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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigbare
Reibscheibenwechselkupplung mit zwei Reibscheibenpaketen und- je einer jedem Scheibenpaket
zugeordneten Druckscheibe sowie einer mechanischen Verbindung zwischen den Druckscheiben
zum gleichzeitigen Einrücken des einen Scheibenpakets und Ausrücken des anderen
beim Umschalten.
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Eine derartige Kupplung ist bereits bekannt. Beim Ausrücken zieht
ein Elektromagnet eine Verbindungsplatte gegen Federdruck an. Bei derartigen Kupplungen,
die z. B. in umschaltbare Kraftübertragungseinrichtungen eingebaut werden, müssen
die einzelnen Kupplungs- und Entkupplungsvorgänge genau gleichlaufen, um die gewünschte
Umsteuerung zu erreichen. Kraftübertragungen, z. B. für bestimmte Werkzeugmaschinen,
müssen zumindest zwei Antriebscharakteristiken, d. h. üblicherweise zwei unterschiedliche
Arbeitsgeschwindigkeiten, aufweisen, die mit einer hohen Umschaltgeschwindigkeit
gewechselt werden können. Bisher waren genau übereinstimmende Kupplungsvorgänge
für die einzelnen Geschwindigkeitsschaltungen nur schwer, d. h. unter hohem konstruktivem
Aufwand, erreichbar. Die dabei verwendeten Federeinrichtungen bestehen in der Regel
aus gegeneinanderwirkenden Federelementen, so daß eine Feder jeweils eine so große
Kraft aufweisen muß, daß die Kraft der ihr entgegenwirkenden Feder überwunden und
gleichzeitig das Kuppeln bewirkt wird. Es sind auch bereits Führungen für Kugeln
bekannt, die als Steuerrillen mit in Umfangsrichtung unterschiedlicher Tiefe ausgebildet
sind.
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Es sind auch bereits Reibscheibenwechselkupplungen bekannt, bei denen
eine Federeinrichtung in zwei Kraftrichtungen wirkt. Dabei ist es erforderlich,
Schraubenfedern zu verwenden, die eine relativ komplizierte Anordnung zur Änderung
der Federabstützung erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibscheibenwechselkupplung
der eingangs genannten Art mit einem einfachen Aufbau zu schaffen, die sich durch
hohe Kupplungsgeschwindigkeit, große Störunanfälligkeit und hohe Kupplungsgenauigkeit
auszeichnet, d. h., daß der Anpreßdruck der Druckscheiben für die Verspannung in
beiden Schaltstellen trotz eines einfachen Aufbaues unter Verwendung möglichst weniger
und zeitlich dauerhafter Federeinrichtungen ausreicht. Dabei soll das Ein- und Auskuppeln
auch fernbedienbar sein.
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Die Erfindung besteht darin, daß innerhalb eines ringförmigen Magnetkörpers
eine Büchse durch Magnetkraft axial verschiebbar angeordnet ist, die sich über Drucklager
und Druckstücke gegen die mit einer sich über einen Ansatz an der treibenden Welle
anlehnenden Tellerfeder belasteten Druckscheibe abstützt. Das heißt, daß in beiden
Schaltstellungen eine gemeinsame Feder wirksam ist, die zwischen einer Druckscheibe
und einem fest mit der Welle verbundenen Ansatz angeordnet ist. Die Spannung des
anderen Scheibenpakets liegt über die Druckscheibe des einen Scheibenpakets und
die mechanische Verbindung an der anderen Druckscheibe ohne Umkehr ihrer Wirkrichtung
an. Während des durch den Magnetkörper bewirkten Umschaltvorganges sind die Druckscheiben
axial gegeneinander verschiebbar.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung ist in 4%#. Lage, eine einzige Tellerfeder
in"beiden Schaltstellungen wirksam werden zu lassen. Außerdem kann der Anpreßdruck
der Druckscheiben für die Verspannung in beiden Scheibenstellungen praktisch gleichgemacht
werden, obwohl beim Umschaltvorgang der erfindungsgemäßen Reibscheibenwechselkupplung
die Tellerfeder eine Formänderung erfährt. Durch die Verwendung des ringförmigen
Magnetkörpers zum Umschalten der Kupplung bieten sich eine Reihe von Vorteilen.
