DE102011009003A1 - Kupplung mit Permanentmagneten und elektrischer Magnetfeldkompensation - Google Patents

Kupplung mit Permanentmagneten und elektrischer Magnetfeldkompensation Download PDF

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D27/004Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with permanent magnets combined with electromagnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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Abstract

Es wird eine Kupplung mit einem geringen Verbrauch an elektrischer Energie vorgeschlagen, die für energieautarke mechatronische Systeme und insbesondere für energieautarke mechatronische Schließsysteme geeignet ist. Die Schaltvorgänge werden mittels Anordnungen von Permanentmagneten realisiert, deren Magnetkräfte für das Verschieben einer Schleppscheibe (3) und einer Kupplungsscheibe (4) genutzt werden. Ein Permanentmagnet einer ersten Magnetanordnung (6), dessen Magnetfeldfeld (7) durch einen Körper aus magnetisch leitfähigem Material (8) so beeinflusst wird, dass es über eine kurze Reichweite eine starke Anziehungskraft F1 ausübt, hält die Schleppscheibe (3) und die Kupplungsscheibe (4) in einem dauerhaften Grundzustand. Ein Schaltvorgang wird ausgelöst, indem dieser Permanentmagnet (6) durch einen Elektromagneten (9) kompensiert wird. Dadurch kann eine zweite Magnetanordnung (11), die eine Kraft F2 auf die Kupplungsscheibe (4) ausübt, wobei F2 kleiner ist als F1 ohne Kompensation, die Kupplungsscheibe (4) verschieben. Weitere Schaltzustände können erreicht werden, indem die Scheiben gegeneinander verdreht werden, so dass weite Magnetanordnungen Magnetkräfte erzeugen die zu Schaltvorgängen führen. Die Kupplung benötigt nur für das Auslösen eines Kupplungsvorganges elektrische Energie. Für das Fortführen und Abschließen des Kupplungsvorganges wird ein Teil der mechanischen Energie entnommen, die durch die Kupplung übertragen werden soll.

Description

  • 1. Das technische Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung auf der Basis von Anordnungen von Permanentmagneten und durch Elektromagnete kompensierbare Permanentmagnete, die besonders energiesparend kuppelt und deshalb für den Einsatz in energieautarken Systemen, insbesondere in energieautarken mechatronischen Schließsystemen, geeignet ist.
  • 2. Stand der Technik
  • Es sind Kupplungen bekannt, in denen Permanentmagneten eingesetzt werden.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2005 034 614 A1 beschreibt eine „universell einsetzbare Überlast-Sicherheits- und Schaltkupplung zur Übertragung eines Drehmoments ...”. Diese Erfindung umfasst Kupplungsscheiben in denen Magnete derartig eingebaut sind, dass sich die Magnete im eingekuppelten Zustand anziehen und im ausgekuppelten Zustand abstoßen. „Das Auslösemoment der Kupplung wird über die Anzahl, Größe und Stärke der Magnete, deren Abstand zueinander sowie über die Geometrie der Kupplungsscheiben – flach oder verzahnt – bestimmt.” Die in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 034 614 A1 beschriebene Erfindung löst vor allem die Aufgabe, Elektromagnete zu vermeiden, so dass elektrische Anschlüsse entfallen können. Außerdem wird bei dieser Kupplung durch das Abstoßen der Kupplungsscheibe ein Rattern im ausgekuppelten Zustand verhindert. Allerdings handelt es sich bei dieser Erfindung um eine Überlastkupplung. Es ist nicht Gegenstand der Erfindung auf energiesparende Weise Schaltvorgänge zu realisieren.
  • In der Offenlegungsschrift DE 100 13 516 A1 wird eine Bremsvorrichtung oder Kupplungsvorrichtung beschrieben, bei der die Kraft eines Permanentmagneten oder Elektromagneten genutzt wird um einen auf einen Anschlag gedrückten Reibkörper von diesem Anschlag zu entfernen und dadurch die Kupplungs- oder Bremswirkung aufzuheben. Dabei wird auch eine Kombination eines Permanentmagneten mit einem Elektromagneten beschrieben, wobei der Elektromagnet bei Bedarf mit Strom versorgt wird und dann ein Magnetfeld ausbildet, das dem Magnetfeld des Permanentmagneten entgegenwirkt, so dass die Wirkung des Permanentmagneten aufgehoben wird.
