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Für die Anmeldung wird die Priorität der am 24. Dezember 2004 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-374512 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die Erfindung betrifft eine Ankerscheibe, durch welche magnetische Feldlinien hindurch verlaufen, die von einem Elektromagneten erzeugt werden, eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung unter Verwendung der Ankerscheibe, und ein Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe.
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Das
japanische ungeprüfte Patent mit der Offenlegungsnummer Hei 11-153157 offenbart eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung, bei der ein Elektromagnet einen Anker anzieht, um eine Steuerkupplung (Reibungskupplung) einzukuppeln. Die Steuerkupplung betätigt einen Nockenmechanismus durch die Antriebskraft eines Motors, die über die Steuerkupplung auf den Nockenmechanismus wirkt. Der Nockenmechanismus kuppelt durch seine Schubleistung einen Hauptkupplungsmechanismus.
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Die magnetischen Feldlinien von dem Elektromagneten werden von einem magnetischen Rotor (hinteres Gehäuse) über die Pilotkupplung an den Anker angelegt. Der Rotor wird von einem nichtmagnetischen Ring (ringförmiger Abschnitt) magnetisch getrennt, wodurch Kurzschlüsse zwischen den abgehenden und umkehrenden magnetischen Feldlinien verhindert werden. Dieser Ring ist mittels Elektronenstrahlschweißen an den Rotor geschweißt.
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Das Elektronenstrahlschweißen, das bei dieser Antriebskraftübertragungsvorrichtung durchgeführt wird, erfolgt entlang dem gesamten Umfang des Ringes, wodurch die Fertigungszeit dementsprechend lang ist. Dies verschlechtert die Produktivität. Das Elektronenstrahlschweißen neigt zu einer ungleichmäßigen Schweißung. Variationen beim Schleifen, welche durch die ungleichmäßige Schweißung verursacht werden, bewirken ein schwieriges Formen des Ringes und des Rotors, wodurch die Qualität variiert wird.
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Die
JP 55 145 825 A offenbart eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus einem aus Pulver komprimierten Körper und einem Reibelement gebildet ist.
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Die
JP 08 152 029 A offenbart eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus einem Abschirmelement gebildet ist.
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Die
EP 0 756 296 A2 beschreibt eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus geschmolzenen Körpern und jeweils einer einzigen Ausnehmung gebildet ist.
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Die
US 5 735 375 A beschreibt eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus vorgeformten Presskörpern gebildet ist.
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Die
DE 694 23 559 T2 beschreibt eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus gelöteten Ringen und jeweils einer einzigen Ausnehmung gebildet ist.
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Die
DE 29 11 874 A1 offenbart eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus einem vorgefertigten Verbindungsstück mit einer einzigen Ausnehmung gebildet ist.
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Die
DE 37 22 146 C2 beschreibt eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus einem ringförmigen Band gebildet ist.
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Die
DE 1 922 802 U beschreibt eine Ankerscheibe für eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung, mit magnetischen Abschnitten und einem diese miteinander verbindenden nichtmagnetischen Abschnitt, der aus einem Lot oder einer Zone und jeweils einer einzigen Ausnehmung gebildet ist. Mit der Erfindung werden eine Ankerscheibe, eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung unter Verwendung der Ankerscheibe, und ein Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe mit einer ausgezeichneten Produktivität, geringen Kosten und einer stabilen Qualität geschaffen.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Ankerscheibe, eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung und ein Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe nach den Merkmalen aus den Ansprüchen 1, 4 bzw. 5 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Ankerscheibe werden der erste und der zweite magnetische Abschnitt mittels des nichtmagnetischen Abschnitts miteinander verbunden und magnetisch voneinander isoliert. Dies verhindert wirksam einen magnetischen Kurzschluss zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Abschnitt, wodurch eine stabile Qualität der Ankerscheibe erreicht wird.
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Im Unterschied zum Stand der Technik wird der Schritt des Schweißens (Elektronenstrahlschweißen) beseitigt, wodurch die Fertigungszeit verkürzt wird und die Produktivität erhöht wird, so dass die Herstellungskosten verringert werden.
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Ein zu sinterndes Pulver aus nichtmagnetischem Material wird in einer kurzen Zeit geschmolzen. Dies erhöht die Produktivität und bildet eine Struktur, welche die miteinander verbundenen magnetischen Abschnitte eng zusammenhält, wodurch eine gewünschte Festigkeit sichergestellt wird.
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Die Vertiefung des nichtmagnetischen Abschnitts definiert einen Luftraum, wodurch deren Magnetoresistenz die Wirkung der magnetischen Isolierung, d. h. der Verhinderung des Durchlassens magnetischer Feldlinien verbessert.
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Der nichtmagnetische Abschnitt weist nach dem Warmsintern winzige Räume auf. Die winzigen Räume, die mit Luft gefüllt sind, verbessern die Abfederung. Die winzigen Räume, die mit Öl gefüllt sind, verbessern die Kühlung und Schmierung.
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Der Rotor oder der Anker zum Durchlaufen der magnetischen Feldlinien durch diesen hindurch verwendet die Ankerscheibe. Diese Struktur wird mit geringen Kosten hergestellt und ermöglicht stabile magnetische Eigenschaften, einen stabilen Betrieb und ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten.
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Das Herstellungsverfahren für die Ankerscheibe hat eine ausgezeichnete Produktivität und ermöglicht eine Massenfertigung der Ankerscheibe mit stabiler Qualität bei geringen Kosten.
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Die Struktur, bei der die magnetischen Abschnitte nicht als eine Mehrzahl von separaten Teilen, sondern als ein einziger Körper konfiguriert sind, verhindert eine Kostenerhöhung und eine Komplexität, die mit der Bearbeitung der magnetischen Abschnitte, der Prozesssteuerung, und dergleichen verbunden ist.
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Das Herstellungsverfahren positioniert die magnetischen Abschnitte mittels der Form. Dadurch wird der Prozess durch Beseitigung des Schritts des Wegschleifens eines unnötigen Abschnitts zwischen den magnetischen Abschnitten nach dem Sintern vereinfacht. Mit dem Herstellungsverfahren wird eine hohe Abmessungsgenauigkeit der Ankerscheibe erhalten und die Fertigungszeit reduziert.
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Das Herstellungsverfahren umfasst den Schritt des Füllens einer vorbestimmten Menge an Pulver aus nichtmagnetischem Material, welches in dem Zwischenraum platziert wird. Dieser Schritt bestimmt das Verhältnis des nichtmagnetischen Abschnitts zu den magnetischen Abschnitten nach dem Sintern. Das Füllen der Menge des nichtmagnetischen Materials bestimmt im Voraus die relativen Positionen (z. B. die Größe der Vertiefung) der Endabschnitte des nichtmagnetischen Abschnitts nach dem Sintern hinsichtlich der Bezugspositionen, wie der axialen Endabschnitte (Stirnflächen) der magnetischen Abschnitte.
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Bei dem Herstellungsverfahren wird das Sintern innerhalb des Wärmeofens durchgeführt, so dass eine stabile Atmosphäre in dem Wärmeofen gebildet wird. Das Verfahren ermöglicht einen gleichmäßigen und kontinuierlichen Sintervorgang an jeder Ankerscheibe, wodurch die Massenfertigung weiter verbessert wird.
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Die Oberfläche der Ankerscheibe wird derart nachbearbeitet, dass die Ankerscheibe vorbestimmte Abmessungen hat. Mit dem Herstellungsverfahren wird die Ankerscheibe stabil und genau zu einer endgültigen Form geformt.