Es ist eine praktisch synchrone Betätigung verschiedener in großem Abstand voneinander
angeordneter Kupplungen möglich, ohne daß ein hoher Aufwand an Übertragungseinrichtungen,
wie Hebeln, Gestängen od. dgl., getrieben werden muß. Es sind lediglich elektrische
Schaltleitungen zwischen den einzelnen Betätigungseinrichtungen bzw. Magnetkörpern
jeder Kupplung erforderlich. Der Magnetkörper besteht vorzugsweise aus einem Elektromagneten,
der einen koaxial zur Welle angeordneten und axial bewegbaren Kern aufweist.
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Besonders zweckmäßig für hohe Kupplungsdrücke ist die Verwendung eines
Magnetkörpers, der zwischen zwei verschiedenen Magnetkraft-Luftspalt-Funktionen
verstellbar ist. Im Zusammenwirken mit Tellerfedern verschiedener Federkraft-Federweg-Funktionen
ergibt sich eine gute Anpassungsmöglichkeit, wie noch näher erläutert wird.
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Besonders zweckmäßigerweise werden als Drucklager, die axial verschiebbar
und in Umfangsrichtung gegeneinander verdrehbar sind, vorzugsweise Kugellager verwendet,
die Axialdrücke übertragen können. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Kugeln
in Kugelsteuerrillen zu lagern, die in Umfangsrichtung - wie an sich bekannt - unterschiedlich
tief ausgebildet sind. Durch diese Anordnung gelingt es nämlich, bei einer Verdrehung
des einen 1,ugellagerteiles gegenüber dem anderen den Axialabstand dieser beiden
Elemente zu verändern. Die Anordnung ist dadurch nicht nur einfach aufgebaut, sondern
auch außerordentlich störunanfällig, so daß sie sich durch eine lange Lebensdauer
auszeichnet.
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Der Vorteil der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung besteht
z. B. auch darin, daß die vom Elektromagneten ausgehenden Kräfte mit der Annäherung
des Kernes ansteigen. Daraus ergibt sich, daß die kleinsten Kräfte bei Beginn der
Erregung des Magneten und die größten Kräfte bei Beendigung des Weges des Kerns
aufgebracht werden. Diese Charakteristik kann z. B. verwendet werden, um eine relativ
hohe Kupplungskraft für eine der Kupplungsvorrichtungen zu erreichen. Zu diesem
Zweck ist eine Anzahl von Tellerfedern mit unterschiedlich hoher Innenwölbung in
Serie gestapelt und so vorgespannt, daß sie zuerst im Bereich des ansteigenden Abschnittes
ihrer Federweg-Federkraft-Kurve wirken. Die Tellerfedern arbeiten der Wirkung des
Elektromagneten so entgegen, daß eine Tellerfeder am Anfang der Kernbewegung im
Eingriff ist und nach einer vorbestimmten Zusammendrückung sich zwei Tellerfedern
vereinigen, um den Widerstand gegen die Kernbewegung in Richtung der auf den Elektromagneten
aufgebrachten Kräfte zu erhöhen. Es kann aber auch eine einzelne Tellerfeder im
flachen Bereich ihrer Federweg-Federkraft-Kurve zur Wirkung gebracht und die Erregungsspannung
des Elektromagneten abgesenkt werden. Dabei wird Energie gespart und die Lebensdauer
des Magneten erhöht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von
Ausführungsbeispielen
durch die Figuren näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Schnitt entlang der Mittelachse einer elektromagnetisch
gesteuerten, umschaltbaren Kraftübertragung; F i g. 2 ist ein Schnitt entlang der
Mittelachse einer anderen Ausbildungsform einer umschaltbaren Kraftübertragung;
Fig.3 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Kraft-Weg-Kennlinie von Tellerfedern,
die bei der Ausführung gemäß der Erfindung verwendet werden, und F i g. 4 ist eine
graphische Darstellung der elektromagnetischen Kraft in Abhängigkeit vom Luftspalt
und zeigt eine Gruppe.. von Kurven für verschiedene Erregerspannungen.
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In F i g. 1 ist eine umschaltbare Reibscheibenwechselkupplung dargestellt,
die eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zur Auswahl der gewünschten Kraftübertragungsverhältnisse
aufweist. Sie hat zwei angetriebene gezahnte Stirnräder 36 und 37, vorzugsweise
mit etwas unterschiedlichem Teilkreisdurchmesser, die z. B. von einer gemeinsamen
Welle 38 über die entsprechenden Stirnräder 39 und 40 angetrieben werden können.
Der Antrieb erfolgt über eine Welle 41, z. B. den Spindelantrieb einer Werkzeugmaschine.
