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Elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung Die Erfindung betrifft
eine elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung, bei der Magnetkörper, Anker und
das vom magnetischen Kraftfluß freie Lamellenpaket axial nebeneinander angeordnet
sind.
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Es sind schleifringlose, magnetisch betätigte Kupplungen bekannt,
bei denen das axial neben dem Magnetkörper liegende Lamellenpaket frei vom Magnetfluß
ist. Bei einer solchen Kupplung ist das feststehende Spulengehäuse im Querschnitt
U-förmig ausgebildet und weist mit seiner offenen Seite in Richtung auf das Lamellenpaket.
Eine die offene Seite abdeckende Ankerscheibe weist am Umfang einen hülsenförmigen
Ansatz auf, der das Lamellenpaket umgreift und an seinem freien Ende die Druckscheibe
trägt. Zwischen der Ankerscheibe und dem Lamellenpaket ist noch eine axial feste
Wand vorgesehen, die als Gegendruckscheibe dient. Abgesehen von der relativ großen
Masse der mit dem Anker bewegten Teile und der damit verbundenen langen Schaltzeiten
weist diese bekannte Kupplung erhebliche radiale und axiale Abmessungen auf, bedingt
durch die zusätzlich benötigte Gegendruckscheibe und die erforderlichen kräftigen
Lager für das stationäre Magnetgehäuse. Diese Lager müssen die vom Magnetgehäuse
auf die Ankerscheibe in axialer Richtung übertragenen großen Kräfte aufnehmen können.
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In der Patentanmeldung B 41354 XIIl47 c ist eine solche Lamellenkupplung
beschrieben, bei welcher der ringförmige Anker mit der die Lamellen in Richtung
zum Magnetkörper zusammenpressenden Druckscheibe über auf deren Umfang verteilte,
den Abstand zwischen Anker und Druckscheibe überbrückende Zugbolzen verbunden ist
und eine zugleich als Gegendruckscheibe dienende, radial nach außen verlaufende
feste Wand des Magnetkörpers von außen mit radialem Spiel umgibt. Die Mitnahme des
Ankers, der Druckscheibe und der Außenlamellen in Drehrichtung erfolgt durch mit
dem Magnetkörper verbundene und sich axial erstreckende Arme, die auf dem gleichen
Durchmesser wie die Zugbolzen, jedoch gegenüber diesen in Umfangsrichtung versetzt
angeordnet sind. Die so ausgebildete Lamellenkupplung ist in ihrem mechanischen
Kupplungsteil, also dem Lamellenpaket, frei vom Magnetfluß, so da.ß eine Beeinträchtigung
des Kupplungsspiels durch das bekannte magnetische Kleben nicht eintreten kann.
Sie zeichnet sich durch universelle Anwendbarkeit und große Ansprechempfindlichkeit
aus. Durch die kleine Masse der beim Kuppeln bewegten Teile und die Freihaltung
des Ankers und der mit diesem unmittelbar verbundenen Teile von der Übertragung
eines Drehmoments werden sehr kurze Schaltzeiten erzielt. Trotzdem weist diese Lamellenkupplung
kleine radiale und axiale Abmessungen auf, was für zahlreiche Verwendungsfälle,
so beim Einbau in Werkzeugmaschinen, von erheblicher Bedeutung ist.
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Um die Lamellenkupplung nach der Patentanmeldung B 41354 XII J 47c
als schleifringlose Kupplung verwendbar zu machen und dabei ihre Vorteile geringer
Abmessungen bei großer Schaltempfindlichkeit voll zu erhalten, sieht die Erfindung
vor, daß zwischen der radialen Wand des Magnetkörpers und der offenen Stirnseite
des in bekannter Weise auf dem Magnetkörper drehbar gelagerten, im Querschnitt U-förmigen
Magnetspulengehäuses eine mit dem Magnetkörper umlaufende, einen Übertritt des magnetischen
Kraftflusses zum Magnetspulengehäuse und Magnetkörper in axialer Richtung unterbindende
Ringscheibe aus unmagnetisierbarem Werkstoff angeordnet ist, auf deren äußerem Umfang
ein das Magnetspulengehäuse mit geringem radialem Spiel umgebender hülsenförmiger
Polschuh abgestützt ist, der zusammen mit dem ringförmigen Anker den axialen Arbeitsluftspalt
begrenzt.
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Es ist bei schleifringlosen, elektromagnetisch betätigten Kupplungen
an sich bekannt, zwischen der Kupplungsscheibe od. dgl. und der Magnetwicklung eine
Ringscheibe aus unmagnetisierbarem Werkstoff anzuordnen. In einem bekannten Fall
bildet diese Ringscheibe den Halter für den Reibbelag der Einscheibenkupplung. In
anderen Fällen ist die Ringscheibe zugleich die Gegendruckscheibe der Einscheibenkupplung.