  • In der Offenlegungsschrift DE 103 13 855 A1 wird eine Hysteresekupplung beschrieben, die das Drehmoment berührungslos überträgt und dadurch besonders verschleißarm ist. Insbesondere gewährleistet diese Kupplung eine gleichmäßige Übertragung des Drehmomentes auch bei Schlupfbetrieb. Die Erfindung liefert allerdings keine Lösung für die Aufgabe einen Kuppelvorgang auf besonders energiesparende Weise auszuführen.
  • Keine der vorgeschlagenen Erfindungen beschreibt, wie das Ein- und Auskuppeln durch unterschiedliche Kombinationen von Magneten gezielt und auf besonders energiesparende Weise ausgelöst werden kann. Die aufgeführten Kupplungen sind auch nicht für mechatronische Schließsysteme geeignet.
  • 3. Das der Erfindung zugrunde liegende Problem
  • Bei energieautarken Systemen, die ihre Energie ausschließlich aus der unmittelbaren Umgebung durch Energiewandlung beziehen, ist elektrische Energie ein äußerst knappes und daher wertvolles Gut. Das gilt insbesondere auch bei energieautarken mechatronischen Schließsystemen, die ihre elektrische Energie ausschließlich aus der Wandlung der mechanischen Energie beziehen, die bei der Betätigung des Handhabungselementes, beispielsweise des Türdrückers, anfällt. Ein sparsamer Energieverbrauch ist für jedes Element solcher Systeme daher besonders wünschenswert. Das gilt auch für die eingesetzten Kupplungen. Die vorliegende Erfindung schlägt daher für Anwendungen, bei denen Energieeffizienz besonders gefordert ist, insbesondere für energieautarke mechatronische Schließsysteme, eine Kupplungseinheit vor, die mit besonders wenig elektrischer Energie betrieben werden kann. Dabei soll der Kupplungsvorgang durch ein elektrisches Signal ausgelöst werden können.
  • 4. Die Erfindung
  • Es wird eine Kupplung mit einem geringen Verbrauch an elektrischer Energie vorgeschlagen, die für energieautarke mechatronische Systeme und insbesondere für energieautarke mechatronische Schließsysteme geeignet ist. Die Kupplung benötigt nur für das Auslösen eines Kupplungsvorganges elektrische Energie. Für das Fortführen und Abschließen des Kupplungsvorganges wird ein Teil der mechanischen Energie entnommen, die durch die Kupplung übertragen werden soll.
  • Die Kupplung ist für die Übertragung von Drehmomenten geeignet. Dabei ist der Verdrehungswinkel α bei jeder Verdrehung gleich groß und beträgt weniger als 360°. Nach einer Verdrehung um den Winkel α erfolgt immer eine entgegengesetzte Verdrehung bis in den Ausgangszustand.
  • Die Übertragung des Drehmoments erfolgt nach den bekannten Prinzipien des Stands der Technik. Beispielsweise kann es sich um eine auf Formschlüssigkeit basierende Kupplung handeln. Gemäß dem Stand der Technik enthält die Kupplung eine Antriebscheibe (1), eine Kupplungsscheibe (4) und eine Abtriebscheibe (5) aus mechanisch belastbarem Material als Elemente zur Übertragung des Drehmomentes. Die drei Scheiben sind um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert. Die Kupplung enthält weiterhin eine Schleppscheibe (3), die zur Umsetzung rotatorischer Bewegung in translatorische Bewegung dient.
  • Die Antriebscheibe (1) ist mit dem Antriebselement verbunden. Das Antriebselement ist beispielsweise der Vierkant des Betätigungselementes eines Schließsystems. Durch das Antriebselement wird ein Drehmoment in die Antriebscheibe (1) eingetragen. Die Antriebscheibe (1) kann Rotation, aber keine Translation ausführen. Sie ist vorzugsweise am Rand so ausgeformt, dass sie Formstücke (17) oder Freilassungen enthält, die eine formschlüssige Verbindung ermöglichen, über die sich ein Drehmoment übertragen lässt.
  • Die Abtriebscheibe (5) ist mit dem Abtriebelement, beispielsweise dem Vierkant eines Türschlosses verbunden und überträgt das Drehmoment auf das Abtriebelement. Die Abtriebscheibe (5) kann ebenfalls Rotation aber keine Translation ausführen. Sie ist ebenfalls vorzugsweise am Rand so ausgeformt, dass sie Formstücke (17) enthält, die eine formschlüssige Verbindung ermöglichen, über die sich ein Drehmoment übertragen lässt.