Das Stirnrad 37 ist mit dem Gehäuse 42 verschraubt, das mittels eines Nadellagers
43 drehbar auf der Welle 41 sitzt. Das Stirnrad 36 ist auf dem Gehäuse 44 verschraubt,
und die beiden eine Einheit bildenden Teile sitzen vermittels des Nadellagers 45
auf der Welle 41. In der in F i g. 1 gezeigten Lage ist das Stirnrad 37 über eine
Kupplung 47 mit der Welle 41 gekuppelt. Das Stirnrad 36 ist von der Welle 41 frei
bzw. entkuppelt, da die Kupplung 46 außer Eingriff steht.
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Die beiden Kupplungen 46, 47 sitzen auf einer gemeinsamen Hülse 48,
die vermittels einer Paßfeder 49 auf der Welle 41 drehfest befestigt ist. Die im
Eingriff stehende Kupplung 47 weist zwei an den Stirnseiten liegende Druckscheiben
50, 51 auf, zwischen denen ein Antriebspaket von Kupplungs- oder Reibscheiben
52 und ein Abtriebspaket von zwischen diesen liegenden und durch Reibung mit ihnen
verbundenen Kupplungs- oder Reibscheiben 53 seitlich zusammengepreßt werden. Die
Druckscheiben 50, 51 drehen sich mit der Hülse 48. Dabei ist die Druckscheibe 50
so auf der Büchse verkeilt, daß sie axiale Bewegungsfreiheit hat, während die Druckscheibe
51 so aufgeschraubt ist, daß sie axial festliegt. Die Reibscheiben 53 drehen sich
ebenfalls mit der Hülse 48, da sie mit ihr in axialer Richtung frei bewegbar verkeilt
sind. Die Reibscheiben 52 liegen von der Hülse 48 in allen Bewegungsrichtungen frei,
sind jedoch mit dem Gehäuse 42 vermittels einer Reihe von am Umfang des Gehäuses
42 angeordneten, axialen Mitnehmerfingern 42a, die in ausgerichtete Schlitze oder
Keilnuten 52 a in der Außenkante der Reibscheiben 52 eingreifen, so verbunden,
daß sie sich mit dem Gehäuse 42 drehen. Die Mitnehmerfinger 42 a tragen und zentrieren
die in axialer Richtung frei beweglichen Reibscheiben 52, wenn die Kupplung 47 dadurch,
daß die Reibungsverbindung zwischen den Reibscheiben 52, 53 unterbrochen ist, nicht
im Eingriff ist. Die Druckscheiben 50, 51 werden durch schwache Druckfedern 54 auseinandergedrückt,
von denen eine der insgesamt drei angeordneten in F i g. 1 dargestellt ist. Der
Druck der Druckfedern 54 bewirkt ein ständiges Spreizen der Druckscheiben 50, 51
zum Lösen der Kupplung 47. Er liegt jedoch wesentlich unter der im folgenden beschriebenen
zum Lösen des Kupplungseingriffs aufgebrachten Druckkraft.
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Die nicht im Eingriff stehende Kupplung 46 weist zwei an den Stirnseiten
liegende Druckscheiben 55, 56 auf, die beide so mit der Hülse 48 verkeilt sind,
daß sie mit ihr drehen, jedoch auf ihr axial gleiten können. Zwischen diesen Druckscheiben
55, 56 ist ein Antriebspaket von Reibscheiben 57 und zwischen diesen ein Abtriebspaket
von Reibscheiben 58 angeordnet. Die Reibscheiben 58 sind auf der Hülse 48 so verkeilt,
daß sie mit ihr drehen, jedoch axial auf ihr gleiten können. Die Reibscheiben 57
sind an ihrem Außenumfang durch in axial ausgerichtete Schlitze 57a eingreifende
Mitnehmerfinger 44a des Gehäuses 44 verkeilt. Die an den Stirnseiten liegenden Druckscheiben
55, 56 sind, wenn die Kupplung im Eingriff ist, so gegeneinandergedrückt, daß die
Pakete von Reibscheiben 57, 58 in einer Reibungsverbindung stehen und dabei das
Stirnrad 36 mit der Welle 41 vermittels der Federkraft einer Tellerfeder 59 verkuppeln,
deren Außenkante axial gegen die Druckscheibe 55 wirkt und deren Innenkante sich
gegen den als Ringmutter ausgebildeten Ansatz 60
abstützt, der mit der Hülse
48 verkeilt ist. Die Druckscheibe 56 lehnt sich, um den Druck der Tellerfeder 59
aufzunehmen, gegen einen an der Hülse 48 ausgebildeten Ansatz 48 a an.
