DE1179427B - Elektromagnetisch betaetigte Kupplung, vorzugsweise Lamellenkupplung - Google Patents

Description

• Elektromagnetisch betätigte Kupplung, vorzugsweise Lamellenkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigte Kupplung, vorzugsweise Lamellenkupplung, mit einem feststehenden, auf einer Welle mittels eines Wälzlagers gelagerten Magnetkörper und einer von diesem durch einen konstanten im magnetischen Kraftfluß liegenden radial gerichteten äußeren und einem axial gerichteten inneren Luftspalt getrennten, mit der Welle umlaufenden und als Leitring für den magnetischen Kraftfluß dienenden Gegendruckscheibe.
• Bei elektromagnetisch betätigten Kupplungen soll die Stromzuführung möglichst nicht über Schleifringe erfolgen, da diese oftmals Betriebsstörungen hervorrufen. Dabei bereitet die Lagerung des feststehenden Magnetkörpers auf der sich drehenden Welle sowie gegen den ebenfalls umlaufenden Leitring vielfach Schwierigkeiten, da durch die auftretenden Axialkräfte die Lagerung stark beansprucht und somit deren Lebensdauer beeinträchtigt wird. Außerdem soll die übertragungsfähigkeit derartiger Kupplungen bei kleinen Abmessungen möglichst groß sein.
• Es ist bereits bekannt, zur Lagerung des Magnetkörpers einer Kupplung zwischen diesem und der Welle bzw. der Gegendruckscheibe ein aus einem Radialnadellager und einem Axialkugellager bestehendes Wälzlager anzuordnen. Außerdem ist es bekannt, den Magnetkörper mittels eines Gleitlagers auf der Welle zu lagern. Eine derartige Lagerung kann jedoch Axialkräfte nicht aufnehmen und hat, wie auch die bereits erwähnte Wälzlagerung, trotz großem Bauraum nicht die für die bevorzugte Anwendung derartiger Kupplungen im Werkzeugmaschinenbau erforderliche Lebensdauer.
• Des weiteren sind elektromagnetisch betätigte Kupplungen bekannt, die zwischen dem Magnetkörper und der Ankerscheibe bzw. der Gegendruckscheibe einen teilweise zur Kupplungsachse geneigten Luftspalt aufweisen. Dadurch soll eine ausreichende Festigkeit der Gegendruckscheibe erzielt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, bei einer elektromagnetisch betätigten Kupplung, vorzugsweise Lamellenkupplung, mit einem feststehenden, auf einer Welle mittels eines Wälzlagers gelagerten Magnetkörper und einer von diesem durch je einen im magnetischen Kraftfluß liegenden konstanten, radial gerichteten äußeren und axial gerichteten inneren Luftspalt getrennten, mit der Welle umlaufenden und als Leitring für den magnetischen Kraftfluß dienenden Gegendruckscheibe eine einwandfreie Lagerung des Magnetkörpers auf der Welle zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird dies durch die Vereinigung folgender Merkmale erreicht: a) daß das Wälzlager in an sich bekannter Weise aus einem Radialnadellager und einem Axialkugellager besteht und b) daß der von dem inneren :Schenkel des Magnetkörpers und der Gegendruckscheibe begrenzte innere Luftspalt zur Kupplungsachse geneigt verläuft, oder daß dieser Luftspalt aus zwei zueinander parallelen, gegen die Kupplungsachse geneigten Teilluftspalten besteht, die durch einen achsparallelen Teilluftspalt miteinander verbunden sind, oder daß sich dieser Luftspalt aus zwei Teilluftspalten zusammensetzt, die zur Kupplungsachse in entgegengesetzter Richtung geneigt verlaufen.
• Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine elektromagnetisch betätigte Kupplung geschaffen, bei der der feststehende Magnetkörper in zuverlässiger Weise auf den sich drehenden Teilen gelagert ist. Vor allem aber wird durch die erfindungsgemäße Art der Lagerung im Zusammenwirken mit der Ausbildung der von den magnetischen Kraftlinien durchfluteten Luftspalte eine Lebensdauer erzielt, durch die die Anwendung der vorschlagsgemäßen schleifringlosen Kupplungen im Werkzeugmaschinenbau, wo eine rechnerische Lebensdauer von etwa 20 000 Betriebsstunden erforderlich ist, ermöglicht wird.