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Das Füllen und das Warmsintern des Pulvers werden mehrere Male wiederholt, wodurch Sinterschichten gebildet werden. Mit dem Herstellungsverfahren werden ein ungleichmäßiges Sintern in dem nichtmagnetischen Abschnitt verhindert, eine stabile und dichte innere Struktur ermöglicht, und die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt und den magnetischen Abschnitten erhöht.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1A einen Schnitt einer Ankerscheibe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung entlang einer Linie 1A-1A in 1B;
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1B eine Draufsicht der Ankerscheibe aus 1A;
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2 einen Schnitt einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Ankerscheibe in einem Schritt des Anordnens zweier einstückig mit einem magnetischen Bodenabschnitt verbundener, innen- und außenumfangsseitiger magnetischer Abschnitte mit einem Zwischenraum;
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3 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem dem Schritt aus 2 folgenden Schritt des Füllens von nichtmagnetischem Material in den Zwischenraum;
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4 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem dem Schritt aus 3 folgenden Schritt des Herstellens der Ankerscheibe in einem Wärmeofen mittels Warmsintern;
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5 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem Schritt des Kühlens der Ankerscheibe nach dem Warmsintern;
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6 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem dem Schritt aus 5 folgenden Schritt des Nachbearbeitens der Ankerscheibe nach dem Kühlen;
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7 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem Schritt des Schleifens des ringförmigen Bodenabschnitts und des Feinschleifens eines nichtmagnetischen Abschnitts;
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8A einen Schnitt eines außenumfangsseitigen magnetischen Abschnitts einer Ankerscheibe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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8B einen Schnitt eines innenumfangsseitigen magnetischen Abschnitts der Ankerscheibe gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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9 einen Schnitt einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Ankerscheibe in einem Schritt des Setzens der innen- und außenumfangsseitigen magnetischen Abschnitte auf eine Form unter Bildung eines Zwischenraumes;
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10 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem dem Schritt aus 9 folgenden Schritt des Füllens von nichtmagnetischem Material in den Zwischenraum;
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11 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem dem Schritt aus 10 folgenden Schritt des Herstellens der Ankerscheibe in einem Wärmeofen mittels Warmsintern;
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12 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem Schritt des Kühlens der Ankerscheibe nach dem Warmsintern;
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13 einen Schnitt der Ankerscheibe in einem dem Schritt aus 12 folgenden Schritt des Nachbearbeitens der Ankerscheibe nach dem Kühlen und des Feinschleifens eines nichtmagnetischen Abschnitts;
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14 einen Schnitt einer elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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15 einen Schnitt einer elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf 1A bis 7 werden eine Ankerscheibe 1 und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die in der Beschreibung genannten Teile ohne Bezugszeichen sind in der Zeichnung nicht gezeigt.
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Die Ankerscheibe 1, durch welche magnetische Feldlinien hindurch verlaufen, die von einem Elektromagneten erzeugt werden, weist einen ersten magnetischen Abschnitt 3 und einen zweiten magnetischen Abschnitt 5 auf, welche aus einem magnetischen Material hergestellt sind und an der radialen Innen- bzw. Außenumfangsseite platziert sind. Die Ankerscheibe 1 weist ferner einen ringförmigen nichtmagnetischen Abschnitt 7 auf, welcher zwischen den magnetischen Abschnitten 3 und 5 angeordnet ist, um diese durch Warmsintern miteinander zu verbinden. Der nichtmagnetische Abschnitt 7 ist vor dem Warmsintern aus einem Pulver aus nichtmagnetischem Material 9 hergestellt. Der nichtmagnetische Abschnitt 7 ist von Stirnflächen 11 an den axialen Enden der magnetischen Abschnitte 3 und 5 ausgespart und ist weniger als die magnetischen Abschnitte 3 und 5 magnetisiert. Ein Magnetkreis MC weist einen ersten und einen zweiten Magnetpfad P1 und P2 auf, die in Breitenrichtung entgegengesetzt durch die magnetischen Abschnitte 3 und 5 hindurch verlaufen. Der nichtmagnetische Abschnitt 7 trennt den ersten und den zweiten Magnetpfad P1 und P2 magnetisch voneinander.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe 1 wird in einem ersten Schritt ein Zwischenraum 15 zwischen den magnetischen Abschnitten 3 und 5 zu einer vorbestimmten Form unter Bildung eines magnetischen Bodenabschnitts 17 geformt, welcher die magnetischen Abschnitte 3 und 5 an den Innen- und Außenumfangsseiten einstückig miteinander verbindet. In einem zweiten Schritt wird der Zwischenraum 15 in Vertikalrichtung nach oben ausgerichtet, und eine vorbestimmte Menge an Pulver aus nichtmagnetischem Material 9 wird bemessen und in dem Zwischenraum 15 platziert. In einem dritten Schritt wird das nichtmagnetische Material 9 durch Warmsintern in einem Wärmeofen 19 mit den magnetischen Abschnitten 3 und 5 verbunden, und dann wird die Ankerscheibe 1 abgekühlt. In einem vierten Schritt wird die Oberfläche der Ankerscheibe 1 auf vorbestimmte Abmessungen nachbearbeitet. Nach dem ersten Schritt werden der zweite und der dritte Schritt mehrmals wiederholt.
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Mit Bezug auf 1A und 1B hat die Ankerscheibe 1 eine ringförmige Struktur, wobei der erste magnetische Abschnitt 3 an der Innenumfangsseite und der zweite magnetische Abschnitt 5 an der Außenumfangsseite ausgebildet sind und der nichtmagnetische Abschnitt 7 die magnetischen Abschnitte 3 und 5 durch Warmsintern miteinander verbindet.
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Der erste magnetische Abschnitt 3 weist eine Mittelöffnung 21 und einen ringförmig ausgesparten Abschnitt 23 auf. Der nichtmagnetische Abschnitt 7 weist eine Sinterschicht 25, die einer zweimaligen Erwärmung unterzogen wird, und eine Sinterschicht 27 auf, die einer einmaligen Erwärmung unterzogen wird. Der nichtmagnetische Abschnitt 7 weist in seinem oberen Abschnitt in Vertikalrichtung eine Vertiefung 29 infolge des Eigengewichtes und an der entgegengesetzten Seite eine Ausnehmung 31 auf, die durch Feinschleifen beim Schleifen gebildet wird.
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Mit Bezug auf 2 wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe 1 im ersten Schritt der Zwischenraum 15 zwischen den magnetischen Abschnitten 3 und 5 derart geformt, dass der magnetische Bodenabschnitt 17 belassen wird. Die magnetischen Abschnitte 3 und 5 sind nicht voneinander getrennt, sondern über den magnetischen Bodenabschnitt 17 miteinander verbunden.
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Die Form des Zwischenraumes 15 ist willkürlich entsprechend der Wirkung der äußeren Kräfte von den Umfangsteilen festgelegt.
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Die Oberflächenrauheit des Zwischenraumes 15 ist ebenfalls willkürlich festgelegt. Zum Beispiel erhöht eine geeignete Oberflächenrauheit die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7, der durch Warmsintern geformt wird, und den magnetischen Abschnitten 3 und 5.
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Mit Bezug auf 3 werden im zweiten Schritt die magnetischen Abschnitte 3 und 5 und der magnetische Bodenabschnitt 17 derart platziert, dass der Zwischenraum 15 in Vertikalrichtung nach oben ausgerichtet ist. Eine vorbestimmte Menge an Pulver aus nichtmagnetischem Material 9 wird derart bemessen, dass sie gleich dem Fassungsvermögen des Zwischenraumes 15 ist, so dass das nichtmagnetische Material 9 mit der Oberfläche der magnetischen Abschnitte 3 und 5 abschließt. Anschließend wird die bemessene vorbestimmte Menge des nichtmagnetischen Materials 9 in dem Zwischenraum 15 platziert.
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Das pulvrige nichtmagnetische Material 9 ist ein paramagnetisches oder antiferromagnetisches Material, zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder rostfreier Stahl, und das magnetische Material ist ein ferromagnetisches Material.
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Mit Bezug auf 4 wird im dritten Schritt das Warmsintern in dem Wärmeofen 19 durchgeführt. Das nichtmagnetische Material 9 wird durch Warmsintern mit den magnetischen Abschnitten 3 und 5 verbunden, um den nichtmagnetischen Abschnitt 7 zu formen, wodurch die Ankerscheibe 1 gebildet wird.
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Die Zumessung der Menge an nichtmagnetischem Material 9 und dessen Platzierung in dem Zwischenraum 15 im zweiten Schritt und das Warmsintern im dritten Schritt werden mehrmals wiederholt. Im Falle dieser Ankerscheibe 1 wird das Warmsintern zweimal durchgeführt, wodurch die Sinterschichten 25 und 27 und die Vertiefungen 29 infolge ihres Eigengewichtes gebildet werden. Die Sinterschicht 25 hat infolge der zweimaligen Erwärmung eine dichte und stabile Struktur. Die Sinterschichten 25 und 27 haben nach der zweimaligen Erwärmung keine genaue Abgrenzung, sondern sind miteinander verschmolzen.