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In der dargestellten Anordnung ist die Druckscheibe 55 axial nach
links verschoben, überwindet dabei den Axialschub der Tellerfeder 59 und entkuppelt
die Kupplung 46 dadurch, daß die Reibungsverbindung zwischen den Reibscheiben 57,
58 unterbrochen ist. Die Druckscheibe 55 wird durch drei über den Umfang verteilte,
mit der axial auf der Hülse 48 gleitenden Büchse 61 verbundene Arme 60a nach links
aus ihrem Zusammenwirken mit der Druckscheibe 56 bewegt. Die axial bewegbare Büchse
61 steht über ein Drucklager 61 a drehbar mit einem Druckstück 62 und weiter durch
ein verstellbares Drucklager 63, das ebenfalls einen Teil des die übertragung betätigenden
Mechanismus bildet, mit der Druckscheibe 50 der Kupplung 47 in Verbindung.
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Das Druckstück 62 liegt zwischen dem axial bewegbaren Magnetanker
64 und dem mit dem Rahmen verbundenen Magnetkörper 65. Der ringförmige Magnetanker
64 des Elektromagneten 67 ist an seinem Außenumfang bei 64,9 zur Aufnahme der axial
verlaufenden Mitnehmerfinger 42a des Gehäuses 42 geschlitzt. Dadurch dreht sich
der Magnetanker 64 mit dem Gehäuse 42 und dem darauf befestigten Stirnrad 37. Das
Druckstück 62 und die Druckscheibe 50 weisen an ihren sich in axialer Richtung zugewandten
Flächen Kugelsteuerrillen 62 a oder 50 a
auf. Diese weisen eine Reihe von
mindestens drei gleichartigen Segmentabschnitten auf und ermöglichen durch mit ihnen
zusammenwirkende Kugeln 63 a eine begrenzte Winkelbewegung des Druckstücks 62 des
Drucklagers 63 gegen die Druckscheibe 50.
In der in F i g. 1 dargestellten
Stellung liegen die Kugeln 63 a des Drucklagers 63 am flachsten Punkt der Kugelsteuerrillen
62 a, 50 cc und bewirken so den größtmöglichen axialen Abstand des Druckstücks
62 von der Druckscheibe 50.
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Wenn im Betrieb der Elektromagnet 67 im Gegensatz zu der in F i g.
1 dargestellten Stellung nicht
erregt ist, läuft das Stirnrad 37
frei auf der Welle 41, und das Stirnrad 36 ist mit ihr dadurch verkuppelt, daß die
Kupplung 47 nicht im Eingriff und die Kupplung 46 im Eingriff ist. Wenn der Elektromagnet
67 erregt wird, wird der sich mit dem Stirnrad 37 drehende Magnetanker 64 nach links
auf den Magnetkörper 65 zu angezogen und bewirkt dabei eine Reibungsverbindung zwischen
dem Magnetanker 64 und dem Druckstück 62. Dadurch, daß dieses lediglich durch die
Kugeln 63 a und die Druckscheibe 50 mit der Welle 41 verbunden ist, führt es eine
durch den Eingriff der Kugeln 63 a begrenzte Winkelbewegung in der Geschwindigkeit
des Stirnrades 37 um die Welle 41 aus. Die Reibungsverbindung zwischen dem angetriebenen
Magnetanker 64 und dem frei laufenden Druckstück 62 bewirkt, daß sich dieses um
die Achse der Welle 41 dreht und dabei die Druckscheibe 50 und das Druckstück 62
durch die axiale Steigung der Kugelsteuerrillen 62a und 50a auseinanderdrückt.
Diese Aktion der sich auseinander bewegenden Teile (50, 62) bringt durch Aufeinanderdrücken
der Reibscheiben 52, 53 zwischen den auf der Hülse 48 festliegenden Druckscheiben
50, 51 die Kupplung 47 in Eingriff. Der Schub des Druckstücks 62 nach links wird
durch das Drucklager 61 a auf die Büchse 61 und durch die Arme 60a auf die Druckscheibe
55 übertragen, die sich nach links gegen die Druckkraft der Tellerfeder 59 bewegt
und dabei die Kupplung 46 außer Eingriff bringt. Die Federkraft der Tellerfeder
59 wird jetzt über die Reihe der oben beschriebenen Bauteile auf die rechte Kupplung
47 übertragen. Normalerweise wird die Tellerfeder 59, deren Wegcharakteristik in
F i g. 3 dargestellt ist, so vorgespannt, daß sie in dem flachen Teil der Kurve
34 arbeitet und dabei in beiden Stellungen gleiche Kräfte überträgt, d. h., die
Tellerfeder 59 überträgt auf die Kupplung 47 die im wesentlichen gleiche Kupplungskraft,
wie sie bei Betätigung der Kupplung 46 auch auf diese übertragen wird. Auf diese
Weise bringt eine einzige Feder die Kupplungskraft für zwei Kupplungen in einer
einzigen umschaltbaren Kraftübertragungseinrichtung auf.
