DE1073249B - Elektromagnetisch betätigte Klauen- und Reibscheibenkupp lung - Google Patents

Elektromagnetisch betätigte Klauen- und Reibscheibenkupp lung

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DE1073249B
DE1073249B DENDAT1073249D DE1073249DA DE1073249B DE 1073249 B DE1073249 B DE 1073249B DE NDAT1073249 D DENDAT1073249 D DE NDAT1073249D DE 1073249D A DE1073249D A DE 1073249DA DE 1073249 B DE1073249 B DE 1073249B
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DE
Germany
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claw
disk
armature
disks
clutch
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Pending
Application number
DENDAT1073249D
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English (en)
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Fnedrichshafen Hermann Sträub und Siegfried Breyer
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • F16D27/00Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/02Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with electromagnets incorporated in the clutch, i.e. with collecting rings
    • 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
    • F16HGEARING
    • F16H63/00Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/304Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by electrical or magnetic force
    • F16H2063/3046Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by electrical or magnetic force using electromagnetic clutch for coupling gear wheel to shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

  • Elektromagnetisch betätigte Klauen-und Reibscheibenkupplung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Klauenkupplung mit Vollsynchronisierung durch Reibscheiben.
  • Ausschließlich mit Reibscheiben arbeitende elektromagnetisch betätigte Kupplungen besitzen einen mit einer Erregerspule oder mit mehreren Erregerspulen versehenen Magnetkörper, der einen Mitnehmerring zur Führung von Außenlamellen besitzt. Auf einer zweiten Kupplungshälfte sind die Innenlamellen -geführt. An das aus Innen- und Außenlamellen bestehende Lamellenpaket reiht sich eine den Rückschluß des magnetischen Kraftschlusses vermittelnde Ankerscheibe.
  • Ideal wäre eine aus zwei konzentrischen magnetischen Ringen bestehende Lamelle, welche durch Stege aus unmagnetischem Werkstoff verbunden sind. In diesem Falle würde der gesamte Kraftlinienfluß durch die Ankerscheibe hindurchgehen, und jede Lamelle würde die gleiche Anziehungskraft erfahren. Durch das Vorhandensein von magnetisch leitenden Verbindungsstegen zwischen konzentrischen Ringteilen der Lamellen tritt jedoch eine teilweise Rückführung des Magnetflusses durch diese Stege ein, am stärksten in der dem Magnetkörper unmittelbar anliegenden Lamelle. Durch die an diese anschließenden Lamellen tritt nur noch ein Teil des Gesamtflusses hindurch. Dieser Teil wird in den vom Magnetkörper entfernt angeordneten Lamellen immer kleiner, so daß schließlich an der letzten Lamelle beim Anker die Anpressungskraft am geringsten ist.
  • Nach Durchdringung einer bestimmten Lamellenzahl ist daher eine Steigerung des Kupplungsmoments durch Erhöhen der Lamellenzahl nicht mehr möglich.
  • Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, außer im Magnetkörper auch im Anker eine Erregerspule unterzubringen und einen Erregerstrom von solcher Richtung hindurchzuschicken, daß die Magnetfelder von Magnetkörper und Anker sich gegenseitig verstärken. Hierdurch sollte erreicht werden, daß das übertragbare Moment gegenüber einer Kupplung mit nur einseitiger Erregung von gleicher Stärke des Gesamtflusses erhöht wird. Dabei tritt aber die Wirkung ein, daß sich das Lamellenpaket teilt: Der eine Teil der Lamellen wird zum Magnetkörper, der andere Teil zum Anker hin angezogen. Dieser Zustand dauert an, solange die Lamellen belastet sind, also während des Beschleunigungsvorgangs. Sobald der Gleichlauf erreicht ist, bewegen sich sämtliche Lamellen einschließlich des beweglichen Spulenträgers zum festen Spulenträger hin.
  • Dieser Vorgang wird beim Gegenstand vorliegender Erfindung nutzbar gemacht, indem der Magnetkörper einer aus Reibscheiben, Anker und dazwischenliegenden Klauenscheiben bestehenden Kupplung mit einer einstufigen Erregung versehen ist, durch die sowohl der Drehzahlgleichlauf hergestellt als auch die Klauenscheiben eingerückt werden und die so stark bemessen ist, daß das Einrücken der Klauenscheiben durch die während der Drehzahlangleichung auf die verschiebbaren Klauenscheiben wirkenden erhöhten Axialkräfte verzögert wird, bis Gleichlauf zwischen Antrieb und Abtrieb hergestellt ist.