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Mit Bezug auf 5 wird ferner im dritten Schritt ein Deckel des Wärmeofens 19 geöffnet, wodurch die Ankerscheibe 1 durch Außenluft A1 abgekühlt wird.
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Das nichtmagnetische Material 9 bildet im dritten Schritt in einem Mittelabschnitt die Vertiefung 29 des nichtmagnetischen Abschnitts 7, während durch das Eigengewicht in einem Zeitraum vom Schmelzen beim Warmsintern bis zum Kühlen Blasen austreten. Dieser Schritt stellt eine ausreichende Kontaktlänge T (4) an der Verbindung zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und dem Zwischenraum 15 sicher und ermöglicht eine ausreichende Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und den magnetischen Abschnitten 3 und 5.
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Das Warmsintern stellt die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und den magnetischen Abschnitten 3 und 5 sicher, formt den nichtmagnetischen Abschnitt 7 derart, dass die Dichte seiner Innenstruktur in einem vorbestimmten Zustand ist, und vermindert die Verformung der magnetischen Abschnitte 3 und 5. In Anbetracht dessen werden bei dem Vorgang vom Warmsintern bis zur Abkühlung die Atmosphäre, die Temperatur, die Zeit und dergleichen gesteuert.
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Mit Bezug auf 6 werden im vierten Schritt die Stirnflächen 11 der Ankerscheibe 1 (der magnetischen Abschnitte 3 und 5) nach dem Kühlen nachbearbeitet.
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Als nächstes wird mit Bezug auf 7 der magnetische Bodenabschnitt 17 der Ankerscheibe 1 auf eine Länge T2 geschliffen. Gleichzeitig wird die Sinterschicht 25 des nichtmagnetischen Abschnitts 7 angemessen feingeschliffen, um die Ausnehmung 31 zu bilden.
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Die Ankerscheibe 1 hat die folgenden Vorteile.
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Die magnetischen Abschnitte 3 und 5 sind über den nichtmagnetischen Abschnitt 7, der durch Warmsintern gebildet wird, miteinander verbunden und magnetisch isoliert. Diese magnetische Isolierung verhindert wirksam einen magnetischen Verlust der magnetischen Abschnitte 3 und 5, wodurch eine Ankerscheibe mit einer stabilen Qualität erreicht wird.
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Das Verfahren, bei dem kein Schweißen (Elektronenstrahlschweißen) angewendet wird, reduziert die Fertigungszeit und verbessert die Produktivität, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Dieses Verfahren verhindert eine ungleichmäßige Schweißung, Variationen beim Schleifen, und eine Variation in der Qualität. Das Verfahren löst die speziellen Probleme des Elektronenstrahlschweißens, wie eine unvollständige Verschmelzung, ein Durchbrennen, einen Heißbruch, eine Änderung der Zusammensetzung des Schweißmaterials, die Notwendigkeit für eine teure Vakuumkammer und ein Abgassystem, und die Schwierigkeit des Festlegens geeigneter Schweißbedingungen.
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Für das Warmsintern des nichtmagnetischen Abschnitts 7 während der Formung der Ankerscheibe 1 können das zu sinternde Material und die Sinterbedingungen ausgewählt werden. Das zu sinternde Material ist zum Beispiel ein nichtmagnetisches pulvriges Material, wie Kupfer, Aluminium oder rostfreier Stahl, und hat eine bestimmte Korngröße oder besteht aus einer Mischung von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Korngrößen. Die Sinterbedingungen sind zum Beispiel die Sintertemperatur, die Sinterzeit, die Sinteratmosphäre, und die Anzahl der Sintervorgänge. Die Auswahl der Bedingungen bestimmt den Wert der Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und den magnetischen Abschnitten 3 und 5 und den Wert der Wirkung der magnetischen Isolierung auf die gewünschten Werte.
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Das pulvrige nichtmagnetische Material 9 wird für eine kurze Zeit geschmolzen, wodurch die Produktivität verbessert wird. Ferner bildet das pulvrige nichtmagnetische Material 9 eine Struktur, welche die miteinander verbundenen magnetischen Abschnitte 3 und 5 eng zusammenhält, wodurch eine gewünschte Festigkeit sichergestellt wird.
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Der nichtmagnetische Abschnitt 7 weist die Vertiefung 29 auf, die in den Stirnflächen an den axialen Endabschnitten der magnetischen Abschnitte 3 und 5 ausgebildet ist. Die Vertiefung 29 definiert einen Luftraum, wodurch deren Magnetoresistenz die Wirkung der magnetischen Isolierung, d. h. der Verhinderung des Durchlassens magnetischer Feldlinien verbessert.
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Durch die Vertiefung 29 wird ferner verhindert, dass der nichtmagnetische Abschnitt 7 mit einem Teil in Kontakt gelangt, welches die Ankerscheibe 1 berührt. Diese Struktur verhindert die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und den jeweiligen Peripherieteilen, z. B. einem Anker und einer Kupplungsplatte, und ermöglicht, dass die Stirnflächen der magnetischen Abschnitte 3 und 5 die Peripherieteile glatt berühren. Dementsprechend werden, wenn magnetische Feldlinien durch die Ankerscheibe 1 und diese Peripherieteile hindurch verlaufen, Variationen der magnetischen Feldlinien reduziert, so dass die magnetischen Feldlinien stabilisiert werden.
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Während der Bearbeitung der Stirnflächen der magnetischen Abschnitte 3 und 5 wird der nichtmagnetische Abschnitt 7 mit der Vertiefung 29 nicht bearbeitet. Dieses Verfahren beseitigt die Notwendigkeit zum Festlegen von Bedingungen (Ersetzen eines Blattes, Einstellen der Bearbeitungsgeschwindigkeit, und dergleichen) zum Bearbeiten des nichtmagnetischen Abschnitts 7, wodurch eine Erhöhung der Kosten vermieden wird.
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Die oben beschriebenen Vorteile werden nicht mit dem Elektronenstrahlschweißen erreicht, jedoch durch den Sinterschritt gemäß der Erfindung. Dieser Sinterschritt benötigt keinen Schritt oder keine Vorrichtung zum Einstellen.
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Darüber hinaus ist in dem Falle, in dem eine Ankerscheibe durch Gießen eines nichtmagnetischen Abschnitts in einen ersten und zweiten magnetischen Abschnitt hergestellt wird, eine teure großangelegte Wärmebehandlungsausrüstung erforderlich, um die Gussspannung durch Wärmebehandlung, wie Glühen, zu beseitigen und die Wirkung der magnetischen Isolierung und Schleifbarkeit einzustellen.
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Das Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe 1 hat die folgenden Vorteile.
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Die Ankerscheibe 1 mit den oben genannten Vorteilen wird durch Verbinden der magnetischen Abschnitte 3 und 5 über den durch Warmsintern geformten nichtmagnetischen Abschnitt 7 erreicht.
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Das Herstellungsverfahren hat eine ausgezeichnete Produktivität und ermöglicht eine Massenfertigung der Ankerscheibe 1 mit stabiler Qualität bei geringen Kosten.
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Die Form des Zwischenraumes 15 zwischen den magnetischen Abschnitten 3 und 5 wird entsprechend der Wirkung der äußeren Kräfte von den Peripherieteilen willkürlich festgelegt.
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Die Oberflächenrauheit des Zwischenraumes 15 ist willkürlich festgelegt. Zum Beispiel erhöht eine geeignete Oberflächenrauheit die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und den magnetischen Abschnitten 3 und 5.
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Die magnetischen Abschnitte 3 und 5 sind nicht als eine Mehrzahl von separaten Teilen, sondern als ein einziger Körper konfiguriert. Diese Struktur verhindert eine Erhöhung der Kosten und der Komplexität, die mit der Bearbeitung der magnetischen Abschnitte 3 und 5, der Prozesssteuerung, und dergleichen verbunden ist.
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Der magnetische Bodenabschnitt 17 positioniert genau die magnetischen Abschnitte 3 und 5 und verhindert deren Verschiebung. Diese Positionierung verbessert die Abmessungsgenauigkeit der Ankerscheibe 1 und hat große Vorteile hinsichtlich der Verhinderung von Vibrationen in dem Falle, in dem die Ankerscheibe 1 als ein Drehteil verwendet wird.