  • Die Kupplungsscheibe (4) wird zwischen der Antriebscheibe (1) und der Abtriebscheibe (5) angeordnet und kann sowohl Rotation als auch Translation in Richtung der allen Scheiben gemeinsamen Rotationsachse ausführen. Dabei wird die Kupplungsscheibe (4) um den Weg s verschoben. Die Kupplungsscheibe (4) hat Ausformungen (17), die geeignet sind, in korrespondierende Freilassungen sowohl an der Antriebscheibe (1) als auch in der Abtriebscheibe (5) zu greifen, so dass zwischen der Antriebscheibe (1), der Kupplungsscheibe (4) und der Abtriebscheibe (5) Formschlüssigkeit hergestellt werden kann. Durch Translation der Kupplungsscheibe (4) auf der gemeinsamen Achse kann die Formschlüssigkeit hergestellt oder aufgehoben werden.
  • Wenn im eingekuppelten Zustand ein Drehmoment in die Antriebscheibe (1) eingetragen wird, so dass diese in Rotation versetzt wird, wird dieses Drehmoment auf die anderen Scheiben übertragen, so dass die Rotation von allen Scheiben gemeinsam ausgeführt wird.
  • Im ausgekuppelten Zustand wird die Kupplungsscheibe (4) durch Translation so auf der allen Scheiben gemeinsamen Achse positioniert, dass die Formstücke der Kupplungsscheibe (4) sich nur innerhalb entweder der Antriebscheibe (1) oder der Abtriebscheibe (5) befinden, so dass keine Formschlüssigkeit zwischen der Antriebscheibe (1) und der Abtriebscheibe (5) hergestellt ist.
  • Die bisher beschriebene Anordnung von Kupplungsscheiben entspricht dem Stand der Technik, auf dem die Erfindung aufsetzt. Ein Schaltvorgang einer bisher beschriebenen, auf Formschlüssigkeit basierenden Kupplung geschieht mittels Verschieben der Kupplungsscheibe um den Weg s entlang der gemeinsamen Drehachse. Dabei geschieht auch der Energieverbrauch.
  • Für das Verschieben der Kupplungsscheibe um den Weg s wird eine besonders energiesparend arbeitende Einrichtung vorgeschlagen, die die für eine Translation notwendigen unterschiedlichen Kräfte erfindungsgemäß mittels einer Kombination mehrerer Permanentmagnete und Elektromagnete bereitstellt.
  • Im Folgenden seien die einzelnen Magnetanordnungen der Kupplung beschrieben.
  • Es gibt eine erste Magnetanordnung, die die Kupplungsscheibe und die Schleppscheibe. dauerhaft in einer Grundposition fixieren und dadurch einen Grundzustand dauerhaft beibehalten. Sie dient weiterhin dazu, den Grundzustand durch einen elektrischen Impuls aufzuheben. Diese erste Magnetanordnung umfasst mindestens einen Permanentmagnet (6), dessen Magnetfeld (7) auf elektrischem Wege kompensiert werden kann und der auf der Antriebscheibe (1) angeordnet wird. Die gegenüberliegende Schleppscheibe (3) enthält je Permanentmagnet (6) einen Gegenstand aus ferromagnetischem Material (10), beispielsweise je eine Scheibe aus Eisen. Die Permanentmagnete (6) und die Gegenstände aus ferromagnetischem Material (10) sind derartig angeordnet, dass bei einem kurzen Abstand zueinander eine starke magnetische Anziehungskraft F1 von den Permanentmagneten (6) auf die Gegenstände aus ferromagnetischem Material (10) ausgeübt wird. Das Magnetfeld des Permanentmagneten (6) ist derartig geformt, dass die Ausdehnung des Magnetfeldes, in dem eine ausreichend große Zugkraft erzeugt wird, nur einen Bruchteil des Abstandes s beträgt um den die Schleppscheibe (3) und die Kupplungsscheibe (4) verschoben werden sollen. Der Permanentmagnet (6) wird erfindungsgemäß mit einem geeignet geformten Bauteil aus einem magnetisch leitfähigem Material (8) umgeben, so dass das Magnetfeld (7) derartig beeinflusst wird, das es über eine kurze Entfernung eine starke Anziehungskraft F1 auf ferromagnetische Materialien aufweist. Beispielsweise kann ein geeignet dimensionierter Topfmagnet mit schmalem, ringförmigem Luftspalt gemäß dem Stand der Technik eingesetzt werden. Je Permanentmagnet (6) wird weiterhin ein Elektromagnet (9) angeordnet. Die Elektromagnete (9) sind technisch so auszugestalten, dass deren Magnetfeld das Magnetfeld (7) der Permanentmagnete (6) kompensiert. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Stromfluss durch den Elektromagneten (9) die Zugkraft F1 auf den ferromagnetischen Gegenstand (10) auf eine Zugkraft F3 abgeschwächt wird. Es wird vorgeschlagen, die Elektromagneten (9) als Spule auszubilden, die sich ebenfalls innerhalb des Körpers aus magnetisch leitfähigem Material (8) befindet, wobei der Permanentmagnet (6) der Spulenkern ist. Durch diese konstruktive Anordnung wird sowohl das Magnetfeld (7) des Permanentmagneten (6) als auch das Magnetfeld des Elektromagneten von demselben Körper (8) beeinflusst. Dadurch kann die Stärke des Magnetfeldes des Elektromagneten (9) auf die Stärke des Magnetfeldes (7) des Permanentmagneten (6) besonders gut abgestimmt werden.
  • Es gibt eine zweite Magnetanordnung, die dazu dient, eine Kraft F2 für die Verschiebung der Schleppscheibe (3) und der Kupplungsscheibe (4) zu erzeugen und auf diese Weise den Kupplungsvorgang zu bewirken. Dazu werden auf der Schleppscheibe (3) und auf einer Haltevorrichtung (2) in der Ebene der Antriebscheibe (1) mindestens ein, aber vorzugsweise drei Permanentmagnete (11) angeordnet. Die Haltevorrichtung (2) kann beispielsweise als Ring ausgebildet sein, dessen Vorderseite mit der Vorderseite der elektrisch kompensierbaren Permanentmagneten (6) der ersten Magnetanordnung in einer Ebene liegt. Die Haltevorrichtung ist in axialer Richtung nicht verschiebbar. Die Permanentmagnete (11) der Haltevorrichtung (2) müssen den Permanentmagneten (11) auf der Schleppscheibe (3) gegenüberliegen und sind so auszurichten, dass sich gleiche Pole gegenüberstehen, so dass sie sich abstoßen. Die Ausdehnung und Stärke des Magnetfeldes (16) dieser Magnete sind so zu dimensionieren, dass die daraus resultierende Magnetkraft F2 auf dem gesamten Weg s, um den die Schleppscheibe (3) und die Kupplungsscheibe (4) verschoben werden sollen, als Schubkraft ausreicht. Dabei muss die Kraft F2 aber kleiner sein als die durch den kompensierbaren Permanentmagneten (6) erzeugte entgegengesetzt gerichtete Kraft F1. Die Verschiebung der Schleppscheibe (3) und der Kupplungsscheibe (4) kann also nur dann erfolgen, wenn die Kraft F1 durch Einschalten des Elektromagneten (9) kompensiert wird.
  • Es gibt eine dritte Magnetanordnung, die dazu dient, eine Kraft F4 für die Verschiebung der Schleppscheibe (3) in entgegengesetzter Richtung zu erzeugen. Dazu werden auf der Kupplungsscheibe (4) weitere Permanentmagnete (13) derartig angeordnet, dass bei einer Verdrehung der Antriebscheibe (1) und damit auch der Schleppscheibe (3) um den vorgesehenen Drehwinkel α diese Permanentmagneten (13) direkt gegenüber den Permanentmagneten (11) auf der Schleppscheibe (3) positioniert werden. Die Permanentmagnete (13) der dritten Magnetanordnung werden gegenüber den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung so ausgerichtet, dass sich gleiche Pole gegenüberstehen. Dadurch entsteht eine abstoßende Kraft F4, die die Schleppscheibe (3) in Richtung der Antriebscheibe (1) schiebt. Die Ausdehnung des Magnetfeldes ist so zu dimensionieren, dass die daraus resultierende Magnetkraft ausreicht, die Schleppscheibe (3) um einen Weg s zu verschieben. Danach haften die in der Schleppscheibe (3) befindlichen Eisenscheiben (10) wieder an den Permanentmagneten (6) der ersten Magnetanordnung.
