'Elektromagnetische Zahnkupplung. Die Erfindung bezieht sich auf eine
elektromagnetische Zahnkupplung zum wahlweisen Kuppeln von zwei Drehgliedern mit
einem drehbar mit dem einen Drehglied verbundenen und begrenzt dazu axial verschiebbaren
primären Anker, mit zwei Kränzen von miteinander ausgerichteten, gegenseitig einkuppelbaren,
mit dem einen Drehglied und dem primären Anker vdrbindbaren Kupplungszähnen und
mit elektromagnetischen Spulen, die wahlweise durch ein elektrisches Signal zum
axialen Bewegen des primären Ankere und Einkuppeln der beiden Kupplungszahnkränze
erregt werden. '-Bei den bekannten Zahnkupplungen, bei welchen
die die Drehleistung
übertragenden, Miteinander kämmenden Kupplungszähne
kleiner als
ein Zahnverriegelungswinkel sind, wird eine Kraft entwickelt, welche die Kupplungszähne
voneinander trennen will. Bei einem gegebenen hohen Drehleistungswert geht diese
Trennungskraft liier die Kupplungshalte- oder Eingriffskraft hinaus, und die Kupplung
wird ausgelöst, obgleich sie nicht mit Absicht unwirksam gemacht worden ist. Somit
ist der Kupplung eine ein maximales Drehmoment tragende Leistungsfähigkeit auferlegt.
Diese Leistungsfähigkeit wird weiterhin durch solche Faktoren wie Exzentrizität,
Parallelität und Schwingung der Kupplungsteile herabgesetzt und bei hohen Geschwindigkeiten
besonders betont. Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische
Kupplung mit magnetisch betätigten Verriegelungsmitteln zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit
der Kupplung zu schaffen, welche mit einem sättigungsfähigen primären Anker zum
Einrücken der Kupplungszähne und einem sekundären Anker versehen ist, welcher bei
Annäherung der Sättigung des primären Ankers sekundäre Verriegelungsmittel vorsieht.
Dies wird gemäß der Erfindung durch einen sekundären, axial mit bezug auf den primären
Anker in eine Verriegelungsstellungbei einer Erregung der Spule beweglichen Anker
zur Betätigung von Verriegelungsmitteln erreicht, um den primären Anker in Kupplungseingriff
durch Keilwirkung zu halten. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise
dargestellt. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Kupplung in ausgerücktem Zustand.
Fig. 2 trägt die Kupplung nach Fig. 1 in eingerücktem Zustand.
Fig.
3 "ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2. Fig. 4 ist ein Querschnitt
nach der Linie 4-4 der Fig. 2. Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine abgeänderte
Ausführungsform von Kupplung in vergrößertem Maßstab. Fig. 6 zeigt einen Teil der
Ausführungsform nach Fig. 5 in weiterhin vergrößertem Maßstab in ausgerücktem Kupplungezustand.
Die Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 weist einen drehbaren Plagnetkörper
oder ein erstes drehbares, drehmomentübertragendes Glied 12 auf, welches eine ringförmige
Höhlung 14 enthält, in welcher eine ringförmige elektromagnetische Spule 16 angeordnet
ist, welche durch Epoxyharz oder dergl. befestigt ist. Die Spule 16 ist über eine
elektrische Zeitung 18 mit einem Schleifring 20 verbunden, welcher in die äußere
Umfangsfläche des Hagnetkörpers eingelassen ist und mit einer nicht dargestellten
Bürstenverbindevorrichtung in gleitendem Kontakt steht, welche eine Spule mit einem
betätigenden elektrischen Signal und einer Kraftquelle versorgt. Auf der Querfläche
des Magnetkörpers 12 in der Nähe der radial äußersten Kante ist ein Kranz von ein
Drehmoment übertragenden Kupplungszähnen 22 vorgesehen. Der Magnetkörper wird durch
eine Mehrzahl von federbelasteten Kolben vervollständigt, welche in axial liegenden
Bohrungen in dem Magnetkörper angeordnet sind. Ein solcher Kolben ist durch das
Bezugszeichen 24 gekennzeichnet und mit einer-Feder 26 versehen. Ein zweites drehbares,
Drehmoment übertragendes Glied, welches allgemein mit 27 bezeichnet ist, ist in
axialer Nähe und sehr dicht
zu dem ersten Drehmoment Übertragenden
Glied angeordnet. I;as zweite Drehmoment übertragende Glied entaiUlt einen Zahnkranz
oder ein primäres Ankerglied 28 mit einem Kranz mit zweien, Drehmoment übertragenden
Lupplungszähnen 30, welche auf einer Querfläche und ausgerichtet zum Eingriff mit
den Zähnen 22 vorgesehen sind. Das primäre Ankerglied 28 und der Magnetkörper 12
sind aus Plagnetfluß leitendem Material bei-gestellt. Zeas erste Ankerglied 28 weist
einen sich radial nach innen mit bezug auf die Zähne 30 erstreckenden Teil 31 auf,
welcher einen hohen magnetischen Widerstand in radialer Richtung hervorgerufen durch
eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung liegenden, nicht leitenden Zwischenräumen 32
(Fig. 1, 2 und 3) hat. Liese Zwischenräume 32 können entweder aus einem segmentförmigen
Luftspalt in der dargestellten Weise oder einem unterbrochenen oder fortlaufenden
Ring aus einem einen magnetischen Fluß nicht leitenden Material wie beispielsweise
Messing, Aluminium, Bronze oder dergl. bestehen. Bei der dargestellten Ausführungsform
ha.t der Zwischenraum 32 eine Reihe von segmentartigen Luftspalten, welche durch
Speichen 35 unterbrochen sind. Der primäre Anker ist mit einem zweiten, allgemein
zylindrischen Teil 33 versehen, welcher sich.in axialer Richtung mit bezug auf die
Zähne 30 erstreckt. Er ist mit Keilzähnen 34 auf seiner inneren diametralen Oberfläche
versehen. Eine innere, aus einem einen nicht magnetischen Fluß leitenden Material
gebildete Hülse 36 ist auf dem radialen inneren Rand des primären Ankergliedes mit
Preßsitz oder auf andere Weise einteilig befestigt, welches eine Tragfläche für
das ringförmige, einen magnetischen Fluß leitende, sekundäre Ankerglied 38 bildet.