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Das Herstellungsverfahren umfasst den Schritt des Bemessens der Menge an Pulveraus nichtmagnetischem Material 9, welches in dem Zwischenraum 15 platziert wird. Dieser Schritt bestimmt das Verhältnis des nichtmagnetischen Abschnitts 7 zu den magnetischen Abschnitten 3 und 5 nach dem Sintern. Das Bemessen der Menge des nichtmagnetischen Materials 9 bestimmt im Voraus die relativen Positionen (z. B. die Größe der Vertiefung 29) der Endabschnitte des nichtmagnetischen Abschnitts 7 nach dem Sintern hinsichtlich der Bezugspositionen, wie der axialen Endabschnitte (Stirnflächen 11) der magnetischen Abschnitte 3 und 5.
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Zum Beispiel wird ein Volumen des nichtmagnetischen Materials 9 entsprechend dem Fassungsvermögen des Zwischenraumes 15 bemessen. Das Schrumpfen während des Sinterns spart den Endabschnitt des nichtmagnetischen Abschnitts 7 von den axialen Endabschnitten der magnetischen Abschnitte 3 und 5 aus und formt die Vertiefung 29, wodurch die Vorteile der Vertiefung 29 erreicht werden.
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Die Vorteile des Bemessens der Menge des nichtmagnetischen Materials 9 (z. B. die Nutzung der Schrumpfung während des Sinterns) werden nicht durch eine Ankerscheibe erreicht, die durch Elektronenstrahlschweißen oder Gießen hergestellt wird.
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Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung wird das Sintern in dem Wärmeofen 19 durchgeführt, wodurch eine stabile Atmosphäre in dem Wärmeofen 19 gebildet wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige und kontinuierliche Sinterwirkung an jeder Ankerscheibe 1, wodurch die Massenfertigung weiter verbessert wird.
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Im vierten Schritt wird die Oberfläche der Ankerscheibe 1 nachbearbeitet, so dass die Ankerscheibe 1 vorbestimmte Abmessungen hat. Mit dem Herstellungsverfahren wird die Ankerscheibe 1 stabil und genau in eine endgültige Form gebracht.
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Nach dem ersten Schritt werden der zweite und der dritte Schritt mehrmals wiederholt, wodurch die Sinterschichten 25 und 27 gebildet werden. Dieses Herstellungsverfahren verhindert ein ungleichmäßiges Sintern in dem nichtmagnetischen Abschnitt 7, ermöglicht eine stabile und dichte innere Struktur, und erhöht die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 7 und den magnetischen Abschnitten 3 und 5.
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Die Wirkungen des mehrmaligen Wiederholens des zweiten Schritts des Platzierens einer vorbestimmten Menge des nichtmagnetischen Materials 9 in dem Zwischenraum 15 und des dritten Schritts des Warmsinterns des nichtmagnetischen Materials 9 und des Kühlens werden mit einer durch Elektronenstrahlschweißen oder Gießen hergestellten Ankerscheibe nicht erreicht.
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Mit Bezug auf 8A bis 13 werden eine Ankerscheibe 101 und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die in der Beschreibung genannten Teile ohne Bezugszeichen sind in der Zeichnung nicht gezeigt.
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Die Ankerscheibe 101, durch welche magnetische Feldlinien hindurch verlaufen, die von einem Elektromagneten erzeugt werden, weist einen ersten magnetischen Abschnitt 103 und einen zweiten magnetischen Abschnitt 105 auf, welche aus einem magnetischen Material hergestellt sind und an der Innen- bzw. Außenumfangsseite platziert sind. Die Ankerscheibe 101 weist ferner einen nichtmagnetischen Abschnitt 107 auf, welcher zwischen den magnetischen Abschnitten 103 und 105 angeordnet ist, um diese durch Warmsintern miteinander zu verbinden. Der nichtmagnetische Abschnitt 107 ist vor dem Warmsintern aus einem Pulver aus nichtmagnetischem Material 109 hergestellt. Der nichtmagnetische Abschnitt 107 ist von Stirnflächen 111 an den axialen Enden der magnetischen Abschnitte 103 und 105 ausgespart. Der nichtmagnetische Abschnitt 107 weist nachdem Warmsintern winzige Räume 113 darin auf.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe 101 werden in einem ersten Schritt die magnetischen Abschnitte 103 und 105 als Innen- und Außenumfangsseiten unter Verwendung einer Form 151 im Abstand voneinander angeordnet, und ein Zwischenraum 115 wird zwischen den magnetischen Abschnitten 103 und 105 mit einem Boden der Form 151 zu einem vorbestimmten Gebilde geformt. In einem zweiten Schritt wird der Zwischenraum 115 in Vertikalrichtung nach oben ausgerichtet, und eine vorbestimmte Menge an Pulver aus nichtmagnetischem Material 109 wird bemessen und in dem Zwischenraum 115 platziert. In einem dritten Schritt wird das nichtmagnetische Material 109 durch Warmsintern in einem Wärmeofen 119 mit den magnetischen Abschnitten 103 und 105 verbunden, um die Ankerscheibe 101 zu bilden, und dann wird die Ankerscheibe 101 abgekühlt. In einem vierten Schritt wird die Oberfläche der Ankerscheibe 101 auf vorbestimmte Abmessungen nachbearbeitet.
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Die Ankerscheibe 101 hat eine ringförmige Struktur, wobei der erste magnetische Abschnitt 103 an der Innenumfangsseite und der zweite magnetische Abschnitt 105 an der Außenumfangsseite ausgebildet sind und der nichtmagnetische Abschnitt 107 die magnetischen Abschnitte 3 und 5 durch Warmsintern miteinander verbindet. Der nichtmagnetische Abschnitt 107 weist eine Sinterschicht 125 auf. Ferner weist der nichtmagnetische Abschnitt 107 in seinem oberen Abschnitt in Vertikalrichtung eine Vertiefung 129 infolge des Eigengewichtes und an der entgegengesetzten Seite eine Ausnehmung 131 auf, die durch Entfernen der Form 151 von den magnetischen Abschnitten 103 und 105 gebildet wird.
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Mit Bezug auf 8A und 8B sind sowohl der innen- als auch außenumfangsseitige magnetische Abschnitt 103 und 105 ringförmige Elemente und als separate Körper ausgebildet. Der innenumfangsseitige magnetische Abschnitt 103 weist eine Mittelöffnung 121 und einen ringförmig ausgesparten Abschnitt 123 um die Mittelöffnung 121 herum auf.
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Mit Bezug auf 9 wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe 101 im ersten Schritt der Außenumfang 155 des außenumfangsseitigen magnetischen Abschnitts 105 auf die Außenseite eines ringförmig vorstehenden Abschnitts 153 gesetzt, der an der Form 151 vorgesehen ist. Der Außenumfang 157 des innenumfangsseitigen magnetischen Abschnitts 103 wird auf die Innenseite des ringförmig vorstehenden Abschnitts 153 gesetzt. Mit diesem Aufsetzen werden die magnetischen Abschnitte 103 und 105 im Abstand voneinander mit der dazwischenliegenden Form 151 angeordnet. Dadurch wird der Zwischenraum 115 zwischen den magnetischen Abschnitten 103 und 105 an der Form 151 als ein Bodenabschnitt gebildet.
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Die Form des Zwischenraumes 115 ist willkürlich entsprechend der Wirkung der äußeren Kräfte von den Umfangsteilen festgelegt.
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Die Oberflächenrauheit des Zwischenraumes 115 ist ebenfalls willkürlich festgelegt. Zum Beispiel erhöht eine geeignete Oberflächenrauheit die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107, der durch Warmsintern geformt wird, und den magnetischen Abschnitten 103 und 105.
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Mit Bezug auf 10 werden im zweiten Schritt die magnetischen Abschnitte 103 und 105 derart platziert, dass der Zwischenraum 115 in Vertikalrichtung nach oben ausgerichtet ist. Eine vorbestimmte Menge an Pulver aus nichtmagnetischem Material 109 wird derart bemessen, dass sie größer als das Fassungsvermögen des Zwischenraumes 115 ist. Die bemessene vorbestimmte Menge des nichtmagnetischen Materials 109 wird in dem Zwischenraum 115 platziert.
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Das pulvrige nichtmagnetische Material 109 ist zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder rostfreier Stahl.