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Wenn der Elektromagnet 67 .entregt wird, wird die Reibungsverbindung
des Druckstücks 62 mit dem Magnetanker 64 unterbrochen und gleichzeitig das Druckstück
62 in eine Stellung zurückgeführt, in der die Kugeln 63a des Drucklagers 63 im tiefsten
Bereich der Kugelsteuerrillen 62a, 50a liegen. Wenn die Kugeln 63a an den tiefsten
Abschnitt derselben zurücklaufen, wird das Druckstück 62 und die Druckscheibe 50
auf geringsten axialen Abstand zurückgeführt, und dadurch kann sich die Druckscheibe
50 nach links bewegen und die Reibscheiben 52, 53 unter Einwirkung der ein Auseinandergehen
der Druckscheiben 50, 51 bewirkenden Druckfedern 54 voneinander lösen. Gleicherweise
kann sich die axial verschiebbare Büchse 61 nach rechts bewegen und die Druckscheibe
55 der Kupplung 46 freigeben, wodurch die Tellerfeder 59 eine Reibungsverbindung
der Reibscheiben 57, 58 bewirkt und so das Stirnrad 36 mit der Welle 41 zusammenkuppelt.
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In F i g. 2 ist eine andere Ausführung der Erfindung mit einer umschaltbaren
Kraftübertragungseinrichtung zur Herstellung von zwei Kupplungsbedingungen, d. h.
unterschiedlichen Abtriebsgeschwindigkeiten dargestellt. Der elektromagnetische
Steuerteil 68 ist vom mechanischen Kraftübertragungsteil 69 getrennt. Diese
beiden Teile sind durch eine Wand oder ein Gehäuseteil 70 getrennt, welches z. B.
das Gehäuse eines tauchgeschmierten Getriebes einer Werkzeugmaschine sein kann.
In diesem Falle können alle im Ölbad laufenden Teile völlig von den elektrischen
Teilen getrennt sein. Der Abtrieb erfolgt durch die Welle 71, die in einem im Gehäuseteil
72 a liegenden Kugellager 72 und in einem Nadel- bzw. Rollenlager 73 gelagert ist.
Das Rollenlager 73 liegt in der in einem Stück mit dem Magnetanker 75 des Steuerteils
68 ausgebildeten Büchse 74. Der Magnetanker 75 liegt mit der Büchse 74 axial gleitend
bewegbar in einer mit dem Gehäuseteil 70 verbundenen Lagerbüchse 76. Auf diese Weise
ist der Magnetanker 75 axial bewegbar. Der Steuerteil 68 wird durch einen
Magnetkörper 77 und die Wicklung 78 vervollständigt. Der Magnetkörper 77 ist an
den Gehäuseteil 70 angeschraubt. Der Kraftübertragungsteil 69 schließt einen Zahnring
79 ein, der über ein Rollenlager 80 auf der Welle 71 gelagert und gegen diese frei
dehnbar ist. Auf der Welle 71 sind an den gegenüberliegenden Seiten des Zahnringes
79 je ein Druckstück, 81, 82 angebracht. Diese sind mit der Welle 71 durch axiale
Keilverzahnung oder Keile so verbunden, daß sie mit der Welle 71 drehen, aber darauf
frei längsbewegbar sind. Ein mit dem Magnetanker 75 verbundenes Drucklager 83 bildet
eine Abstützung, gegen das das Druckstück 81 nach links wirkt. Das axiale Drucklager
83 wird in einem Absatz 83 a in der Büchse 74 ' aufgenommen, so daß der Axialschub
nach rechts vom Magnetanker 75 über das Drucklager 83 und das Druckstück 81 übertragen
werden kann.
