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Elektrischer Kupplungs- und Bremsmotor zum Antreiben von Nähmaschinen
Bei elektromotorisch angetriebenen Nähmaschinen gilt es, insbesondere wenn letztere
industriell eingesetzt werden, den Nähvorgang beliebig unterbrechen und ebenso beliebig
wiederaufnehmen zu können. Dabei soll die Nähnadel rasch angehalten und ebenso schnell
wieder auf ihre Betriebsgeschwindigkeit gebracht werden. Um dieser Forderung genügen
zu können, sind sogenannte Kupplungsmotoren entwikkelt worden. Solche Kupplungsmotoren
sind, damit sie möglichst klein gehalten werden können, mit einem Energiespeicher
ausgerüstet, der die zur raschen Beschleunigung der Nähmaschinenwelle nötige Arbeit
abgeben kann. Der Energiespeicher ist als Schwungscheibe ausgebildet, die zugleich
das eine Glied einer Schaltkupplung bildet, mittels welcher eine Abtriebsscheibe,
die zum Antreiben der Nähmaschine dient, wahlweise an die Schwungscheibe gekuppelt
oder von dieser gelöst werden kann. Ein solcher Kupplungsmotor ist noch mit einer
Bremsscheibe ausgerüstet, an welcher die Kupplungsscheibe nach ihrem Lösen von der
Schwungscheibe zur Anlage gebracht wird, um das sofortige Stillsetzen der Nähnadel
nach dem Lösen der Kupplung herbeiführen zu können.
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Das jeweilige Inbetriebsetzen der Nähmaschine bzw. deren Stillsetzen
wird durch Verschieben der Kupplungsscheibe mittels einer Verschiebehülse bewirkt,
was in der Regel über ein durch die Bedienungsperson der Nähmaschine zu betätigendes
Pedal veranlaßt wird.
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Die Erfindung bezweckt hauptsächlich, die Bedienungsperson von der
zum Betätigen der Kupplung erforderlichen Arbeit zu entlasten. Zu dem gleichen Zweck
ist bereits versucht worden, das Verschieben der Kupplungsscheibe elektromagnetisch
vorzunehmen. Hierzu wurde beispielsweise die umlaufende Schwungscheibe als Elektromagnet
ausgebildet, der beim Erregen die Kupplungsscheibe anzieht und damit die Drehkraftübertragung
bewirkt. Nachteilig ist bei dieser Ausbildung, daß besondere Vorkehrungen getroffen
werden müssen, um die Wicklung in der umlaufenden Schwungscheibe festzulegen. Nachteilig
ist ferner, daß die Magnetspule über Schleifringe mit Strom versorgt werden muß.
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Bei einem anderen Motor erfolgt die Verstellung der Kupplungsscheibe
nach der Schwungscheibe hin mittels eines Gestänges, d. h. eines Hebelgetriebes.
Zur Verstellung der Kupplungsscheibe nach der Bremsscheibe hin dient dagegen eine
Feder, die beim Betätigen des Hebelgetriebes gespannt wird und sich bei Freigabe
des Hebelgetriebes entspannt. Im Grunde genommen handelt es sich um einen der üblichen
Kupplungsmotoren, bei dem aber das Hebelgetriebe nicht mehr mechanisch, sondern
elektromagnetisch betätigt wird.
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Bei einem anderen bekannten Motor dieser Art wird auch die Heranbringung
der Kupplungsscheibe an die Bremsscheibe mittels eines auf das Hebelgetriebe einwirkenden
Magneten bewirkt.
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Die Verwendung jeglichen Hebelgetriebes bei einer Vorrichtung zum
magnetischen Verstellen der Kupplungsseheibe bringt eine unerwünschte Schaltverzögerung.
Hinzu kommt, daß die vom elektrischen Verstellmagneten auf seinen Zuganker auszuübende
Zugkraft verhältnismäßig hoch liegen muß, um ein Verstellen der Verschiebehülse
herbeiführen zu können. Hierdurch bedingt müssen die Amperewindungen der Spulen
verhältnismäßig groß sein. Demzufolge liegen auch die Induktivitäten der Spulen
hoch. Dann sind aber auch die Zeitkonstanten c = LIR groß. Es wird
somit zum Auf- und Abbau der magnetischen Felder verhältnismäßig viel Zeit benötigt,
was sich als weitere Verzögerung des Kupplungsschaltvorganges auswirkt. Außerdem
muß wegen des unumgänglich notwendigen Spiels an den Gelenkstellen eines Hebelgetriebes
der Verstellweg des Zugankers verhältnismäßig groß gewählt werden. Für das Zurücklegen
langer Ankerwege wird aber eine verhältnismäßig große Zeitspanne benötigt, was sich
als weitere Verzögerung des Kupplungsschaltvorganges auswirkt.
