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Elektromagnetisch betätigte Klauen-und Reibscheibenkupplung Die Erfindung
betrifft eine elektromagnetisch betätigte Klauenkupplung mit Vollsynchronisierung
durch Reibscheiben.
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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.
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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.
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Nach Durchdringung einer bestimmten Lamellenzahl ist daher eine Steigerung
des Kupplungsmoments durch Erhöhen der Lamellenzahl nicht mehr möglich.
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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.
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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.
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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.
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Es kann auch der Anker mit einer weiteren Magnetspule versehen sein.
In dieser Ausführungsform liegen die beiden Klauenscheiben im Lamellenpaket.
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Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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Die Reibung der Ankerscheibe 12 am Mitnehmerring 5 kann noch durch
Abschrägen der Wände 14 erhöht werden.
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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.
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Beim Ausschalten des Stromes wird die Ankerscheibe 12 durch die Federn
16 von der Klauenscheibe 11 abgedrückt. Damit ist die Kupplung ausgerückt.
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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.
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Eine derartige Kupplung kann auch mit axial feststehendem Anker und
axial verschiebbarem Magnetkörper ausgeführt sein.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3.
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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.
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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.
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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.