  • In einer Ausführungsform einer solchen Kupplung mit einem axial verschieblichen Anker kann der Anker die eine der Klauenscheiben bilden und ist dann mit einer der beiden Kupplungshälften drehfest verbunden. Die gegenüberliegende Kupplungsscheibe ist dann mit der anderen Kupplungshälfte drehfest verbunden. Die beiden Kupplungsscheiben bilden innerhalb des Lamellenpakets einen breiten Luftspalt und bleiben beim Einschalten der Kupplung zunächst getrennt voneinander, so lange, bis Gleichlauf zwischen treibender und getriebener Kupplungshälfte eingetreten ist. Nach Eintritt des Gleichlaufs sind die Lamellen und die Klauenscheiben von axial wirkenden Reibkräften entlastet, und das Lamellenpaket mit der Ankerscheibe schließt sich zusammen. Damit ist der Formschlußteil der Kupplung ebenfalls eingerückt, ohne daß Stöße an den Klauen auftreten. Nunmehr kann die Kupplung voll belastet werden und überträgt ein erheblich höheres Drehmoment als eine reine Reibungskupplung gleicher Abmessung.
  • Es kann auch der Anker mit einer weiteren Magnetspule versehen sein. In dieser Ausführungsform liegen die beiden Klauenscheiben im Lamellenpaket.
  • Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Ausführung einer Kupplung mit axial feststehendem Magnetkörper und axial verschiebbarer Ankerscheibe, an der einer der Klauenkränze befestigt ist; Fig. 1 a zeigt die gleiche Ausführungform wie Fig. 1 in größerem Maßstab; Fig.2 zeigt eine Teilansicht der Kupplung nach Fig. 1 in Richtung des Pfeils im vergrößertem Maßstab Fig. 3 ist der Längsschnitt einer Kupplung mit beweglichem Anker, der eine weitere Magnetspule trägt. In Fig. 1 ist 1 eine Kupplungswelle, auf dessen Teil 3 ein Magnetkörper 2 aufgekeilt ist. Der Magnetkörper 2 enthält eine Magnetspule 4, welche über den Schleifring 17 Strom erhält. Auf seinem äußeren Umfang ist ein Mitnehmerring 5 befestigt, welcher Nuten mit am vorderen Teil schrägen Wänden 14 (Fig. 2) aufweist. In dem Ring 5 zugewendeten Teil der Nuten werden Außenlamellen 9 geführt. Auf der Welle 1 ist ein Zahnrad 6 mit daran befestigter Keilbuchse 8 mittels Wälzkörper 7 drehbar gelagert. Auf dem Keilbuchsenteil 8 sind Innenlamellen 10 aufgereiht. Die letzte Innenlamelle 11 trägt einen Kranz von Kupplungsklauen. Dies arbeiten mit einem Gegenkranz an der Ankerscheibe 12 zusammen. Diese wird auf dem Mitnehmerring 5 geführt und liegt im Bereich der schrägen Wände 14. Die Ankerscheibe 12 wird in Längsrichtung durch einen Federring 15 gehalten.
  • Beim Erregen des Magnetkörpers 2 wird zunächst das Lamellenpaket 9, 10 einschließlich der Klauenscheibe 11 zum Magnetkörper 2 hin angezogen. Durch die im Bereich des Magnetkörpers 2 in den Lamellen 9 und 10 vorhandenen Stege wird ein Teil des Magnetflusses bereits über die dem Magnetkörper 2 nächstliegenden Lamellen geschlossen, welche daher als erste angezogen werden. Infolgedessen wird ein Reibmoment von der Kupplungshälfte 6, 8 auf den Magnetkörper 2 übertragen, welcher beschleunigt wird. Desgleichen wird die Ankerscheibe 12 beschleunigt. Als Folge der längs der Wände 14 auftretenden Reibkräfte zwischen Ankerscheibe 12 und Mitnehmerring 5 wird die Ankerscheibe 12 zunächst an der axialen Verschiebung gehindert, so daß die Klauenscheibe 11 und die Ankerscheibe 12 nicht miteinander in Eingriff treten können.
  • Die Klauenscheibe 11 ist stärker als die Lamellen 9, 10. Sie kann auch mit Ausschnitten 13 versehen sein, die kleiner sind als die Ausschnitte der Lamellen 9 und 10. Dadurch wird erreicht, daß die Klauenscheibe 11 mit Sicherheit angezogen wird.
  • Die Reibung der Ankerscheibe 12 am Mitnehmerring 5 kann noch durch Abschrägen der Wände 14 erhöht werden.
  • Sobald Gleichlauf zwischen den beiden Kupplungshälften 6, 8 und 2, 5 eingetreten ist, wird die Ankerscheibe 12 entlastet und bewegt sich nun zum Magnetkörper 2 hin. Damit sind die Klauenscheiben 11 und 12 eingerückt.
  • Beim Ausschalten des Stromes wird die Ankerscheibe 12 durch die Federn 16 von der Klauenscheibe 11 abgedrückt. Damit ist die Kupplung ausgerückt.
  • Es können auch Antrieb und Abtrieb vertauscht sein. Es treibt dann die Welle 1 über den Magnetkörper 2, 5 und das Lamellenpaket 9, 10 die Nabe 8 des Rades 6 an. In diesem Falle üben die Abdrückfedern 16 eine Reibkraft auf die Ankerscheibe 12 aus, solange zwischen den Kupplungshälften 2, 5 und 6; 8 ein Drehzahlunterschied besteht. Nach Herstellung des Gleichlaufs hört die Belastung der Ankerscheibe 12 auf, und sie wird an das Lamellenpaket 9, 10, 11 angezogen. Fig. 1 a zeigt die gleiche Ausführungsform wie Fig. 1 in vergrößertem Maßstab mit den gleichen Bezugsziffern. Zusätzlich zu Fig. 1 ist noch die Befestigung des Klauenkranzes 19 an der Ankerscheibe 12 dargestellt. Ein Sprengring 18 dient zur axialen Befestigung der Ankerscheibe 12 am Mitnehmerring 5.