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Ferner sind Motoren mit einer elektromagnetischen Kupplung bekanntgeworden.
Hierbei muß vom Magneten sowohl die zum Verschieben der Kupplungsscheibe
benötigte
Kraft als auch die zur Drehkraftübertragung erforderliche Haftkraft aufgebracht
werden. Die Haftkraft kann nach dem Unterbrechen des Magnetstromkreises nur allmählich
abgebaut werden. Daher ergibt sich hier eine Schaltverzugszeit, die für Nähantriebe
untragbar groß ist. Außerdem läuft das eine Glied der Magnetkupplung gegenüber dem
anderen Glied derselben um, so daß Kraftlinien geschnitten werden und eine EMK entsteht,
was zu unerwünschter Wirbelstrombildung führen kann.
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Bei einem anderen Motor wird das eine Glied einer Konuskupplung elektromagnetisch
verstellt. Hierbei ist die Spule mit dem Magnetkern ruhend eingebaut, während der
Anker im eingeschalteten Zustand der Kupplung umläuft. Infolgedessen werden auch
bei diesem Magneten vom Anker Kraftlinien geschnitten, so daß im Anker eine EMK
induziert wird und damit Wirbelströme sich ausbilden können. Hinzu kommt, daß der
Schaltweg für die verwendete Konuskupplung erfahrungsgemäß verhältnismäßig groß
gewählt, der Magnet mithin verhältnismäßig stark ausgebildet werden muß.
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Schließich sind Kupplungsmotoren bekanntgeworden, bei welchen die
Konuskupplung durch eine Scheibenkupplung ersetzt worden ist. Bei diesen Motoren
sind die Magnetspulen ringförmig ausgebildet und ortsfest in den Lagerschilden des
Motors eingebaut. Die mit ihnen zusammenwirkenden Anker werden von den Kupplungsscheiben
unmittelbar gebildet. Der Anker muß dabei so gestaltet sein, daß er unbehindert
umlaufen kann. Infolgedessen muß ein verhältnismäßig großer Luftspalt zwischen den
ruhenden und den beweglichen Teilen des Elektromagneten vorhanden sein. Bedingt
durch den Luftspalt ist die zum Schalten der Kupplung benötigte elektrische Energie
beachtlich groß. Im angezogenen Zustand befindet sich der Zuganker des Elektromagneten
nicht in Ruhe, sondern in Bewegung. Demnach ist die Zugkraft, die von der Magnetspule
auf den Zuganker bei den bekannten Motoren ausgeübt werden kann, verhältnismäßig
klein. Die Schaltzeit dagegen ist verhältnismäßig groß. Hinzu kommt, daß auch hier
sich Wirbelströme ausbilden können.
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Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Kupplungs- und Bremsmotor
zum Antreiben von Nähmaschinen mit umlaufender Schwungscheibe und stillstehender
Bremsscheibe sowie einer durch axiales Verschieben an die Schwungscheibe oder an
die Bremsseheibe stellbaren Kupplungsscheibe, wobei zu deren Axialverschiebung ein
Elektromagnet dient, dessen Bauteile bis auf den Anker ruhend angeordnet sind und
wobei dieser selbst nur axial verschiebbar ist. An einem solchen Motor besteht die
Erfindung darin, daß der Elektromagnet innerhalb des durch den axialen Abstand von
Kupplungsscheibe und Antriebsscheibe gegebenen Raumes angeordnet ist, indem er konzentrisch
zur Abtriebswelle vorgesehen ist, seine Spule als Röhrenspule und sein Anker als
in die Röhrenspule einragender Ringanker ausgebildet ist.