Ein
Schlei frinbhalteglied 40 ist in eine mut auf der. hülse 36 . eingepaßt, um den
sekundären Anker 38 in der zusammengestellten Lage festzuhalten und den maximalen
Elbstand zwischen dem primären und seykunddren Anker zu begrenzen. Die radiale äußere
Fläche 42 des sekundären Ankers 38 ist geneigt oder schräg ausgebildet und steht
mit einer kreisförmigen, ringförmigen Strumpfbandfeder 44 (Fig. 1, 2 und 4) in Eingriff.
Das zweite, ein Drehmoment übertragende Glied 27 wird durch eine ringförmige Keilzwischenplatte
46 aus einem einen nicht magnetischen Fluß leitenden 14iaterial vervollständigt,
welche mit Keilzähnen 48 auf ihrer radialen Außenfläche versehen ist. Diese stehen
mit Keilzähnen 34 des primären Ankers in Eingriff und ermöglichen eine relative
Axialbewegung, während sie in Umfangsrichtung die Keilverbindungsplatte und den
Primäranker kuppeln. Es können auch andere gleichwertige Verbindungsmittel als Keile
wie beispielsweise Mitnehmerkeilnuten, Stifte, Bolzen oder dergl. verwendet werden.
Eine Mehrzahl von Permanentmagneten 50 sitzen@mit Preßsitz in dem Keilzwischenglied
46 nahe dem Sekundäranker 38 und sehen eine Anzugskraft vor, welche den Sekundäranker
normalerweise gegen das Keilzwischenglied und den Abstand von dem primären Anker
hält. Das Keilzwischengli-ed ist mit einem axial liegenden, zylindrischen Vorsprung
52 an seiner Außenkante versehen, welcher einen Abstand von dem Primäranker hat
und mit einer schrägen Rampenoberfläche 54 versehen ist, welche radial nach außen
von der Feder 44 einen Abstand hat. Das zweite `Drehmoment übertragende Glied 27
weist somit einen Primäranker 28, ein i-eil°wisci@englied 46, eine Hülse 36, einen
sekundären Anker 38 und eine Feder 44 auf, welche eine Untereinheit bilden, welche
achsgleich und in der Nähe des -ersten Drehmoment übertragende Gliedes 12 angeordnet
ist.
Wirkungsweise
Die in Fig. 1 dargestellte Kupplung ist
in der abgeschalteten Lage dargestellt, wobei kein elektrisches Signal auf die Spule
16 ausgeübt wird. Der Magnetkörper 12 und das Keilzwischenglied 46 können an Eingangs-
und Ausgangsglieder wie beispfielsweise Wellen oder dergl. angeschlossen werden,
je nach dem, womit ein Kuppeln und Übertragen eines Drehmomentes wahlweise erfolgen
soll. Somit können diese Glieder zum Zweck der Beschreibung als axial feststehend,
aber drehbar mit Eingangs- und Ausgangsgliedern angesehen werden. In der abgeschalteten
Stellung spannt der federbelastete Kolben 24 den Primäranker weg von dem Magnetkörper
vor und stellt eine Trennung zwischen den Zähnen 22 und 30 her. Die zusammenziehende
Kraft der Feder 44 und die Anziehungskraft des 2ermanentm$neten 50 drückt den sekundären
Anker von dem primären Anker auf seinen maximalen Abstand. Beim Erregen der Spule
16 beginnt der magnetische FluB, sich entlang einem allgemein durch gestrichelte
Linien und Pfeile in der unteren hälfte von Fig. 1 dargestellten Weg oder einer
Schleife aufzubauen. Der F1uß wird gezwungen, einen Luftspalt zwischen dem l,:agnetkörper
und dem primären Anker zu überspringen und verläuft im allgemeinen radial durch
den 2rimärariker, die Speichen 35 von hohem ffliderstand und spr-ngt zurück zu der
r, zur Vervollständigung der Schleife oder des Kreises. Wenn die den primären Anker
anziehende lagneükraft roch genug ist, um die Kraft der Kolbenfedern 26 und der
?ermanentmagnete 50 zu überwinden, will sich der primäre linker axial verschieben
und die Zähne 22 und 30 in Eingriff bringen, so da.ß iie Kupplung
ein
Drehmoment übertragen kann. 'denn der Luftspalt zwischen dem primären Anker und
dem Hagnetkörper geschlossen ist, wird ein schneller Aufbau eines dichten Flußes
festgestellt, welcher sich einer Sättigung des Weges durch die Speichen 35 von hohem
magnetischen Widerstand nähert. Die Flußstärke wird dann so ausreicheni,daß sie
