DE1186281B

DE1186281B - Electromagnetically operated tooth clutch

Info

Publication number: DE1186281B
Application number: DEM52891A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Noll
Original assignee: Maschinenfabrik Stromag GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Stromag GmbH
Priority date: 1962-05-17
Filing date: 1962-05-17
Publication date: 1965-01-28

Description

Elektromagnetisch betätigte Zahnkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigte Zahnkupplung mit zwei ringförmigen, die Kupplungshälften beim Einrücken selbstzentrierenden Radialverzahnungen. Die bisher bekannten Radialverzahnungen mit ebenen, d. h. unter einem über die ganze Zahnbreite gleichen Neigungswinkel geneigten Zahnflanken können nicht allen Anforderungen genügen. Einerseits kann der Flankenneigungswinkel so klein bemessen sein, daß eine große in Umfangsrichtung verlaufende Kraftkomponente entsteht, die die sichere Übertragung eines großen Drehmoments gewährleistet. Hierbei ist jedoch die zur Unterstützung des Lösens der Kupplung, insbesondere unter Last, notwendige axial gerichtete Kraftkomponente zu gering und daher nicht genügend wirksam. Andererseits ergibt eine Vergrößerung des Flankenneigungswinkels wohl eine Verbesserung des Lösevorgangs, aber auf Kosten der Fähigkeit zur übertragung von Drehmomenten. Es ist versucht worden, durch die Wahl eines mittleren Flankenneigungswinkels zu brauchbaren Ergebnissen zu gelangen, aber naturgemäß konnte damit weder für die übertragung des Drehmoments noch für das Lösen der Kupplung der günstigste Wert erzielt werden.Electromagnetically Operated Tooth Clutch The invention relates to on an electromagnetically operated tooth coupling with two ring-shaped coupling halves when engaging self-centering radial gears. The previously known radial gears with levels, d. H. at an angle of inclination that is the same over the entire face width Inclined tooth flanks cannot meet all requirements. On the one hand can the flank inclination angle must be dimensioned so small that a large one in the circumferential direction running force component arises, which the safe transmission of a large torque guaranteed. Here, however, is the one to support the loosening of the clutch, especially under load, the necessary axially directed force component is too low and therefore not sufficiently effective. On the other hand, there is an increase in the flank inclination angle arguably an improvement in the solving process, but at the expense of the ability to transfer of torques. Attempts have been made by choosing an average slope angle to arrive at useful results, but of course it was not possible for either Transmission of the torque is still the best value for loosening the clutch be achieved.

Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten und Nachteile dadurch vermieden, daß als Flanken erzeugende Evolventen dienen, die am inneren Durchmesser des Zahnrings nur wenig von einer Geraden'. abweichen und deren Krümmung nach dem äußeren Durchmesser des Zahnrings hin zunimmt, wobei der Neigungswinkel der Zahnflanken gegen die Zahnsymmetrieachse von einem kleinen Wert am inneren Durchmesser auf einen größeren Wert am äußeren Durchmesser übergeht. Rie Zahnflanke ist also eine in sich verwundene Fläche mit unterschiedlicher Krümmung.According to the invention, these difficulties and disadvantages are thereby eliminated avoided that involute generating flanks serve on the inner diameter of the toothed ring only a little of a straight line '. differ and their curvature according to the outer diameter of the toothed ring increases, the angle of inclination of the tooth flanks against the tooth symmetry axis from a small value on the inner diameter to one larger value at the outer diameter passes. Rie tooth flank is one in itself twisted surface with different curvature.

Infolge dieser Ausbildung der Zähne und der sich daraus ergebenden Form der zwischen ihnen liegenden Zahnlücken berühren sich die Flanken der ineinandergreifenden Zähne so innig, daß die Führung des Magnetflusses luftspaltlos erfolgt.As a result of this formation of the teeth and the resulting Shape of the tooth gaps between them touch the flanks of the interlocking Teeth so intimate that the magnetic flux is guided without any air gaps.

Ein Aufsitzen des Zahnkopfes auf den Lückengrund kann nicht eintreten, so daß die Flanken der Zähne sich nicht voneinander abheben, sich dagegen miteinander verkeilen können.The head of the tooth cannot sit on the bottom of the gap, so that the flanks of the teeth do not stand out from one another, but stand out from one another can wedge.

Zwecks Erzielung eines schnellen Einrückvorgangs der Kupplung, auch bei einer zwischen den Kupplungshälften bestehenden Relativdrehzahl, ist die Zahnhöhe am Außendurchmesser geringer als am Innendurchmesser des Zahnrings, und zwar um so viel, daß der Zahnkopf über die ganze Zahnlänge gleichbleibend breit ist. Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Zahnausbildung berühren sich wegen der schwachen Krümmung der Zahnflanken am inneren Durchmesser die Zähne auf einer breiteren Fläche als am äußeren Durchmesser, wo praktisch die Berührungsfläche zu einer Berührungslinie zusammenschrumpft.In order to achieve a quick engagement of the clutch, too at a relative speed between the coupling halves, is the tooth height smaller on the outside diameter than on the inside diameter of the toothed ring, namely by so much that the tooth tip is of the same width over the entire length of the tooth. at Such a tooth formation according to the invention touch because of the weak Curvature of the tooth flanks on the inner diameter, the teeth on a wider area than at the outer diameter, where practically the contact surface becomes a line of contact shrinks.