• Diese geringe Axialbelastung der Lagerung wird dadurch ermöglicht;. indem der Magnetkörper durch einen radial gerichteten Leitluftspalt, der von den magnetischen Kraftlinien senkrecht zur Kupplungsachse durchflutet wird, und einen zur Kupplungsachse geneigten Luftspalt von dem Leitring getrennt ist. Da bei einem Leitluftspalt keine axial gerichteten Kräfte auftreten, werden somit lediglich durch den inneren, geneigt ausgebildeten Luftspalt Axialkräfte erzeugt, die jedoch nur aus der axial gerichteten Komponente der dabei auftretenden magnetischen Zugkraft bestehen.
• Wie die rechnerische Ableitung ergibt, verringert sich die senkrecht zu dem geneigt ausgebildeten Luftspalt gerichtete Zugkraft gegenüber der bei einem achssenkrechten Arbeitsluftspalt auftretenden Kraft mit dem Sinus des Neigungswinkels zur Längsachse, da durch die Vergrößerung der Polflächen die Feldliniendichte verändert wird. Und da sich die axial gerichtete Komponente dieser Zugkraft, die auf das erfindungsgemäß angeordnete Lager einwirkt, wiederum mit dem Sinus des Neigungswinkels verkleinert, verringert sich folglich die axial gerichtete Magnetkraftkomponente des geneigt ausgebildeten Luftspalts gegenüber der Magnetkraft eines achssenkrechten Luftspalts mit dem Quadrat der Sinusfunktion des Neigungswinkels. Bei einem Neigungswinkel von 30° beträgt die auf die Lagerung einwirkende Axialkraft somit nur noch ein Viertel des Wertes eines achssenkrechten Luftspalts.
• Des weiteren bietet die vorschlagsgemäße Ausführung auch Vorteile konstruktiver und wirtschaftlicher Art, denn die Baugröße einer gemäß der Erfindung ausgebildeten schleifringlosen Lamellenkupplung wird dahingehend beeinflußt, daß nunmehr als Reibscheiben die Lamellen einer vergleichbaren Schleifringkupplung verwendet werden können. Bisher war dies nicht möglich, da erhebliche Unterschiede, besonders in den äußeren Abmessungen der Lamellen, einer derartigen Austauschbarkeit und der damit verbundenen günstigen Lagerhaltung entgegenstanden.
• Die Erfindung ist an Hand von drei Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 eine schleifringlose elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung, bei der der innere Luftspalt zur Kupplungsachse geneigt ausgebildet ist, F i g. 2 eine Kupplung gemäß F i g. 1, bei der der innere Luftspalt aus parallelem, gegen die Kupplungsachse geneigten Teilen und einem diese verbindenden achsparallelen Teil zusammengesetzt ist, und F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 mit einem inneren Luftspalt, der aus zwei entgegengesetzt zueinander geneigten Teilen zusammengesetzt ist.
• In F i g. 1 ist auf einer Welle 1 ein Kupplungskörper 5 einer schleifringlosen, elektromagnetisch betätigten Kupplung drehfest gelagert, der als Mitnehmer 11 für die Innenlamellen 9 der Kupplung ausgebildet ist. Der andere Kupplungskörper wird von dem Außenmitnehmer 12 für die Außenlamellen 10 gebildet, der mit einem Abtriebszahnrad 13 fest verbunden ist. Zur Erzeugung der Kupplungskraft dient die von einer in einem ortsfesten Magnetkörper 2 eingesetzten Magnetspule 3 hervorgerufene Magnetkraft. Zwischen den Schenkeln 2a und 2b des Magnetkörpers 2 ist ein Leitring 4, der durch einen unmagnetischen Zwischenring 14 unterteilt ist, zur Führung der magnetischen Kraftlinien angeordnet, durch den diese durch die Lamellen 9, 10 zu einer ebenfalls auf dem Kupplungskörper 5 verschiebbar gelagerten Ankerscheibe 8 geleitet werden. Zur Lagerung des ortsfesten Magnetkörpers 2 auf der umlaufenden Welle 1 ist ein aus einem Nadellager 6 und einem Axiallager 7 kombiniertes Wälzlager vorgesehen, durch das alle auftretenden Kräfte in zuverlässiger Weise aufgenommen werden können.