Zu
diesem Zweck ist sie bei einer bekannten Einscheibenkupplung auf einer zentralen
Nabe aus magnetisierbarem Material befestigt und trägt an ihrem äußeren Rand ein
den Magnetfluß zu der beweglichen Kupplungsscheibe leitendes Polstück. Bei einer
ähnlichen Anordnung ist das von der Ringscheibe aus unmagnetisierbarem Material
getragene Polstück als eine die Spule außen einschließende Polhülse ausgebildet.
Dabei ist es auch bekannt, die koaxialen, sich mit geringem radialem Abstand gegenüberliegenden
Flächen von relativ zueinander drehbaren Teilen des Magnetkreises in axialer Richtung
so zu vergrößern, daß der Magnetfluß an der Übergangsstelle immer einen geringen
Übergangswiderstand findet.
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Bei allen diesen bekannten schleifringlosen, elektromagnetisch betätigten
Kupplungen handelt es sich um solche, bei denen die Lamellen- oder Kupplungsscheiben
vom Magnetfluß durchflutet sind. Die Ringscheibe aus unmagnetisierbarem Material
dient hierbei dazu, den Magnetfluß bis in die außenliegende, als Anker dienende
Kupplungsscheibe zu drängen. Diese Aufgabe liegt bei der erfindungsgemäßen Kupplung
nicht vor, da bei ihr eine Durchflutung des Lamellenpakets vermieden ist. Hier dient
diese Scheibe vielmehr dazu, einen äußeren, das Spulengehäuse von außen umgebenden
Polschuh fest auf dem Magnetkörper zu unterstützen, daß praktisch ohne Veränderung
der axialen Länge der Kupplung ein Übertritt des Magnetflusses zwischen Spulengehäuse
und den mit dem Magnetkörper umlaufenden Teilen nur in radialer Richtung und bei
möglichst geringem Übergangswiderstand erfolgt. Dies hat zur Folge, daß axiale Kräfte
auf das festgehaltene Spulengehäuse nicht zur Einwirkung kommen und daher für das
Aufnehmen solcher Kräfte geeignete, die radialen Abmessungen der Kupplung wesentlich
beeinflussenden Lager in Fortfall kommen. Erst dadurch kommen die Merkmale der Kupplung
gemäß Patentanmeldung B 41354 XII/47 c, die auf kleine Abmessungen abzielen, bei
der Anwendung der Kupplung als schleifringlose Kupplung voll zum Tragen. Auf Grund
der geringen Magnetverluste beim Übergang des Magnetflusses von feststehenden zu
umlaufenden Teilen wird eine bessere, die Leistung und Ansprechempfindlichkeit erhöhende
Ausnutzung der von der Spule gelieferten Magnetkraft erzielt.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupplung nach der
Erfindung.
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Auf der Primärwelle 1 ist mittels Keilen 1 a eine Keilbüchse 2 befestigt,
auf welcher mittels Keilen 3 eine Büchse 4 des Magnetkreises sitzt. Gegen eine axiale
Verschiebung gegenüber den Keilen 3 der Keilbüchse 2 ist die Büchse 4 in der einen
Richtung durch eine Schulter 6, in der anderen Richtung durch herausgedrückte Nasen
7 gesichert. Die Büchse 4 besteht aus einem zylindrischen Teil 4 a und einem radial
nach außen ragenden Flansch 4 b.
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Die Ringspule 8 ist innerhalb eines im Querschnitt U-förmig ausgebildeten
Gehäuses 9 angeordnet; dessen offene Seite in Richtung auf den Flansch 4 b weist.
Das Gehäuse besteht aus magnetisierbarem Material und wird mittels eines außerhalb
der Kupplung fest angeordneten Armes (nicht dargestellt) an einer Drehung gehindert.
In dem Gehäuse 9 sind Bohrungen vorgesehen, durch welche die Spulenenden 10 nach
außen zu den entsprechenden Stromanschlüssen (nicht dargestellt) geführt sind.
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Das Spulengehäuse 9 ist auf dem zylindrischen Teil 4a der Büchse 4
mittels einer Schicht 11 aus einem Lagermetall gelagert. Die Schicht 11 ist
auf die Innenfläche des Gehäuses 9 aufgespritzt und weist eine Dicke von nur wenigen
Hundertstelmillimetern auf. Diese Lagerschicht kann auch aus einem anderen nichtmetallischen
Werkstoff bestehen.