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Mit Bezug auf 11 wird im dritten Schritt das Warmsintern in dem Wärmeofen 119 durchgeführt. Das nichtmagnetische Material 109 wird durch Warmsintern mit den magnetischen Abschnitten 103 und 105 verbunden, um den nichtmagnetischen Abschnitt 107 zu formen, wodurch die Ankerscheibe 101 gebildet wird. Während dieses Schrittes wird in dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 eine Vertiefung 129 infolge des Eigengewichts des nichtmagnetischen Materials 109 gebildet.
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Mit Bezug auf 12 wird ferner im dritten Schritt ein Deckel des Wärmeofens 119 geöffnet, wodurch die Ankerscheibe 101 durch Außenluft A1 abgekühlt wird.
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Das nichtmagnetische Material 109 bildet in einem Mittelabschnitt die Vertiefung 129 des nichtmagnetischen Abschnitts 107, während durch das Eigengewicht in einem Zeitraum vom Schmelzen beim Warmsintern bis zum Kühlen Blasen austreten. Dieser Schritt stellt eine ausreichende Kontaktlänge T (12) an der Verbindung zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 und dem Zwischenraum 115 sicher und ermöglicht eine ausreichende Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 und den magnetischen Abschnitten 103 und 105.
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Das Warmsintern stellt die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 und den magnetischen Abschnitten 103 und 105 sicher, formt den nichtmagnetischen Abschnitt 107 derart, dass die Dichte seiner Innenstruktur und die winzigen Räume 113 in einem vorbestimmten Zustand sind, und vermindert die Verformung der magnetischen Abschnitte 103 und 105. In Anbetracht dessen werden bei dem Vorgang vom Warmsintern bis zur Abkühlung die Atmosphäre, die Temperatur, die Zeit und dergleichen gesteuert.
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Mit Bezug auf 13 werden im vierten Schritt die Stirnflächen 111 der Ankerscheibe 101 (der magnetischen Abschnitte 103 und 105) nach dem Kühlen nachbearbeitet.
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Dann wird die Form 151 entfernt, und in dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 wird eine Ausnehmung 131 gebildet, die dem ringförmig vorstehenden Abschnitt 153 entspricht.
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Für die Form 151 kann ein Material, wie rostfreier Stahl, verwendet werden, das ungleich dem Material der Ankerscheibe 101 (magnetische Abschnitte 103 und 105 und nichtmagnetischer Abschnitt 107) ist und einen höheren Umwandlungspunkt als die Ankerscheibe 101 beim Warmsintern hat. Dieses Material erleichtert das Entfernen der Form 151.
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Die Ankerscheibe 101 hat die folgenden Vorteile.
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Die magnetischen Abschnitte 103 und 105 sind über den nichtmagnetischen Abschnitt 107, der durch Warmsintern gebildet wird, miteinander verbunden und magnetisch isoliert. Diese magnetische Isolierung verhindert wirksam einen magnetischen Verlust der magnetischen Abschnitte 103 und 105, wodurch eine Ankerscheibe mit einer stabilen Qualität erreicht wird.
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Das Verfahren, bei dem kein Schweißen (Elektronenstrahlschweißen) angewendet wird, reduziert die Fertigungszeit und verbessert die Produktivität, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Dieses Verfahren verhindert eine ungleichmäßige Schweißung, Variationen beim Schleifen, und eine Variation in der Qualität. Das Verfahren löst die speziellen Probleme des Elektronenstrahlschweißens, wie eine unvollständige Verschmelzung, ein Durchbrennen, einen Heißbruch, eine Änderung der Zusammensetzung des Schweißmaterials, die Notwendigkeit für eine teure Vakuumkammer und ein Abgassystem, und die Schwierigkeit des Festlegens geeigneter Schweißbedingungen.
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Für das Warmsintern des nichtmagnetischen Abschnitts 107 während der Formung der Ankerscheibe 101 können das zu sinternde Material und die Sinterbedingungen ausgewählt werden. Das zu sinternde Material ist zum Beispiel ein nichtmagnetisches pulvriges Material, wie Kupfer, Aluminium oder rostfreier Stahl, und hat eine bestimmte Korngröße oder besteht aus einer Mischung von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Korngrößen. Die Sinterbedingungen sind zum Beispiel die Sintertemperatur, die Sinterzeit, die Sinteratmosphäre, und die Anzahl der Sintervorgänge. Die Auswahl der Bedingungen bestimmt den Wert der Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 und den magnetischen Abschnitten 103 und 105 und den Wert der Wirkung der magnetischen Isolierung auf die gewünschten Werte.
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Das pulvrige nichtmagnetische Material 109 wird für eine kurze Zeit geschmolzen, wodurch die Produktivität verbessert wird. Ferner bildet das pulvrige nichtmagnetische Material 109 eine Struktur, welche die miteinander verbundenen magnetischen Abschnitte 103 und 105 eng zusammenhält, wodurch eine gewünschte Festigkeit sichergestellt wird.
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Der nichtmagnetische Abschnitt 107 weist die Vertiefung 129 auf, die in den Stirnflächen an den axialen Endabschnitten der magnetischen Abschnitte 103 und 105 ausgebildet ist. Die Vertiefung 129 definiert einen Luftraum, wodurch deren Magnetoresistenz die Wirkung der magnetischen Isolierung, d. h. der Verhinderung des Durchlassens magnetischer Feldlinien verbessert.
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Durch die Vertiefung 129 wird ferner verhindert, dass der nichtmagnetische Abschnitt 107 mit einem Teil in Kontakt gelangt, welches die Ankerscheibe 101 berührt. Diese Struktur verhindert die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 und den jeweiligen Peripherieteilen z. B. einem Anker und einer Kupplungsplatte, und ermöglicht, dass die Stirnflächen der magnetischen Abschnitte 103 und 105 die Peripherieteile glatt berühren. Dementsprechend werden, wenn magnetische Feldlinien durch die Ankerscheibe 101 und diese Peripherieteile hindurch verlaufen, Variationen der magnetischen Feldlinien reduziert, so dass die magnetischen Feldlinien stabilisiert werden.
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Während der Bearbeitung der Stirnflächen der magnetischen Abschnitte 103 und 105 wird der nichtmagnetische Abschnitt 107 mit der Vertiefung 129 nicht bearbeitet. Dieses Verfahren beseitigt die Notwendigkeit zum Festlegen von Bedingungen (Ersetzen eines Blattes, Einstellen der Bearbeitungsgeschwindigkeit, und dergleichen) zum Bearbeiten des nichtmagnetischen Abschnitts 107, wodurch eine Erhöhung der Kosten vermieden wird.
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Der nichtmagnetische Abschnitt 107 hat nach dem Warmsintern eine poröse Struktur mit einer großen Anzahl von winzigen Räumen 113 darin. Die kleinen Räume 113, die mit Luft gefüllt sind, verbessern die Abfederung gegen die Peripherieteile. Die winzigen Räume 113, die mit Öl gefüllt sind, verbessern die Kühlung und Schmierung.
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Es kann bestimmt werden, ob die winzigen Räume 113 unabhängig oder kontinuierlich sind, und die Größen der winzigen Räume 113 können angepasst werden. Die unabhängigen winzigen Räume 113 ermöglichen eine luftdichte Ankerscheibe, so dass diese als eine hermetische Vorrichtung angewendet werden kann. Die kontinuierlichen winzigen Räume 113 stellen die Luftdurchlässigkeit sicher und verbessern die Wirkung der Kühlung der Ankerscheibe und der Peripherieteile. Ferner verhindern die kontinuierlichen winzigen Räume 113, dass die Ankerscheibe an den Peripherieteilen haftet. Die winzigen Abschnitte 113, die Öl enthalten, verbessern die Schmierungs- und Kühlwirkung. Die winzigen Abschnitte 113, deren Größe angepasst ist, ändern die Magnetoresistenz von Luft oder Öl, die in den winzigen Räumen 113 enthalten sind und bestimmen die Wirkungen der magnetischen Isolierung, der Verhinderung des Zusammenhaftens, der Schmierung, der Kühlung, und dergleichen.
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Die oben beschriebenen Vorteile werden nicht mit dem Elektronenstrahlschweißen erreicht, jedoch durch den Sinterschritt gemäß der Erfindung. Dieser Sinterschritt benötigt keinen Schritt oder keine Vorrichtung zum Einstellen.