  • Eine derartige Kupplung kann auch mit axial feststehendem Anker und axial verschiebbarem Magnetkörper ausgeführt sein.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3.
  • Auf der Welle 21 ist ein Magnetkörper 22 aufgekeilt. Dieser trägt eine Magnetspule 36, welche Strom über einen Schleifring 33 erhält. Ein Zahnrad 24 mit seiner Keilnabe 30 ist - mittels einer Lagerschale 31 auf der Welle 21 frei drehbar gelagert. Der Magnetkörper 22 trägt einen Mitnehmerring 25 für die Außenlamellen 26 und 32. Innenlamellen 29 und 35 sind auf der Nabe 30 zwischen den Außenlamellen 26 und 32 aufgereiht. Im Lamellenpaket liegen zwei Klauenscheiben 27 und 28; von denen 27 mit dem Ring 25 und 28 mit der Nabe 30 drehfest verbunden ist. Am Ende des Lamellenpakets ist der Anker 23 angeordnet, der auf der Nabe 30 aufgekeilt ist. Der Anker 23 trägt eine Magnetspule 37, welche über einen Schleifring 34 Strom erhält. Zwischen den beiden Klauenscheiben 27 und 28 sind Abdrückfedern 38 eingesetzt.
  • In der dargestellten Leerlaufstellung der Kupplung dreht sich die Welle 21 mit Magnetkörper 22 und Außenlamellen 26, 27, 32. Abtriebszahnrad 24 mit Nabe 30 und Innenlamellen 28, 29, 35 steht still, die Klauenscheiben 27 und 28 sind außer Eingriff. Beim Erregen der Spulen 36 und 37 wird das Lamellenpaket 26, 27, 35 vom Magnetkörper 22 und das Lamellenpaket 28, 29; 32 vom Anker 23 angezogen. Durch die zwischen den anliegenden Innen-und Außenlamellen wirkenden Reibungskräfte wird das Abtriebszahnrad 24,30 der Kupplung auf die Drehzahl der Antriebshälfte beschleunigt. Dabei wirken zwischen den das Beschleunigungsmoment übertragenden Lamellen und dem Mitnehmerring 25 Reibkräfte, welche die Längsverschiebung des Lamellenpakets 28, 29 32 und des Ankers 23 so lange verhindern, wie die Beschleunigungskräfte wirksam sind. Die Magnetfeldstärke der Spulen 36 und 37 ist so bemessen, daß diese Reibkräfte nicht überwunden werden, so daß die Klauenscheiben 27, 28 während der Drehzahlangleichung getrennt bleiben. Nach Herstellen des Gleichlaufs werden die Lamellen 28, 29, 32 entlastet, so daß sie sich zusammen mit dem Anker 23 zum Magnetkörper 22 hinbewegen und die beiden Klauenscheiben 28, 29 miteinander in Eingriff treten können.
  • Beim Ausschalten des Stromes werden die beiden Teile des Magnetkreises durch die Federn 38 auseinandergedrückt, und auch die Klauenscheiben 27 und 28 treten außer Eingriff.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektromagnetisch betätigte Klauen- und Reibscheibenkupplung, bei der die Kupplungsklauen nach dem durch die Reibscheibenkupplung bewirkten Drehzahlgleichlauf zwischen treibender und getriebener Kupplungshälfte eingerückt werden, gekennzeichnet durch eine einstufige Erregung des Magnetkörpers, die sowohl den Drehzahlgleichlauf herstellt als auch die Klauenkupplung einrückt und so stark bemessen ist, daß das Einrücken der Klauenscheiben durch die während der Drehzahlangleichung auf die verschiebbaren Klauenscheiben wirkenden erhöhten Axialkräfte verzögert wird, bis Gleichlauf zwischen Antrieb und Abtrieb hergestellt ist.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheibe (12) als Klauenscheibe ausgebildet ist, die mit einer Klauenscheibe (11) in Eingriff tritt.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Klauenscheibe (11) und der Ankerscheibe (12) Abdrückfedern (16) vorhanden sind, die in radialer Richtung möglichst weit von der Kupplungsachse entfernt angeordnet sind.
  4. 4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (23) mit einer Magnetspule (37) versehen ist, die ebenso wie die Magnetspule (36) während der Drehzahlangleichung wirkt.
  5. 5. Kupplung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheibe (12) bzw. die Außenlamellen (32) in Nuten (14) mit schrägen Wänden geführt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1708 561.
DENDAT1073249D Elektromagnetisch betätigte Klauen- und Reibscheibenkupp lung Pending DE1073249B (de)

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