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Auf dem zylindrischen Teil 4 a der Büchse 4 ist eine ringförmige Scheibe
12 aus nichtmagnetisierbarem Material mit Preßsitz aufgeschoben, die mittels Schrauben
13 an dem Flansch 4 b befestigt ist: Der Kopf der Schrauben 13 hat in dem Flansch
4 b Spiel, so daß die Scheibe 12 allein durch den zylindrischen Teil 4a zentriert
ist. Auf dem äußeren Um# fang der Scheibe 12 ist ein. hülsenförmiger Polschub 14
fest aufgelötet, der das Spulengehäuse 9 nahezu über dessen ganze Länge mit geringem
radialem Spiel umgibt. Über die ringförmige Scheibe 12 warden die starken auf den
Polschuh 14 wirkenden axialen Schubkräfte von dem Flanschteil 4 b und damit von
der Welle 1 aufgefangen.
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Der innere Schenkel des U-förmigen Spulen gehäuses 9 ist etwas länger
als der äußere Schenkel und stützt sich an der ringförmigen Scheibe 12 ab. Gegen
eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung ist das Gehäuse durch einen Abstandsring
15 aus unmagnetisierbarem Werkstoff und einen Sprengring 16 gesichert.
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Der durch die Büchse 4, das Spulengehäuse 9 und den Polschuh
14 gebildete Magnetkreis ist durch einen ringförmigen Anker 17 geschlossen.
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Der Anker 17 ist auf seiner dem Magnetkörper 8, 9 zugewandten Seite
stufenförmig abgesetzt und ist mit der Innenfläche der äußeren Stufe auf dem Umfang
der ringförmigen Scheibe 12 gefiihrt und zentriert. Den weiter innen gelegenen Stufen
des Ankers 17 stehen entsprechende, am Umfang des Flansches 4 b ausgebildete Stufen
gegenüber: Die zylindrischen Flächen der Stufen weisen einen sehr geringen Abstand
auf, während der Abstand der axial gerichteten Flächen etwa der Größe des:.Arbeitsspalts
des Magnetkreises entspricht.
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Durch die stufenförmige Ausbildung des Ankers ergibt sich neben einer
einfachen und genauen Zentrierung und Führung des Ankers 17 auf der Scheibe 12 noch
der Vorteil eines großen Übergangsbereiches und damit eines geringen Übergangswiderstandes
von dem Flansch 4 b auf den ringförmigen. Anker 17: Es wurde zwar schon vorgeschlagen,
im Querschnitt geneigt zur axialen Richtung verlaufende Übergangsflachen zu verwenden.
Diese haben jedoch den Nachteil; daß der Abstand und damit der Übergangswiderstand
zwischen ihnen relativ groß sein muß, um die Bewegungsfreiheit des Ankers nicht
zu behindern. Außerdem wird der Anker bei geringster Abweichung von seiner zentrierten
Lage nicht mehr gleichmäßig angezogen.
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In die Stirnfläche des Flansches 4 b sind radiale Nuten eingearbeitet,
in welche der eins Schenkel 18
eines Winkelstücks 19 eingelassen ist, der
an dem Flansch 4 b befestigt ist. Die sich axial erstreckenden Schenkel 21 der Winkelstücke
19 bilden die Mitnehmer für die Außenlamellen 22 des aus den Außenlamellen 22 und
den Innenlamellen 23 gebildeten Lamellenpakets 24.
Die Innenlamellen
sitzen auf der Verzahnung 25 einer Mitnehmerbüchse 26, welche mittels eines Keiles
27 auf der Sekundärwelle 28 befestigt ist.
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Zum Einrücken der Lamellenkupplung dient eine Druckscheibe 29, welche
über Zugbolzen 30 mit dem ringförmigen Anker 17 verbunden ist.
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Man erkennt, daß der Magnetteil einen außerordentlich kompakten, raumsparenden
Aufbau aufweist und daß das Spulengehäuse einen wesentlichen Bestandteil des Magnetkreises
bildet. Der Magnetfluß tritt zwischen den Polschuhen und dem Gehäuse ausschließlich
in radialer Richtung und durch große parallellaufende Flächen über. Diese Flächen
liegen an der Übergangsstelle zur Büchse 4 unter Zwischenschaltung einer sehr dünnen
Lagerschicht dicht aufeinander, während sie an der übergangsstelle zum äußeren Polschuh
nur durch einen engen Luftspalt getrennt sind. Da der äußere Polschuh durch die
ringförmige Scheibe 12 aus nichtmagnetisierbaxem Material genau zentriert wird,
läßt sich dieser Luftspalt sehr klein halten, so daß dem Fluß an den Übergangsstellen
praktisch kein Widerstand entgegengesetzt wird. Die durch den Übergang des Magnetflusses
auf das Gehäuse wirkenden Kräfte sind ausschließlich radial gerichtet und besitzen
aufsummiert den Wert Null. Die Einwirkung axialer Magnetkräfte auf das Gehäuse ist
durch die ringförmige Scheibe 12 unterbunden, so daß die Reibungskräfte zwischen
den sich relativ zueinander bewegenden Flächen gering sind.