• Der Luftspalt 15 zwischen dem äußeren Schenkel 2 b des Magnetkörpers 2 und dem Leitring 4 ist als achsparalleler Leitluftspalt ausgebildet, so daß dieser radial von den Kraftlinien durchflutet wird und somit an dieser Stelle keine Axialkraft auftritt. Dagegen ist der Luftspalt 16 zwischen dem inneren Schenkel 2 a und dem Leitring 4 gemäß der Erfindung zur Kupplungsachse 17 geneigt ausgebildet, um die durch die Magnetkraft hervorgerufene Axialkraftkomponente möglichst klein zu halten, damit das Lager 6, 7 nicht über Gebühr beansprucht wird.
• Wird der Magnetspule 3 Erregerstrom zugeführt, so bildet sich ein Magnetfeld gemäß der strichpunktiert eingetragenen Linie aus. Durch die Magnetkraft wird die Ankerscheibe 8 nach links gezogen, so daß die Lamellen 9, 10 zusammengepreßt werden und somit der Kraftweg zwischen der Welle 1 und dem Zahnrad 13 geschlossen ist. Durch das Lager 6, 7 muß dabei, da der Luftspalt 16 zur Kupplungsachse 17 geneigt ausgebildet ist, nur ein geringer Teil der axial gerichteten magnetischen Zugkraft abgestützt werden.
• In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist im Gegensatz zu F i g. 1 der innere Luftspalt zwischen dem Magnetkörper 21 und dem Leitring 22 aus drei Teilen zusammengesetzt, und zwar besteht dieser Luftspalt hierbei aus zwei zueinander parallelen, ebenfalls zur Kupplungsachse geneigten Teilen 23 und 25, die durch einen achsparallelen Teil 24 miteinander verbunden sind.
• Nach F i g. 3 ist der innere Luftspalt zwischen dem ortsfesten Magnetkörper 31 und dem mitumlaufenden Leitring 32 aus zwei Teilen 33 und 34 zusammengesetzt, die entgegengesetzt zueinander zur Kupplungsachse geneigt sind.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Elektromagnetisch betätigte - Kupplung, vorzugsweise Lamellenkupplung, mit einem feststehenden, auf einer Welle mittels eines Wälzlagers gelagerten Magnetkörper und einer von diesem durch einen konstanten im magnetischen Kraftfluß liegenden radial gerichteten äußeren und einem axial gerichteten inneren Luftspalt getrennten, mit der Welle umlaufenden und als Leitring für den magnetischen Kraftfluß dienenden Gegendruckscheibe, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Vereinigung folgender Merkmale: a) daß das Wälzlager in an sich bekannter Weise aus einem Radialnadellager (6) und einem Axialkugellager (7) besteht und b) daß der von dem inneren Schenkel des Magnetkörpers (2, 3; 21; 31) und der Gegendruckscheibe (4, 22, 32) begrenzte innere Luftspalt (16) zur Kupplungsachse (17) geneigt verläuft, oder daß dieser Luftspalt aus zwei zueinander parallelen, gegen die Kupplungsachse geneigten Teilluftspalten (23, 25) besteht, die durch einen achsparallelen Teilluftspalt (24) miteinander verbunden sind, oder daß sich dieser Luftspalt aus zwei Teilluftspalten (33,34) zusammensetzt, die zur Kupplungsachse in entgegengesetzter Richtung geneigt verlaufen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1718 799; französische Patentschriften Nr. 1102 413, 1134 433, 1154 393, 1159 100; USA.-Patentschrift Nr. 2 729 318.