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Durch die Erfindung kommt jegliches Hebelgetriebe zum Verstellen der
Kupplungsscheibe in Fortfall. Daher braucht auch nicht die durch das Hebelgetriebe
bedingte Verlustarbeit aufgebracht zu werden, mithin kann die Zahl der Amperewindungen
geringer sein; der Auf- und Abbau der Magnetfelder erfolgt rascher, die, Zeitkonstante
ist kleiner. Auch braucht der Anker nur um ein kurzes Stück verstellt zu werden,
so daß die vom Anker benötigte, Verstellzeit sehr klein ist. Außer der Verkürzung
des Kupplungsschaltvorganges ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Aufwand an
den für die Betätigungsvorrichtung der Kupplungsscheibe benötigten Bauteilen gering
ist, daß ferner am Motorgehäuse keine sperrigen Aufbauten vorhanden sind, vielmehr
praktisch ein ohnehin vorhandener Raum zur Anordnung des Betätigungsmagneten herangezogen
wird, Motor und Magnet also eine organische Baueinheit bilden, die gegenüber den
bekannten Kupplungsmotoren ohne magnetische Kupplungsschaltung keinen zusätzlichen
Raumbedarf aufweisen. Dies ist im vorliegenden Fall von besonderer Bedeutung, weil
der zum Einbau an Nähmaschinen vorhandene Raum häufig äußerst knapp bemessen ist.
Als weiterer Vorteil ist die Tatsache zu werten, daß der Energiebedarf des Magneten
gering ist.
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Um einen besonders gedrängten Einbau des Magneten zu erhalten, empfiehlt
es sich, die zum axialen Verstellen der Kupplungsscheibe dienende Verschiebehülse
zwischen Abtriebswelle und Ringanker vorzusehen. Günstig ist es ferner, wenn beim
Ansprechen des Magnetankers die Kupplungsscheibe nach der Schwungscheibe zu verschoben
wird.
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Die Führung des Ankers wird besonders vorteilhaft, wenn die Führungen
vor und hinter dem Anker in der Nabe des Kupplungslagerschildes vorgesehen sind.
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Zur zwangläufigen Heranbringang der Kupplungsscheibe an die Bremsscheibe
ist es ratsam, eine, Federung vorzusehen, die auf die Verschiebehülse im Sinne eines
Heranführens der Kupplungsscheibe an den Bremsring einwirkt. Dabei kann die Federung
Tellerfedern umfassen, die zwischen dem Anker des Magneten und dem feststehenden
Kupplungslagerschild eingebaut sind.
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Auf den Einbau von Federn zum Zurückstellen der Kupplungsscheibe kann
verzichtet werden, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein fest mit der
Kupplungsscheibe verbundener Dauermagnet eingebaut wird, der bei nicht erregtem
Elektroniagnet das Heranführen der Kupplungsscheibe an die Bremsscheibe bewirkt.
Um die.Wirkung des Dauerinagneten bei erregtem Elektromagnet aufzuheben, kann ein
elektrischer Zusatzmagnet vorgesehen werden, der parallel zum Elektromagneten liegt
und entsprechend bemessen, angeordet und ausgelegt wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind in der nachstehenden Beschreibung
der Zeichnung erläutert, die einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Kupplungs- und Bremsmotor mit
Verstellelektromagnet und RÜckstellfederung, Fig, 2 einen Ausschnitt aus einem Kupplungs-
und Bremsmotor mit Verstellelektromagnet und rückstellendem Dauermagnet, Fig.
3 einen Ausschnitt aus einem Kupplungs- und Bremsmotor mit Verstellelektromagnet
und Zusatz-Magnet.
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In Fig. 1 ist die Motorwelle mit 1 und die umlaufende
Schwungscheibe, die mit gleichbleibender Geschwindigkeit von der Motorwelle
1 aus angetrieben wird, mit 2 bezeichnet. Die Kupplungsscheibe
3
kann wahlweise an die umlaufende Schwungscheibe 2 oder den nachstellbaren
Bremsring 4 zur Anlage gebracht werden. Der Bremsring 4 ist im ruhenden Lagerschild
5 eingebaut. Die Kupplungsscheibe 3 ist auf der Abtriebswelle
6 axialverschiebbar und drehfest
gelagert. Sobald sie mit
der Schwungscheibe 2 verbunden ist, treibt sie die Welle 6 und damit die
mit dieser fest verbundene Antriebsscheibe 7 an.
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Im Kupplungslagerschild 5 ist die Spule 8 eines Elektromagneten eingebaut.