  • Es gibt eine vierte Magnetanordnung, die dazu dient, die Kupplungsscheibe (4) in Richtung der Schleppscheibe (3) zu ziehen. Dieser Vorgang kann erst stattfinden, nachdem die Antriebscheibe (1) in ihre Ausgangsstellung zurückgedreht wurde. Solange die Antriebscheibe (1) verdreht ist, passen die Formstücke (17) und Freilassungen der Kupplungsscheibe (4) und der Antriebscheibe (1) nicht zueinander, so dass eine Verschiebung der Kupplungsscheibe (4) verhindert wird.
  • Zur Realisierung der vierten Magnetanordnung werden auf der Kupplungsscheibe (4) mindestens ein, vorzugsweise aber drei Permanentmagnete (12) derartig angeordnet, dass sich diese gegenüber den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung befinden. Die Magnete sind so auszurichten, dass sich unterschiedliche Pole gegenüberstehen und dadurch eine Zugkraft F5 entsteht. Durch diese Zugkraft F5 wird die Kupplungsscheibe (4) in Richtung der Schleppscheibe (3) und damit auch in Richtung der Antriebscheibe (1) verschoben. Auf diese Weise wird der durch die zweite Magnetanordnung bewirkte Kupplungsvorgang aufgehoben und der Grundzustand wieder hergestellt.
  • 5. In welcher Weise die Erfindung gewerblich anwendbar ist
  • Der gewerbliche Einsatz der Erfindung ist überall dort sinnvoll, wo es auf einen besonders geringen Verbrauch an elektrischer Energie ankommt. Insbesondere ist der Einsatz der Erfindung für den Einsatz in energieautarken mechatronischen Schließsystemen vorgesehen.
  • 6. Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
  • Eine erfindungsgemäße Kupplung benötigt wesentlich weniger Energie als Kupplungen, die nach dem Stand der Technik hergestellt wurden. Beispielsweise benötigt eine Kupplung für ein mechatronisches Schließsystem nach dem Stand der Technik für einen vollständigen Zutrittsvorgang, also entriegeln und wieder verriegeln, etwa 100 mWs elektrische Energie. Bei einer erfindungsgemäßen Kupplung, die die gleiche Aufgabe löst, reichen etwa 10 mWs je Zutrittsvorgang aus. Es können also etwa 90% der elektrischen Energie eingespart werden. Das macht diese Kupplungen besonders geeignet für den Einsatz in energieautarken Systemen. Die Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in energieautarken Schließsystemen vorgesehen, deren Energieversorgung ausschließlich durch die Wandlung der beim Betätigen des Türdrückers anfallenden mechanischen Energie in elektrische Energie erfolgt.
  • 7. Ein Weg zum Ausführen der Erfindung im Einzelnen
  • Es wird eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Kupplung für ein energieautarkes mechatronisches Schließsystem vorgeschlagen. Das Schließsystem wandelt die beim Betätigen des Türdrückers anfallende mechanische Energie mittels eines Generators in elektrische Energie. Mit der auf diese Weise gewonnenen elektrischen Energie sollen alle elektrischen und elektronischen Bauteile des Schließsystems betrieben werden. Weitere Energiequellen sind nicht vorgesehen. Das Schließsystem enthält auch eine Elektronik zum Überprüfen von Zutrittsberechtigungen. Abhängig von der Zutrittsberechtigung soll das Schließsystem öffnen oder nicht. Das wird dadurch realisiert, dass die Übertragung des Drehmomentes vom Türdrücker auf das Schloss durch eine erfindungsgemäße Kupplung gewährleistet oder auch unterbrochen werden kann. Dabei soll der Schaltvorgang durch einen elektrischen Impuls erfolgen. Im Grundzustand soll sich das Schließsystem im eingekuppelten Zustand befinden und nur bei einem Zutrittsversuch ohne Zutrittsberechtigung soll ausgekuppelt werden.