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Darüber hinaus erreicht eine Ankerscheibe, die durch Gießen eines nichtmagnetischen Abschnitts in einen ersten und zweiten magnetischen Abschnitt hergestellt wird, nicht die Wirkungen einer porösen Sinterschicht. Eine teure großangelegte Wärmebehandlungsausrüstung ist erforderlich, um die Gussspannung durch Wärmebehandlung, wie Glühen, zu beseitigen und die Wirkung der magnetischen Isolierung und Schleifbarkeit einzustellen.
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Das Verfahren zur Herstellung der Ankerscheibe 101 hat die folgenden Vorteile.
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Die Ankerscheibe 101 mit den oben genannten Vorteilen wird durch Verbinden der magnetischen Abschnitte 103 und 105 über den durch Warmsintern geformten nichtmagnetischen Abschnitt 107 erreicht.
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Das Herstellungsverfahren hat eine ausgezeichnete Produktivität und ermöglicht eine Massenfertigung der Ankerscheibe 101 mit stabiler Qualität bei geringen Kosten.
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Die Form des Zwischenraumes 115 zwischen den magnetischen Abschnitten 103 und 105 wird entsprechend der Wirkung der äußeren Kräfte von den Peripherieteilen willkürlich festgelegt.
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Die Oberflächenrauheit des Zwischenraumes 115 ist willkürlich festgelegt. Zum Beispiel erhöht eine geeignete Oberflächenrauheit die Verbundfestigkeit zwischen dem nichtmagnetischen Abschnitt 107 und den magnetischen Abschnitten 103 und 105.
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Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden die magnetischen Abschnitte 103 und 105 unter Verwendung der Form 151 positioniert. Dieses Herstellungsverfahren wird durch Beseitigen des Schrittes des Wegschleifens eines unnötigen Abschnitts zwischen den magnetischen Abschnitten 103 und 105 nach dem Sintern vereinfacht. Ebenso werden mit diesem Herstellungsverfahren die Abmessungsgenauigkeit der Ankerscheibe 101 erhöht und die Fertigungszeit reduziert.
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Die Form 151 (ringförmig vorstehender Abschnitt 153) positioniert die magnetischen Abschnitte 103 und 105 und verhindert deren Verschiebung. Diese Positionierung verbessert die Abmessungsgenauigkeit der Ankerscheibe 101 und hat Vorteile hinsichtlich der Verhinderung von Vibrationen in dem Falle, in dem die Ankerscheibe 101 als ein Drehteil verwendet wird.
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Das Herstellungsverfahren umfasst den Schritt des Bemessens der Menge an Pulver aus nichtmagnetischem Material 109, welches in dem Zwischenraum 115 platziert wird. Dieser Schritt bestimmt das Verhältnis des nichtmagnetischen Abschnitts 107 zu den magnetischen Abschnitten 103 und 105 nach dem Sintern. Das Bemessen der Menge des nichtmagnetischen Materials 109 bestimmt im Voraus die relativen Positionen (z. B. die Größe der Vertiefung 129) der Endabschnitte des nichtmagnetischen Abschnitts 107 nach dem Sintern hinsichtlich der Bezugspositionen, wie der axialen Endabschnitte (Stirnflächen 111) der magnetischen Abschnitte 103 und 105.
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Zum Beispiel wird ein Volumen des nichtmagnetischen Materials 109 größer als das Fassungsvermögen des Zwischenraumes 115 bemessen. Das Schrumpfen während des Sinterns spart den Endabschnitt des nichtmagnetischen Abschnitts 107 von den axialen Endabschnitten der magnetischen Abschnitte 103 und 105 aus und formt die Vertiefung 129, wodurch die Vorteile der Vertiefung 129 erreicht werden.
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Die Vorteile des Bemessens der Menge des nichtmagnetischen Materials 109 (z. B. die Nutzung der Schrumpfung während des Sinterns) werden nicht durch eine Ankerscheibe erreicht, die durch Elektronenstrahlschweißen oder Gießen hergestellt wird.
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Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung wird das Sintern in dem Wärmeofen 119 durchgeführt, wodurch eine stabile Atmosphäre in dem Wärmeofen 119 gebildet wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige und kontinuierliche Sinterwirkung an jeder Ankerscheibe 101, wodurch die Massenfertigung weiter verbessert wird.
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Im vierten Schritt wird die Oberfläche der Ankerscheibe 101 nachbearbeitet, so dass die Ankerscheibe 101 vorbestimmte Abmessungen hat. Mit dem Herstellungsverfahren wird die Ankerscheibe 101 stabil und genau in eine endgültige Form gebracht.
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Mit Bezug auf 14 wird eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 wird bei einem Antriebskraftübertragungssystem eines Fahrzeuges verwendet. Die Begriffe links und rechts in der folgenden Beschreibung bedeuten die linke bzw. rechte Seite in 14. Die in der Beschreibung genannten Teile ohne Bezugszeichen sind in der Zeichnung nicht gezeigt.
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Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 weist einen Rotor 207 auf, durch welchen magnetische Feldlinien hindurch verlaufen. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 weist einen Elektromagneten 219, der an der einen Seite des Rotors 207 platziert ist, und einen Anker 217 auf, welcher an der anderen Seite des Rotors 207 platziert ist und durch welchen magnetische Feldlinien hindurch verlaufen, die zu der einen Seite hin angezogen werden. Der Rotor 207 benutzt die Ankerscheibe 1 oder 101 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Nachfolgend wird die Struktur der elektromagnetische betätigbaren Reibungskupplung 201 beschrieben.
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Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 weist eine Leistungsübertragungswelle 203 an der Antriebsseite und ein drehbares Gehäuse 205 aus nichtmagnetischem Material auf. Der Rotor 207 der elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung 201 (gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Ankerscheibe) bildet eine hintere Seitenwand des drehbaren Gehäuses 205. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 weist eine innere Welle 209 an der Abtriebsseite, eine Mehrscheibenhauptkupplung 211, einen Kugelnocken 213, eine Mehrscheibensteuerkupplung 215, den Anker 217, den Elektromagneten 219 und eine Steuereinrichtung auf. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 ist in einem Schutzgehäuse untergebracht, das an der Fahrzeugkarosserie abgestützt ist.
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Die antriebsseitige Leistungsübertragungswelle 203 ist mit dem vorderen Ende des drehbaren Gehäuses 205 mittels Schrauben 221 verbunden. Die Antriebskraft eines Motors wird über ein vorderseitiges Leistungsübertragungssystem auf die antriebsseitige Leistungsübertragungswelle 203 (drehbares Gehäuse 205) übertragen.
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Der Rotor 207 ist in eine rückseitige Öffnung des drehbaren Gehäuses 205 geschraubt und mittels Muttern 223 mit Doppelmutterfunktionen befestigt. Der Rotor 207 ist ein ringförmiges Element und weist an der Innen- bzw. Außenumfangsseite magnetische Abschnitte 225 und 227 auf, die über einen nichtmagnetischen Abschnitt 229 durch Warmsintern miteinander verbunden sind. Der nichtmagnetische Abschnitt 229 ist nach einer zweimaligen Sinterung luftdicht. Die linke Seite (Seite der Steuerkupplung 215) des nichtmagnetischen Abschnitts 229 weist eine Vertiefung 231 auf, die durch dessen Eigengewicht beim Warmsintern gebildet wird. Die Stirnflächen 232 der Endabschnitte der Vertiefung 231 berühren die Oberfläche einer ersten Außenplatte. An der entgegengesetzten Seite des nichtmagnetischen Abschnitts 229 ist eine Ausnehmung 233 vorgesehen, die durch Feinschleifen beim Schleifen gebildet wird. Der nichtmagnetische Abschnitt 229, die Vertiefung 231 und die Ausnehmung 233 sind mit Luft gefüllt. Diese Luftfüllung isoliert die magnetischen Abschnitte 225 und 227 mit ihren eigenen Magnetoresistenzen magnetisch voneinander und verhindert wirksam magnetische Kurzschlüsse zwischen ihnen.
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Die innere Welle 209 wird von hinten in das drehbare Gehäuse 205 platziert. Das vordere Ende der inneren Welle 209 ist über ein Kugellager 235 an der Leistungsübertragungswelle 203 bewegbar abgestützt. Der hintere Abschnitt der inneren Welle 209 ist über ein Nadellager 237 an dem Rotor 207 bewegbar abgestützt. Die innere Welle 209 ist mit einer Verbindungswelle verbunden, die ihrerseits mit einem rückseitigen Leistungsübertragungssystem verbunden ist. Die Drehung der inneren Welle 209 wird über dieses Leistungsübertragungssystem auf ein hinteres Differential übertragen.