Das Bauteil 9 stellt den in Längsrichtung der Welle 6 verschiebbaren Anker des Elektromagneten
dar. Er kann als Ringanker ausgebildet sein. Die Spule 8 kann röhrenförmig gestaltet
sein. In sie taucht der Anker 9 ein. Er ist im übrigen fest auf der Verschiebehülse
10 angebracht.
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Wird die Spule 8 erregt, dann wird der Anker 9 in Richtung
des Pfeiles A verstellt. Hierbei nimmt er die Verschiebehülse 10 ebenfalls in Richtung
des Pfeiles A mit. Infolgedessen kommt der Kupplungsbelag 11 zur Anlage an die Schwungscheibe
2. Daher wird die Kupplungsseheibe 3 mitgenommen und die Welle 6 sowie die Antriebsscheibe
7 in Umlauf versetzt.
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Zwischen dem Lagerschild 5 und der mit der Verschiebehülse 10 fest
verbundenen Scheibe 12 ist eine aus Tellerfedem 13 gebildete Federung vorgesehen.
Die Federung bewirkt das Zurückziehen der Verschiebehülse 10 bei nicht erregter
Spule 8. Sie bewirkt somit, daß der Bremsbelag 14 zur Anlage am Brernsring 4 kommt,
so daß die Kupplungsscheibe 3 und damit die Welle 6 und die, Antriebsseheibe 7 abgebremst
werden.
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Die zum Erregen der Magnetspule 8 erforderliche Energie ist
gering, weil der Verschiebeweg des Ankers 9 kurz und der Luftspalt klein ist.
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In der Verschiebehülse 10, die vorzugsweise aus Sinterbronze besteht,
ist die Welle 6 gelagert. Diese kann zusammen mit der Verschiebehülse 10, dem Bauteil
10', dem Anker 9 und der Kupplungsscheibe 3 in Richtung und Gegenrichtung des Pfeiles
A verschoben werden. Die Flächen 15 und 16 an den vornehmlich aus Weicheisen bestehenden
Bauteilen 12' und 13' dienen bei solchen Verschiebungen als Führungen.
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In der Nabe der Schwungscheibe 2 ist eine Regelkupplung 17 eingebaut.
Wird der Spule 8 ein Regelwiderstand vorgeschaltet, so kann die Kupplungskraft der
Regelkupplung 17, die eine Vorkupplung darstellt, geändert werden. Hierdurch ist
es möglich, einerseits das von der Schwungscheibe 2 auf die Antriebsscheibe 7 zu
übertragende Drehmoment und anderseits die Umlaufgeschwindigkeit der Antriebsscheibe
7 zu ändern.
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Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die Tellerfedern 13 entfallen.
Das Zurückstellen der Verschiebehülse 10 und damit der Kupplungsscheibe 3 erfolgt
durch den Dauermagneten 18. Damit der Dauermagnet nur bei nicht eingeschaltetem
Elektromagnet 8 wirksam wird, ist dafür gesorgt, daß bei erregtem Elektromagnet
sich eine das Abstoßen des Dauermagneten bewirkende Polarität einstellt.
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Damit die Kraftlinien des Elektromagneten 8 Über den Dauermnagneten
18 laufen müssen, besteht das Bauteil 19 aus einem magnetisch nichtleitendenWerkstück,
beispielsweise Messing.
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Die Wirkung des Dauermagneten 18 kann auch durch einen zusätzlichen
Elektromagneten 20 aufgehoben werden, dessen Erregerwicklung parallel zur Magnetspule
8 geschaltet ist (Fig. 3).
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Bei den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 ist noch eine schwach bemessene
Wellenfeder 21 eingebaut, die nach Abschalten des Elektromagneten die sofortige
Anlage der Kupplungsseheibe mit dem Bremsbelag 14 am Kupplungslagerschild 5 bewirkt,
so daß die Wirkung des Dauerinagneten 18 nicht durch einen großen Luftspalt geschwächt
wird.
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Die Schwungscheibe ist gleichzeitig als Lüfterscheibe mit Luftdurchtrittsöffnungen
zur Kupplungsscheibe hin ausgebildet. Die Kupplungsscheibe weist ebenfalls Luftdurchtrittsöffnungen
auf, so daß der Elektromagnet von dem Schwungscheibenlüfter aus gekühlt werden kann.