  • Um die Kupplung erfindungsgemäß auszuführen werden eine Antriebscheibe (1), eine Schleppscheibe (3), eine Kupplungsscheibe (4) und eine Abtriebscheibe (5) in dieser Reihenfolge innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Die Antriebscheibe (1), die Kupplungsscheibe (4) und die Abtriebscheibe (5) sind aus nicht ferromagnetischem Edelstahl gefertigt. Die Schleppscheibe (3) wird aus Kunststoff hergestellt um eine geringe Masse dieses Bauteils zu erreichen. Alle Scheiben sind um dieselbe Achse drehbar, wobei sich diese Achse jeweils in den Mittelpunkten der Scheiben befindet. Die Antriebscheibe (1) ist mit dem Vierkant des Türdrückers verbunden, die Abtriebscheibe (5) ist mit dem Vierkant des Schlosses verbunden. Beim Betätigen des Türdrückers wird die Antriebscheibe (1) um einen Winkel von 45° verdreht. Sie ist auf der Achse nicht verschiebbar.
  • Die Schleppscheibe (3) ist über den Dorn (14) mit der Antriebscheibe (1) derart verbunden, dass sich beide gemeinsam verdrehen, aber die Schleppscheibe (3) auf der gemeinsamen Achse um 2 mm verschiebbar ist. Die Kupplungsscheibe (4) wird ebenfalls verschiebbar auf der Achse gelagert. Beim Auskuppeln wird die Kupplungsscheibe (4) in Richtung der Abtriebscheibe (5) verschoben, so dass sie bündig mit ihr abschließt und also ein Luftspalt zwischen der Antriebscheibe (1) und den benachbarten Scheiben entsteht. Da die Kupplungsscheibe (4) und die Abtriebscheibe (5) formschlüssig sind können sie sich auch nur gemeinsam drehen.
  • Als erste Magnetanordnung werden drei Topfmagnete bestehend aus je einem Permanentmagneten (6), dem topfartigen Körper aus magnetisch leitfähigem Material (8) und einer integrierten Spule als Elektromagnet (9) auf der Antriebscheibe (1) angebracht. Die elektrischen Anschlüsse der Spulen (9) werden über bewegte elektrische Leitungen zur Schaltelektronik geführt. In die Schleppscheibe (3) werden Eisenscheiben (10) eingepresst, die sich den Topfmagneten (6) gegenüber befinden und deshalb von diesen angezogen werden.
  • Als zweite Magnetanordnung werden drei Permanentmagnete (11) auf einer als Ring ausgebildeten Haltevorrichtung (2) angebracht. Die Haltevorrichtung (2) ist so ausgeformt und montiert, dass deren Vorderseite mit der Vorderseite der Topfmagneten (6) eine Ebene bildet. Die Haltevorrichtung (2) führt Drehungen gemeinsam mit der Abtriebscheibe (5) aus. Das wird konstruktiv dadurch gelöst, dass sie durch einen auf der Abtriebscheibe (5) befindlichen Dorn (15) der in Aussparungen in der Haltevorrichtung (2) greift, verbunden ist. Auf der Schleppscheibe (3) werden ebenfalls die zur zweiten Magnetanordnung gehörenden Permanentmagneten (11) angebracht, beispielsweise indem sie in Bohrungen eingepresst werden. Dabei sind die Pole aller Magnete so auszurichten, dass die Magnete einander abstoßen
  • Als dritte Magnetanordnung werden auf der Kupplungscheibe (4) drei Permanentmagnete (13) angebracht. Diese Permanentmagnete (13) werden so angeordnet, dass sie sich den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung gegenüber befinden, wenn die Schleppscheibe (3) um den vorgesehenen Drehwinkel von 45° verdreht ist. Die Pole werden so ausgerichtet, dass zwischen den zur zweiten Magnetanordnung gehörenden Permanentmagneten (11) und den Permanentmagneten (13) der dritten Magnetanordnung eine Abstoßungskraft F4 entsteht.