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Zwischen der Leistungsübertragungswelle 203 und dem drehbaren Gehäuse 205 ist ein O-Ring 239 platziert. Zwischen dem drehbaren Gehäuse 205 und dem Rotor 207 ist ein O-Ring 241 platziert. Zwischen dem Rotor 207 und der inneren Welle 209 ist als eine Dichtung ein X-Ring 243 mit einem X-förmigen Querschnitt platziert. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201, die Öl enthält, ist mit den O-Ringen 239 und 241 und dem X-Ring 243 abgedichtet.
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Die Hauptkupplung 211 ist zwischen dem drehbaren Gehäuse 205 und der inneren Welle 209 platziert und weist Außenplatten, die mit der Innenseite des drehbaren Gehäuses 205 verzahnt sind, und Innenplatten auf, die mit der Außenseite, der inneren Welle 209 verzahnt sind.
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Der Kugelnocken 213 ist zwischen einer Druckplatte 245 und einem Nockenring 247 platziert. Die Druckplatte 245 ist mit der Außenseite der inneren Welle 209 verzahnt. Der Nockenring 247 ist an der Außenseite der inneren Welle 209 drehbar abgestützt. Zwischen dem Nockenring 247 und dem Rotor 207 ist ein Lager 249 platziert, das einer Reaktionskraft (Druckkraft) des Kugelnockens 213 ausgesetzt ist.
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Die Steuerkupplung 215 ist zwischen dem drehbaren Gehäuse 205 und dem Nockenring 247 platziert und weist Außenplatten, die mit der Innenseite des drehbaren Gehäuses 205 verzahnt sind, und Innenplatten auf, die mit der Außenseite des Nockenringes 247 verzahnt sind. Der Anker 217 ist zwischen der Steuerkupplung 215 und der Druckplatte 245 in Axialrichtung bewegbar platziert und mit der Innenseite des drehbaren Gehäuses 205 verzahnt.
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Der Elektromagnet 219 zieht den Anker 217 durch magnetische Anziehungskraft an. Der Elektromagnet 219 ist über ein Kugellager 253 an dem Rotor 207 bewegbar abgestützt und in einem ausgesparten Abschnitt 251 des Rotors 207 mit einem dazwischenliegenden angemessenen Luftspalt platziert. Ferner ist der Elektromagnet 219 mittels eines Kupplungsteils 255 an dem Schutzgehäuse drehfest fixiert. Verbindungsleitungen 257 des Elektromagneten 219 sind über eine Kabeldurchführung zu der Außenseite des Schutzgehäuses geführt und mit einer Batterie verbunden, die über die Steuereinrichtung an dem Fahrzeug montiert ist.
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Wie oben beschrieben, isoliert der nichtmagnetische Abschnitt 229 die innen- und außenumfangsseitigen magnetischen Abschnitte 225 und 227 in dem Rotor 207 magnetisch voneinander. Jede Platte der Steuerkupplung 215 weist Ausschnitte und Stege in radialen Positionen entsprechend dem nichtmagnetischen Abschnitt 229 auf. Die Ausschnitte sind in Umfangsrichtung im gleichen Abstand voneinander vorgesehen, und die Stege verbinden diese Ausschnitte miteinander. Der nichtmagnetische Abschnitt 229 und die Ausschnitte verhindern einen Verlust des Magnetflusses in einem Magnetpfad.
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Der Luftspalt, der Rotor 207, die Steuerkupplung 215 und der Anker 217 bilden einen Magnetpfad für den Elektromagneten 219. Die Steuereinrichtung führt die Erregung des Elektromagneten 219, die Steuerung eines Erregerstroms, das Stoppen der Erregung, und dergleichen durch.
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Wenn der Elektromagnet 219 erregt wird, werden magnetische Feldlinien 259 in dem Magnetpfad erzeugt. Der Elektromagnet 219 zieht den Anker 217 an, um die Steuerkupplung 215 einzukuppeln. Die Steuerkupplung 215 dreht den Nockenring 247 relativ zu der Druckplatte 245 und verschiebt die Kugeln des Kugelnockens 213 in Drehrichtung und Axialrichtung. Die Kugeln verschieben die Druckplatte 245 in Axialrichtung zu der Hauptkupplung 211 hin. Unter der von dem Kugelnocken 213 erzeugten Druckkraft drückt die Druckplatte 245 die Innen- und Außenplatten gegeneinander, um die Hauptkupplung 211 einzukuppeln, und verbindet die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201.
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Wenn die Steuereinrichtung den Erregerstrom des Elektromagneten 219 einstellt, um dessen Anziehungskraft zu steuern, werden das Schlupfverhältnis der Steuerkupplung 215 und die Druckkraft des Kugelnockens 213 geändert. Diese Änderungen stellen die Größe des Getriebedrehmoments ein, das über die elektromagnetische Kupplung 201 (Hauptkupplung 211) an eine Hinterradseite zu übertragen ist.
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Wenn die Erregung des Elektromagneten 219 gestoppt wird, wird die Kupplung 215 ausgekuppelt, und die Druckkraft des Kugelnockens 213 geht verloren. Daher wird die Hauptkupplung 211 ausgekuppelt, um die Verbindung der elektromagnetische betätigbaren Reibungskupplung 201 zu lösen.
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Nachfolgend werden die Vorteile der elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung 201 beschrieben.
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Der nichtmagnetische Abschnitt 229, der durch Warmsintern geformt wird, verbindet die magnetischen Abschnitte 225 und 227 des Rotors 207 miteinander und isoliert diese magnetisch voneinander. Diese magnetische Isolierung verhindert wirksam Kurzschlüsse zwischen den magnetischen Feldlinien 259 des Elektromagneten 219, stellt stabile Eigenschaften eines Magnetpfades sicher, und erreicht einen stabilen Betrieb und ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten.
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Das Warmsintern verleiht dem nichtmagnetischen Abschnitt 229 Luftdichtheit. Der nichtmagnetische Abschnitt 229 ermöglicht, dass der Rotor 207 als ein hermetisches Seitenwandteil der elektromagnetische betätigbaren Reibungskupplung 201 verwendet werden kann, wie oben beschrieben ist.
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Der Rotor 207 ermöglicht die gleichen Wirkungen wie bei der Ankerscheibe 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und ist für die Massenfertigung mit geringen Kosten verwendbar. Dementsprechend wird auch die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201 mit geringen Kosten hergestellt.
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Der nichtmagnetische Abschnitt 229 des Rotors 207 erhält für sich Luftdichtheit durch Warmsintern. Andererseits wird in dem Falle, in dem der nichtmagnetische Abschnitt 229 keine gesonderte Luftdichtheit hat, die Luftdichtheit durch Abdecken der offenen Oberflächenabschnitte der magnetischen Abschnitte 225 und 227 und der Oberfläche des nichtmagnetischen Abschnitts 229 mit einer Beschichtung oder Platzieren eines Dichtungsteils erreicht. Diese Strukturen ermöglichen, dass der Rotor 207 als eine Seitenwand an der einen Seite einer hermetischen Kupplung (elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 201) dient, welche gegen Schmieröl zwischen dem drehbaren Gehäuse 205 und der inneren Welle 209 abgedichtet wird.
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In dem Falle, in dem ein Dichtungsteil zur Sicherstellung der Luftdichtheit platziert ist, kann eine Nut in wenigstens einem der magnetischen Abschnitte 225 und 227 ausgebildet sein, um einen Ring aus Gummi zwischen den magnetischen Abschnitten 225 und 227 anzuordnen. In dem Falle, in dem die Abdeckung mit einer Beschichtung zur Sicherstellung der Luftdichtheit vorgenommen wird, ist die Anwendung von Galvanisieren, Kunststoffbeschichten oder Schweißen oder Bedampfen von Fluor, Chrom, Nickel, Silizium, Schwefel oder dergleichen möglich. Mit dieser Beschichtung wird auch die Wirkung des Verhinderns von Funkenerosion erreicht.
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Mit Bezug auf 15 wird eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Die Begriffe links und rechts in der folgenden Beschreibung bedeuten die linke bzw. rechte Seite in 15. Die in der Beschreibung genannten Teile ohne Bezugszeichen sind in der Zeichnung nicht gezeigt.