Da die Flanken am inneren Zahnringdurchmesser nur geringfügig gegen die Zahnsymmetrieachse geneigt sind, wird hier im Betrieb der Hauptanteil des Drehmoments. in tangentialer Richtung übertragen, wobei nur eine kleine axial gerichtete Kraftkornpanente entsteht, die nicht in der Lage ist, die ineinandergreifenden Verzahnungen entgegen der Magnetkraft auseinanderzudrücken.Since the flanks on the inner gear ring diameter only slightly oppose the tooth symmetry axis are inclined, the main part of the torque is here during operation. transferred in the tangential direction, with only a small axially directed force component arises that is unable to oppose the interlocking teeth apart from the magnetic force.

In Richtung zum äußeren Zahnringdurchmesser wächst der Flankenneigungswinkel, wodurch die Axialkomponente zunimmt und die drehmomentübertragende Tangentialkomponente abnimmt.The flank inclination angle increases in the direction of the outer gear ring diameter, whereby the axial component increases and the torque-transmitting tangential component decreases.

Diese unterschiedliche Kräfteverteilung an den Zähnen ergibt den Vorteil, daß diese ohne Schädigung der günstigsten übertragungs- und Löseeigenschaften und bei besserer Ausnutzung der installierten magnetischen Leistung in radialer Richtung so lang gemacht werden können, daß sich ihr Verschleiß in tragbaren Grenzen hält. Die dazu notwendige Verbreiterung des durch die Zähne gebildeten Rings ergibt bei der Anordnung am Spulenkörper konzentrisch zur Ringspule eine Vergrößerung der Polfläche, wobei die Zähne, die praktisch ohne Luftspalt ineinandergreifen, magnetisch verlustlos durchflutet sind und auf Grund der das Lösen unterstützenden Axialkraft der Restmagnetismus nicht zur Wirkung kommen kann.This different distribution of forces on the teeth has the advantage that this without damaging the best transfer and release properties and with better utilization of the installed magnetic power in the radial direction can be made so long that their wear is kept within acceptable limits. The necessary widening of the ring formed by the teeth results in the arrangement on the coil body concentric to the toroidal coil increases the pole area, the teeth, which interlock with practically no air gap, magnetically lossless are flooded and due to the axial force supporting the loosening the residual magnetism cannot come into effect.

In der Zeichnung ist in A b b. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplung im Längsschnitt und in den A b b. 2, 3, 4 und 5 Einzelheiten der Zahnform in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Kupplung weist einen als Ringmagnet ausgebildeten, auf einer treibenden Welle 1 festsitzenden Spulenträger 2 auf, in den eine ringförmige Spule 3 eingebettet ist. Das eine Wicklungsende der Spule 3 ist mit einem auf dem Spulenträger 2 isoliert befestigten Schleifring 4 und das andere Wicklungsende mit dem Spulenträger 2 selbst verbunden: An der Stirnseite, an der die Spule 3 zu Tage tritt, trägt der Spulenträger 2 nahe seinem Umfang eine Verzahnung 5, deren Zähne radial verlaufen. In dem Spulenträger 2 sind ferner mehrere Ausrückbolzen 6 angeordnet, die unter der Wirkung von Druckfedern 7 stehen und aus der Stirnseite hervorragen.In the drawing is in A b b. 1 an embodiment of the invention Coupling in longitudinal section and in A b b. 2, 3, 4 and 5 details of the tooth shape shown on an enlarged scale. The clutch has an as Ring magnet trained, on a driving shaft 1 tightly seated coil carrier 2, in which an annular coil 3 is embedded. One end of the winding of the Coil 3 is secured to a slip ring 4 in an insulated manner on the coil carrier 2 and the other end of the winding is connected to the coil carrier 2 itself: on the front side, at which the coil 3 comes to light, the coil carrier 2 carries a near its circumference Toothing 5, the teeth of which run radially. In the coil carrier 2 are also several Disengagement bolts 6 arranged, which are under the action of compression springs 7 and out protrude from the front.

Eine Ankerscheibe 8, die eine der Radialverzahnung 5 entsprechende und im Betrieb mit dieser zusammenwirkende Radialverzahnung 9 trägt, ,ist mittels einer Längsverzahnung 10 auf einem Mitnehmer 11 axial verschiebbar geführt, der mit dem zu kuppelnden Maschinenteil z. B. durch Verschraubung verbunden ist. In dem Mitnehmer 11 sind mehrere der Ankerscheibe 8 zugekehrte Dauermagnete 12 angeordnet, deren Polflächen in der Ebene der Stirnfläche des Mitnehmers 11 liegen.An armature disk 8 which has one of the radial teeth 5 corresponding and in operation with this cooperating radial toothing 9 carries, is means a longitudinal toothing 10 guided axially displaceably on a driver 11, the with the machine part to be coupled z. B. is connected by screwing. In several permanent magnets 12 facing the armature disk 8 are arranged on the driver 11, the pole faces of which lie in the plane of the end face of the driver 11.