  • Als vierte Magnetanordnung werden auf der Kupplungsscheibe (4) drei Permanentmagnete (12) angebracht. Diese Permanentmagnete (12) werden so angeordnet, dass sie sich den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung gegenüber befinden, wenn sich die Schleppscheibe (3) in der Ausgangsstellung befindet, deren Drehwinkel also 0° beträgt. Dieser Zustand wird erreicht, wenn nach einem Zutrittsversuch der Türdrücker zurückgedreht wurde. Die Pole der Permanentmagnete (12) der vierten Magnetanordnung sind so auszurichten, dass zwischen ihnen und denen der zweiten Magnetanordnung (11) eine Anziehungskraft entsteht. Dadurch wird die Kupplungsscheibe (4) in Richtung der Antriebscheibe (1) bewegt und der gekuppelte Grundzustand wieder erreicht.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Antriebscheibe
    2
    Haltevorrichtung für Permanentmagnete
    3
    Schleppscheibe
    4
    Kupplungsscheibe
    5
    Abtriebscheibe
    6
    Elektrisch kompensierbarer Permanentmagnet der Ersten Magnetanordnung
    7
    Beeinflusstes Magnetfeld der ersten Magnetanordnung
    8
    Körper aus magnetisch leitfähigem Material
    9
    Elektromagnet
    10
    Ferromagnetisches Material der Ersten Magnetanordnung
    11
    Permanentmagnete der Zweiten Magnetanordnung
    12
    Permanentmagnete der Vierten Magnetanordnung
    13
    Permanentmagnete der Dritten Magnetanordnung
    14
    Kopplungselement zwischen der Antriebscheibe und der Schleppscheibe
    15
    Kopplungselement zwischen der Abtriebscheibe und der Haltevorrichtung für Permanentmagnete
    16
    Unbeeinflusstes Magnetfeld
    17
    Formstücke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005034614 A1 [0003, 0003]
    • DE 10013516 A1 [0004]
    • DE 10313855 A1 [0005]

Claims (5)

  1. Kupplung für die Übertragung von Drehmomenten über einen Winkel von weniger als 360° auf der Basis von Magneten mit elektrischer Magnetfeldkompensation, dadurch gekennzeichnet, dass 1.1. diese Kupplung mindestens zwei Bauteile enthält, von denen mindestens das eine um den Weg s in axialer Richtung verschiebbar ist, wobei diese Verschiebung einen Kupplungsvorgang bewirkt, 1.2. es mindestens eine erste Anordnung von Permanentmagneten (6) gibt, die auf dem ersten Kupplungsbauteil befestigt ist und deren Magnetfeld (7) durch magnetisch leitfähige Bauteile (8) derartig geleitet wird, dass es auf einen ferromagnetischen Körper (10), der auf dem zweiten Kupplungsbauteil befestigt ist, eine Anziehungskraft F1 über eine Entfernung s1 ausübt, wobei s1 wesentlich kleiner als s ist, 1.3. es eine zweite Anordnung von Permanentmagneten (11) gibt, die sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Kupplungsbauteil Permanentmagnete (11) enthält, die sich mit gleichen Polen gegenüberstehen, so dass eine abstoßende Kraft F2 über eine Entfernung s ausgeübt wird, wobei F2 wesentlich kleiner als F1 ist, 1.4. es mindestens einen Elektromagneten (9) gibt, der bei einem Stromimpuls das Magnetfeld (7) der ersten Magnetanordnung derartig kompensiert, dass die Kraft F1 kleiner wird als die Kraft F2, so dass das zweite Kupplungsbauteil durch die Differenzkraft F2 – F1 um den Weg s verschoben wird, so dass ein Kupplungsvorgang stattfindet, 1.5. es eine dritte Anordnung von Permanentmagneten (13) gibt, die derartig angebracht sind, dass sie bei einer Verdrehung einer der beiden Kupplungsbauteile um einen Winkel, der kleiner als 360° ist, den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung mit unterschiedlichen Polen gegenüberstehen, so dass eine anziehende Kraft F3 über die Entfernung s ausgeübt wird, wobei F3 ausreichen muss, die Kupplungsbauteile zueinander zu verschieben, so dass der unter 1.4 genannte Kupplungsvorgang rückgängig gemacht wird.
