态时，相应的提升组件将围绕驱动轴27旋转，由于齿轮传动装置20与齿轮板84的齿85的相互作用，下部接合构件15将相对于提升组件的主体旋转。因此，另一个接合构件，即接合构件18也将旋转，结果，两个接合构件15、18将分开并使离合器进入如图5所示的分离状态，类似地，当杠杆臂82从下部状态提升到上部状态时，相反的情况发生，并且接合构件15、18将使离合器进入接合状态。
根据上述机制的结果，提升的喷嘴的进料器被停用，而降低的喷嘴的进料器被启动。因此，通过操纵杠杆臂81，82，喷嘴92，93都进入正确的位置，而同时进料器86被正确地启动或停止。
在图10所示的情况下，磁性接合构件15，18处于接合状态，类似于图6所示的状态，现在，相关的离合器处于分离状态，并且驱动轴27的旋转不传递到进料器86的齿轮(图10中未示出)，这意味着进料器86被停用。
以上已经参考附图中所示的多个示例性实施例描述了本发明。一些部分或构件的修改和替代实施是可能的，并且包括在如所附权利要求中限定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种用于增材制造系统的双向磁性离合器，包括同心布置的内驱动构件(2)和外驱动构件(3)，所述外驱动构件(3)包围所述内驱动构件(2)，所述内驱动构件(2)和所述外驱动构件(3)能够相对于彼此旋转，
其中，所述内驱动构件(2)在外圆周表面(4)处包括至少两个面向外的凹部(5，6)，并且其中，所述外驱动构件(3)在内圆周表面(7)处包括至少两个面向内的凹部(8，9)，
其中每个面向外的凹部(5，6)包括铁磁材料的可径向移动的辊构件(10，11)，并且所述辊构件(10，11)的直径小于接收其的所述面向外的凹部(5，6)的内接收深度(d1)，并且其中每个面向内的凹部(8，9)具有小于每个辊构件(10，11)的直径的外接收深度(d2)，
其中，所述内驱动构件(2)还设置有磁性偏置系统(12)，所述磁性偏置系统配置成通过偏置磁场(Fb)将所述辊构件(10，11)磁性偏置到所述面向外的凹部(5，6)中，所述双向磁性离合器(1)还包括：
磁性致动器(13)，所述磁性致动器至少部分地围绕所述外驱动构件(3)周向布置并且配置成提供用于保持所述双向磁性离合器的接合状态的外部磁场(F)，在所述接合状态中，所述至少两个面向外的凹部(5，6)和所述至少两个面向内的凹部(8，9)基本上对准并且所述辊构件(10，11)通过所述外部磁场(F)磁性地吸引到所述面向内的凹部(8，9)中，并且
其中，所述磁性致动器(13)进一步配置为移除所述外部磁场(F)以保持所述双向磁性离合器(1)的分离状态，在所述分离状态中，所述辊构件(10，11)通过所述磁性偏置系统(12)磁性偏置到所述面向外的凹部(5，6)中。
2.根据权利要求1所述的双向磁性离合器，其中，所述磁性偏置系统(12)包括一个或多个所述辊构件(10，11)，其中，所述一个或多个所述辊构件(10，11)是磁性辊构件。
3.根据权利要求1或2所述的双向磁性离合器，其中，所述磁性偏置系统(12)包括永磁体(14)，所述永磁体布置在所述内驱动构件(2)中并且介于所述至少两个面向外的凹部(5，6)中的两个凹部之间。
4.根据权利要求1所述的双向磁性离合器，其中所述磁性致动器(13)包括磁性接合构件(15)，所述磁性接合构件能够相对于所述外驱动构件(3)在远端径向位置与近端径向位置之间移动，
其中，所述外部磁场(F)由处于所述近端径向位置的所述磁性接合构件(15)提供，以用于保持所述双向磁性离合器的所述接合状态，并且其中，所述外部磁场(F)由处于所述远端径向位置的所述磁性接合构件(15)移除，以用于保持所述双向磁性离合器(1)的所述分离状态。
5.根据权利要求4所述的双向磁性离合器，其中，所述磁性接合构件(15)包括弯曲内表面(16)，所述弯曲内表面的形状与所述外驱动构件(3)的弯曲外表面(17)的形状一致。
6.根据权利要求1所述的双向磁性离合器，其中，所述磁性致动器(13)包括布置在所述外驱动构件(3)的相对侧上的两个磁性接合构件(15，18)，并且其中，所述两个磁性接合构件(15，18)中的每一个磁性接合构件能够相对于所述外驱动构件(3)在远端径向位置与近端径向位置之间移动，
其中，所述外部磁场(F)由处于所述近端径向位置的所述两个磁性接合构件(15，18)提供，以用于保持所述双向磁性离合器的所述接合状态，并且其中，所述外部磁场(F)由处于所述远端径向位置的所述两个磁性接合构件(15，18)移除，以用于保持所述双向磁性离合器的所述分离状态。
7.根据权利要求6所述的双向磁性离合器，其中，所述两个磁性接合构件(15，18)中的每一个磁性接合构件包括弯曲内表面(16，19)，所述弯曲内表面的形状与所述外驱动构件(3)的弯曲外表面(17)的形状一致。
8.根据权利要求6或7所述的双向磁性离合器，其中，所述两个磁性接合构件(15、18)中的每一个磁性接合构件均以可枢转的方式布置在与所述远端径向位置相对应的远端角(αd)和与所述近端径向位置相对应的近端角(αp)之间。
9.根据权利要求8所述的双向磁性离合器，其中，所述两个磁性接合构件(15，18)通过齿轮传动装置(20)连接，所述齿轮传动装置配置成使所述两个磁性接合构件(15，18)在所述远端角(αd)与所述近端角(αp)之间沿相反的旋转方向同步地旋转。
10.根据权利要求1所述的双向磁性离合器，其中，在所述双向磁性离合器(1)的所述接合状态下，所述外部磁场(F)具有与所述面向外的凹部(5，6)和所述面向内的凹部(8，9)基本上对准的相关的径向取向的磁场线。
11.根据权利要求1所述的双向磁性离合器，其中，所述磁性致动器(13)是电磁致动器，所述电磁致动器配置成分别与所述双向磁性离合器(1)的所述接合状态和分离状态相对应地以电子方式接合和分离所述外部磁场(F)。
12.根据权利要求1所述的双向磁性离合器，其中，所述内驱动构件(2)和所述外驱动构件(3)由塑料材料制成。
13.一种用于增材制造系统的挤出机头(22)，包括挤出机喷嘴(23a；93)、驱动轴(27)和长丝进料器(24a；86)，所述长丝进料器设有从动的夹持轮(25a)，所述夹持轮配置成用于旋转和接合长丝材料(26a)以使所述长丝材料朝向或远离所述挤出机喷嘴(23a；93)移动，其中，所述挤出机头(22)还包括
根据权利要求1所述的双向磁性离合器(1a)，其中，所述双向磁性离合器(1a)布置成使所述夹持轮(25a)与所述驱动轴(27)接合和分离。
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