den Luftspalt zu dem Sekundäranker 38 überspringt und ihn in Richtung auf den primären
Magneten entgegen der Vorspannung der Feder 44 bewegt. Die schräge Oberfläche 42
drückt die Feder 44 nach außen und keilt sie zwischen oder Oberfläche 54 des Keilzwischengliedes
und den primären Anker fest, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Der sekundäre Anker
wird der primäre Flußleitungsweg um die die Flußschleifenbahn bildende hohe Widerstandsbahn,
welche allgemein in der unteren Hälfte von Fig. 2 dargestellt. Der Winkel der schrägen
Hampenfläche 54 kann dazu auserwählt wer.-den, um eine volle zwangläufige Verriegelung
vorzusehen, oder er kann abgeändert und ein weniger steiler Winkel für einen weichen
Eingriff und Zurückziehen der Feder 44 vorgesehen werden, während eine Verriegelung
durch Reibung vorgesehen wird. Die zweite in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsform
enthält viele mit der ersten Ausführungsform gemeinsame Teile, welche die gleichen
Bezugszeichen vermehrt um Hundert tragen. Die zweite Ausführungsform stellt eine
billigere Ausführung dar, worin die Permanentmagneten 50 und die innere Hülse 36
ausgelassen worden sind. Der Luftspalt 32 oder Spalt von hohem magnetischen Widerstand
ist durch einen einen nicht magnetischen Fluß leitenden Ring 160 aus Messing, Bronze,
Aluminium oder dergl. an dem radial inneren Rand des primären Ankers ersetzt. Der
sekundäre Anker 138 hat in Abänderung einen axialen Vorsprung 139 welcher innerhalb
eines ununterbrochenen Umfangsringes 160
verschiebbar angeordnet
ist. Der federbelastete Kolben ist radial nach :außen von der. Spule 116 verlegt
worden. Bei Auslassung der Permanentmagneten 50 stützt sich die Zusammenziehungskraft
der Feder 144 allein auf die getrennten primären und sekundären Anker. Hilfsfedern,
vorzugsweise scheibenartige, welche sich besser den Raumerfordernissen anpassen,
können gewünschtenfalls hinzugefügt werden. Beim.Betrieb verläuft die anfängliehe
Flußschleife durch den hu f. tmagnetischen Körper 112, über den/Spalt A, durch den
primären Anker 131, über den Luftspalt B, durch den sekundären Anker
138
über den :Luftspalt C und wieder durch den Ilagnetl--örper. `denn die Spule erregt
wird (die Kupplung ist vor der Erregung bei Fig. 6 ausgekuppelt) und der Magnetfluß
auf eine geeignete Höhe anwächst, bewegen sich der Primäranker 131, der Sekundäranker
138 und die Feder 144 in Richtung des Kupplungszahneingriffes. Die relativen :Lagen
der drei Teile bleiben im wesentlichen die gleichen,, mit Ausnahme der radifalen
Bewegung der Feder 144. Da die Länge der Luftspalte A und C verkürzt wirdy ergibt
sich eine Herabsetzung in dem gesamten Kreiswiderstand, eine Erhöhung in dem magnetischen
Fluß und damit eine Erhöhung in der Kraft zwischen allen Luftspalten. Gegebenenfalls
ist die Kraft in den Luftspalten B. und C ausreichend, um die Kraftder Feder 144
zu überwinden, wodurch sich die Teile in die Kupplungseingriffsstellung,und die
verriegelte Stellung nach Fig. 6 bewegen können: Die Figuren 5 und 6 sehen in eingerücktem
Zustand das gleiche hohe Drehmoment wie bei der ersten Ausführungsform vor. Die
_
| zweite Ausf'vhrungsCorm ist erheblich billiger in der Herstellung, |
| verlangt aber etwas mehr Zeit für einen Kupplungseingriff a:uf- |
| grund des hohen hagnetflußaufbaues, der erforderlich ist, um |
| den skundären Anker durch die doppelten Luftspalte wirksam
zu |
| erreichen. |
| Die Erfindung lö.ßt sich in gleicher Weise auf elektromagnetische |
| Kupplungen mit einem feststehenden Nagnetkörper anwenden: Die |
| Damenstrumpffeder 44 oder 144 kann durch eingefaßte Kugeln |
| oder Keilblocks ersetzt werden,, um eine Verriegelungvirkung: |
| mit getrennten Federmitteln-in Kombination zu besonderen |
| `primären und: sekundären Ankern vorzusehen. |