  2. Kupplung für die Übertragung von Drehmomenten über einen Winkel von weniger als 360° auf der Basis von Magneten mit elektrischer Magnetfeldkompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2.1. diese Kupplung eine Antriebscheibe (1), eine Kupplungsscheibe (4) und eine Abtriebscheibe (5) enthält, wobei die Kupplungsscheibe (4) um den Weg s in axialer Richtung verschiebbar ist und die Verschiebung der Kupplungsscheibe (4) eine formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebscheibe (1) und der Abtriebscheibe (5) herstellt oder aufhebt und dadurch einen Kupplungsvorgang bewirkt oder aufhebt, 2.2. diese Kupplung weiterhin eine Schleppscheibe (3) enthält, die zwischen der Antriebscheibe (1) und der Kupplungsscheibe (4) angeordnet wird und die ebenfalls um den Weg s in axialer Richtung verschoben werden kann, wobei diese Verschiebung unabhängig von der Verschiebung der Kupplungsscheibe (4) sein kann und durch eine Koppelvorrichtung (14) eine gemeinsame Verdrehung der Schleppscheibe (3) mit der Antriebscheibe (1) erzwungen wird, 2.3. es mindestens eine erste Anordnung von Permanentmagneten (6) gibt, die als Topfmagnete ausgebildet sind und auf der Antriebscheibe (1) angeordnet sind und die auf ferromagnetische Körper (10), die auf der Schleppscheibe (3) angeordnet sind, eine Anziehungskraft F1 über eine Entfernung s1 ausüben, wobei s1 wesentlich kleiner als s ist, 2.4. es eine zweite Anordnung von Permanentmagneten (11) gibt, die sowohl in der Ebene der Antriebscheibe (1) mittels einer Haltevorrichtung (2) fest positionierte Permanentmagnete (11) als auch auf der Schleppscheibe (3) Permanentmagnete (11) enthält, wobei sich die Permanentmagnete (11) mit gleichen Polen gegenüberstehen, so dass eine abstoßende Kraft F2 über die Entfernung s ausgeübt wird, wobei F2 wesentlich kleiner als F1 ist, 2.5. es mindestens einen Elektromagneten (9) gibt, der als Spule innerhalb der Topfmagneten der ersten Magnetanordnung ausgebildet ist, der bei einem Stromimpuls das Magnetfeld (7) der ersten Magnetanordnung derartig kompensiert, dass die Kraft F1 kleiner wird als die Kraft F2, so dass die Schleppscheibe (3) durch die Differenzkraft F2 – F1 um den Weg s verschoben wird, wobei die Schleppscheibe (3) die Kupplungsscheibe (4) ebenfalls verschiebt, so dass ein Kupplungsvorgang stattfindet, 2.6. es eine dritte Anordnung von Permanentmagneten (13) gibt, die auf der Kupplungsscheibe (4) Permanentmagnete (13) enthält, die derartig angebracht sind, dass sie bei einer Verdrehung der Antriebscheibe (1) und somit auch der Schleppscheibe (3) um einen Winkel, der kleiner als 360° ist, den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung mit gleichen Polen gegenüberstehen, so dass eine abstoßende Kraft F3 über die Entfernung s ausgeübt wird, wobei F3 ausreichen muss, die Schleppscheibe (3) zueinander zu verschieben, so dass die Schleppscheibe (3) in den Einflussbereich der ersten Magnetanordnung zu verschieben, 2.7. es eine vierte Anordnung von Permanentmagneten (12) gibt, die auf der Kupplungsscheibe derartig angeordnet werden, dass sie bei einer Rückverdrehung der Antriebscheibe (1) und somit auch der Schleppscheibe (3) in die Ausgangslage, den Permanentmagneten (11) der zweiten Magnetanordnung mit unterschiedlichen Polen gegenüberstehen, so dass eine anziehende Kraft F4 erzeugt wird, die die Kupplungsscheibe (4) in Richtung der Schleppscheibe (3) zieht und dadurch den unter 2.5 erfolgten Kupplungsvorgang rückgängig macht.
  3. Kupplung für die Übertragung von Drehmomenten über einen Winkel von weniger als 360° auf der Basis von Magneten mit elektrischer Magnetfeldkompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung im Grundzustand eingekuppelt ist.
  4. Kupplung für die Übertragung von Drehmomenten über einen Winkel von weniger als 360° auf der Basis von Magneten mit elektrischer Magnetfeldkompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zum Schutz vor Beeinflussung durch externe Magnetfelder mittels eines Gehäuses aus ferrormagnetischem Material abgeschirmt wird.
  5. Kupplung für die Übertragung von Drehmomenten über einen Winkel von weniger als 360° auf der Basis von Magneten mit elektrischer Magnetfeldkompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zum Schutz vor Beeinflussung durch externe Magnetfelder um einen Magnetsensor erweitert wird, wobei ein Kupplungsvorgang ausgelöst wird wenn der Magnetsensor ein Signal liefert.
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