Wird die Spule 3 erregt, dann zieht der Magnetkörper 2, 3 die Ankerscheibe 8 gegen den Druck der Federn 7 an, und die Radialverzahnungen 5 und 9 greifen ineinander. Damit ist die Welle 1 mit dem Mitnehmer 11 und dem daran befestigten Maschinenteil gekuppelt. Nach dem Abschalten des Erregerstroms drückende Federn 7 über die Ausrückbolzen 6 die Ankerscheibe 8 zurück gegen den Mitnehmer 11, wobei die Radialverzahnungen 5, 9 außer Eingriff kommen. Durch die Dauermagnete 12 wird die Ankerscheibe 8 in ihrer Lage am Mitnehmer 11 festgehalten, so daß die Radialverzahnungen 5, 9 nicht ungewollt miteinander in Berührung oder Eingriff gelangen können.If the coil 3 is excited, the magnet body 2, 3 pulls the armature disk 8 against the pressure of the springs 7, and the radial teeth 5 and 9 mesh with one another. This is the shaft 1 with the driver 11 and the machine part attached to it coupled. After switching off the excitation current, springs 7 pressing over the release bolts 6 the armature disk 8 back against the driver 11, the radial teeth 5, 9 disengage. By the permanent magnets 12, the armature disk 8 is in held their position on the driver 11 so that the radial gears 5, 9 do not can come into contact or interference with one another inadvertently.

Der Verlauf des Flankenneigungswinkels und der Krümmung der flankenerzeugenden Evolventen der Zähne der Verzahnungen 5, 9 ist in den A b b. 2, 3, 4 dargestellt, die vergrößerte, auf ein und demselben Xädius liegende Tangentialschnbtte am Außendurchmesser D" (A b b. 2), Teilkreisdurchmesser Dt (A b b. 3) und Innendurchmesser D, (A b b. 4) der Verzahnungen 5, 9 sind. Aus diesen Schnitten ist zu ersehen, daß der Flankenneigungswinkel a1 am Außendurchmesser D" am größten ist und über Winkel a2 am Teilkreis Dt in den kleinen Flankenneigungswinkel a3 am Innendurchmesser Dt übergeht.The course of the flank inclination angle and the curvature of the flank generating Involute of the teeth of the gears 5, 9 is in the A b b. 2, 3, 4 shown, the enlarged tangential cut lying on one and the same xedius on the outer diameter D "(A b b. 2), pitch circle diameter Dt (A b b. 3) and inner diameter D, (A b b. 4) of the gears 5, 9 are. From these sections it can be seen that the slope angle a1 is greatest at the outer diameter D "and via angle a2 at the pitch circle Dt in the small flank inclination angle a3 at the inner diameter Dt passes.

In A b b. 5 sind die aus den A b b. 2, 3 und 4 zu entnehmenden Breiten b1, b2, b3 der Berührungsflächen zweier Zähne in einer Seitenansicht bzw. im Schnitt eines Zahnes aufgetragen. Es ist daraus zu ersehen, wie die Berührungsbreite zweier Zähne der Verzahnungen 5, 9 vom Innen- zum Außendurchmesser des Zahnrings hin abnimmt. Außerdem zeigt A b b. 5 den vom Innen= zum Außendurchmesser abfallenden Verlauf des Zahnkopfes k, dessen Breite B, wie in den A b b.' 2, 3 und 4 dargestellt, stets gleich groß ist.In A b b. 5 are those from A b b. 2, 3 and 4 widths to be taken b1, b2, b3 of the contact surfaces of two teeth in a side view or in section applied to a tooth. It can be seen from this, like the width of contact between two Teeth of the toothings 5, 9 decreases from the inner to the outer diameter of the toothed ring. In addition, A b b. 5 the gradient sloping from the inside = to the outside diameter of the tooth tip k, whose width B, as in the A b b. ' 2, 3 and 4 shown, always is the same size.

Claims

Claims: 1. Electromagnetically actuated ZahnkuppIung with two ring-shaped, the coupling halves when engaging self-centering spur gears, characterized in that involutes serve as generators for the flanks of the spur gears (5, 9), which on the inner diameter (D1) of the toothed ring only a little of one Straight lines deviate and their curvature increases towards the outer diameter (Da) of the toothed ring, the angle of inclination (a) of the tooth flanks against the tooth symmetry axis from a small value (a3) on the inner diameter (D1) to a larger value (a1) on the outer Diameter (Da) merges.

2. Coupling according to Claim 1, characterized in that the tooth height is on the outside diameter (Da) of the toothed ring is smaller than the inner diameter (D1) by as much as that the tooth tip (k) has a constant width (B) over the entire tooth length.