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Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 ist in einem Gehäuse an einer stationären Seite untergebracht und weist einen Rotor 305 auf, durch welchen magnetische Feldlinien hindurch verlaufen. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 weist einen Elektromagneten 317, der an der einen Seite des Rotors 305 platziert ist, und einen Anker 315 auf, welcher an der anderen Seite des Rotors 305 platziert ist und durch welchen magnetische Feldlinien hindurch verlaufen, die zu der einen Seite hin angezogen werden. Der Rotor 305 benutzt eine der Ankerscheiben gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Nachfolgend wird die Struktur der elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung 301 beschrieben.
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Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 weist ein Antriebselement 303 aus einem nichtmagnetischen Material auf. Der Rotor 305 der elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung 301 (gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Ankerscheibe) bildet eine rechte Wand des Antriebselements 303. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 weist ein Abtriebselement 307, eine Mehrscheibenhauptkupplung 309, einen Kugelnocken 311, eine Mehrscheibensteuerkupplung 313, den Anker 315, den Elektromagneten 317, eine Steuereinrichtung, und dergleichen auf. Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 ist in einem Gehäuse untergebracht.
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Der Rotor 305 ist in einer hinteren Öffnung des Antriebselements 303 platziert und an dem Abtriebselement 307 mittels einer Scheibe positioniert, welche einer Druckkraft ausgesetzt ist. Der Rotor 305 ist ein ringförmiges Element und weist an der Innen- bzw. Außenumfangsseite magnetische Abschnitte 321 und 323 auf, die über einen nichtmagnetischen Abschnitt 325 durch Warmsintern miteinander verbunden sind. Der nichtmagnetische Abschnitt 325 weist darin winzige Räume wie bei der Ankerscheibe 101 gemäß der zweiten Ausführungsform auf. Der nichtmagnetische Abschnitt 325 weist an der linken Seite (Seite der Steuerkupplung 313) eine Vertiefung 327 auf, die durch dessen Eigengewicht beim Warmsintern gebildet wird. Die Stirnflächen 328 der Endabschnitte der Vertiefung 327 berühren die Oberfläche einer ersten Innenplatte. An der entgegengesetzten Seite des nichtmagnetischen Abschnitts 325 ist eine Ausnehmung 329 vorgesehen, die durch Feinschleifen beim Schleifen gebildet wird. Der nichtmagnetische Abschnitt 325, die Vertiefung 327 und die Ausnehmung 329 sind mit Luft gefüllt. Diese Luftfüllung isoliert die magnetischen Abschnitte 321 und 323 mit ihren eigenen Magnetoresistenzen magnetisch voneinander und verhindert wirksam magnetische Kurzschlüsse zwischen ihnen.
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Das linke Ende des Abtriebselements 307 ist über ein Kugellager an dem Gehäuse bewegbar abgestützt. Das rechte Ende des Abtriebselements 307 ist über ein Kugellager 331 und den Elektromagneten 317 an dem Gehäuse bewegbar abgestützt. Die Hauptkupplung 309 ist zwischen dem Antriebselement 303 und dem Abtriebselement 307 platziert.
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Der Kugelnocken 311 ist zwischen einer Druckplatte 333 und einem Nockenring 335 platziert. Die Druckplatte 333 ist mit dem Abtriebselement 307 verzahnt. Der Nockenring 335 ist an der Außenseite des Abtriebselements 307 drehbar abgestützt. Zwischen dem Nockenring 335 und dem Rotor 305 ist ein Lager 336 platziert, das einer Reaktionskraft (Druckkraft) des Kugelnockens 311 ausgesetzt ist.
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Die Steuerkupplung 313 ist zwischen dem Antriebselement 303 und dem Nockenring 335 platziert und weist Außenplatten, die mit der Innenseite des Antriebselements 303 verzahnt sind, und Innenplatten auf, die mit der Außenseite des Nockenringes 335 verzahnt sind. Der Anker 315 ist zwischen der Steuerkupplung 313 und der Druckplatte 333 in Axialrichtung bewegbar platziert.
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Der Elektromagnet 317 ist benachbart zu dem Rotor 305 mit einem dazwischenliegenden angemessenen Luftspalt platziert und an dem Gehäuse abgestützt. Verbindungsleitungen des Elektromagneten 317 sind über eine Kabeldurchführung zu der Außenseite des Gehäuses geführt und über die Steuereinrichtung mit einer Batterie verbunden.
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Die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung ist von einem offenen Typ. Das Gehäuse, das die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung aufnimmt, weist eine Ölkammer auf. Das Öl fließt in die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung hinaus und aus dieser heraus, um deren Innenseite zu schmieren und zu kühlen. Die winzigen Räume in dem nichtmagnetischen Abschnitt 325 des Rotors 305 halten das Öl zurück oder ermöglichen einen Fluss zwischen der Innenseite und der Außenseite in Axialrichtung.
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Wie oben beschrieben, isoliert der nichtmagnetische Abschnitt 325 die innen- und außenumfangsseitigen magnetischen Abschnitte 321 und 323 in dem Rotor 305 magnetisch voneinander. Jede Platte der Steuerkupplung 313 weist Ausschnitte und Stege in radialen Positionen entsprechend dem nichtmagnetischen Abschnitt 325 auf. Die Ausschnitte sind in Umfangsrichtung im gleichen Abstand voneinander vorgesehen, und die Stege verbinden diese Ausschnitte miteinander. Der nichtmagnetische Abschnitt 325 und die Ausschnitte verhindern einen Verlust des Magnetflusses in einem Magnetpfad.
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Der Luftspalt, der Rotor 305, die Steuerkupplung 313 und der Anker 315 bilden einen Magnetpfad für den Elektromagneten 317. Die Steuereinrichtung führt die Erregung des Elektromagneten 317, die Steuerung eines Erregerstroms, das Stoppen der Erregung, und dergleichen durch.
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Wenn der Elektromagnet 317 erregt wird, werden magnetische Feldlinien 337 in dem Magnetpfad erzeugt. Der Elektromagnet 317 zieht den Anker 315 an, um die Steuerkupplung 313 einzukuppeln. Unter der von der Betätigung des Kugelnockens 311 erzeugten Druckkraft wird die Hauptkupplung 309 gedrückt und mittels der Druckplatte 333 eingekuppelt. Dieser Vorgang verbindet die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 und überträgt die Antriebskraft eines Motors von dem Antriebselement 303 zu dem Abtriebselement 307.
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Nachfolgend werden die Vorteile der elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung 301 beschrieben.
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Der nichtmagnetische Abschnitt 325, der durch Warmsintern geformt wird, verbindet die magnetischen Abschnitte 321 und 323 des Rotors 305 miteinander und isoliert diese magnetisch voneinander. Diese magnetische Isolierung verhindert wirksam Kurzschlüsse zwischen den magnetischen Feldlinien 337 des Elektromagneten 317, stellt stabile Eigenschaften eines Magnetpfades sicher, und erreicht einen stabilen Betrieb und ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten.
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Das Warmsintern verleiht dem nichtmagnetischen Abschnitt 325 Luftdichtheit. Der nichtmagnetische Abschnitt 325 ermöglicht, dass der Rotor 305 als ein Seitenwandteil der elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung 301 eines offenen Typs verwendet werden kann, wie oben beschrieben ist.
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Der Rotor 305 ermöglicht die gleichen Wirkungen wie bei der Ankerscheibe 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und ist für die Massenfertigung mit geringen Kosten verwendbar. Dementsprechend wird auch die elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung 301 mit geringen Kosten hergestellt.
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Die winzigen Räume, die Luft enthalten, verbessern die Abfederung gegen die Platten der Steuerkupplung 313. Die winzigen Räume, die Öl enthalten, verbessern die Kühlung und Schmierung.
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Wie zuvor beschrieben, wird die Ankerscheibe gemäß der Erfindung bei einer elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung, einer elektromagnetischen Bremse, einer elektromagnetischen Kuppelvorrichtung oder dergleichen angewendet. Die Ankerscheibe kann bei einer Vorrichtung eines hermetischen Typs oder eines offenen Typs angewendet werden, wobei bestimmt werden kann, ob winzige Räume existieren oder nicht, ob winzige Räume unabhängig voneinander oder miteinander verbunden sind, und dergleichen.