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Auf der Welle 71 ist ferner ein zweites Antriebsteil in Form eines
Zahnringes 84 angeordnet, das über ein Rollenlager 85 auf dem Druckstück 86 sitzt,
das eine Bewegung des Zahnringes 84 gegenüber der Welle 71 ermöglicht. Zwei
Kupplungselemente 87
und 88, die mittels einer Keil- oder Kerbverbindung mit
der Welle 71 drehen, aber frei auf ihr längsbewegbar sind, umschließen den Zahnring
84. Ein in einer Umfangsnute in der Welle 71 liegender Sprengring 89 begrenzt die
linke Stellung des Kupplungselements 87. Das scheibenförmige Kupplungselement 88
wird, wie in der Zeichnung dargestellt, durch ein aus Tellerfedern 90
a, 90 b bestehendes Federelement 90 nach links gedrückt. In der dargestellten
Anordnung werden zwei Tellerfedern 90a, 90 b mit etwas unterschiedlicher Ausbildung
zwischen der Außenfläche des Kupplungselementes 88 und einem in einer Nut in der
Welle 71 liegenden Sprengring 91 eingespannt.
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Die angetriebenen Zahnringe 79, 84 können von einer gemeinsamen Antriebswelle
97 über Stirnräder 79a, 84a entsprechend angetrieben werden. Wenn im Betrieb die
Wicklung 78 des Steuerteils 68 nicht erregt ist und die Antriebswelle 97 umläuft,
ist die Welle 71 über das Stirnrad 84 a, den rechten Zahnring 84 und die betätigten
Kupplungselemente 87, 88, die in Reibverbindung mit dem Zahnring 84 und mit der
Welle 71 verkeilt sind, angetrieben. Der Kupplungsdruck der Kupplungselemente 87,
88 wird durch den axial zur Welle 71 ausgeübten Federdruck des vorgespannten Federelementes
90 aufgebracht, der gegen den Sprengring 89 wirkt. Wenn die Wicklung 78 erregt wird,
wird der Magnetanker 75 nach rechts auf den Magnetkörper 77 zu angezogen, und seine
Axialbewegung
wird über das Drucklager 83 auf das Druckstück 81 übertragen, das sich nach rechts
im Eingriff mit dem Zahnring 79 bewegt und dabei diesen Zahnring 79 gegen das Druckstück
82 andrückt. Dieses ist gegen drei axial liegende Arme 86 a abgestützt, deren einer
in F i g. 2 dargestellt ist. Das Druckstück 86, an dem die Arme 86 a angeordnet
sind, und das Kupplungselement 88 drücken nach rechts gegen das Federelement 90,
das sich nach rechts zusammendrückt. Die Reibungsverbindung zwischen dem Zahnring
84 und den Kupplungselementen 87, 88 wird aufgehoben. Gleichzeitig wird der vom
Federelement 90 ausgehende Axialschub jetzt über die Druckstücke 81, 82 auf den
Zahnring 79 übertragen, so daß eine Antriebskraft zwischen der Antriebswelle 97
und der Welle 71 durch Reibung übertragen wird. Diese Antriebsverbindung besteht
so lange, wie die Wicklung 78 erregt ist. Wenn die Wicklung 78 entregt wird, wird
der Magnetanker 75 frei und bewegt sich unter der Kraft der Tellerfeder 90 a nach
links, die über das Kupplungselement 88, das axial verschiebbare Druckstück 86 und
über deren axial liegenden Arm 86a das Druckstück 82 nach links gegen den Zahnring
79 bewegt, der seinerseits gegen das zweite Druckstück 81 und über das Drucklager
83 auf den Magnetanker 75 einwirkt. Der Weg des Kupplungselementes
87
nach links ist aber durch den Sprengring 89 unterbrochen, so daß die Kupplungsverbindung
zwischen dem Zahnring 84 und den Kupplungselementen 87,
88 aufgebaut
wird, sobald die axialen Kräfte, die die Druckstücke 81, 82 gegen den Zahnring 79
drücken, durch den Zusammenbruch des elektromagnetischen Feldes der jetzt entregten
Wicklung 78
frei geworden sind. Der Zahnring 79 wird dann leer mitlaufen,
ohne über den Kupplungsmechanismus mit der Welle 71 in einer kraftübertragenden
Verbindung zu stehen.
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Die Funktion des Federelementes 90 in der Ausbildungsform gemäß der
F i g. 2 wird im folgenden an Hand von F i g. 3 und 4 beschrieben.
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F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit der Tellerfederkraft PF vom
Federweg XF. Die Kurve weist eine ansteigende Kurve 34, gefolgt von einem im allgemeinen
eben verlaufenden Abschnitt 35 auf. Gemäß der Erfindung kann die Druckfeder 16 im
Anfang, d. h. bis zu dem Punkt 35 a ihres Weges, im flachen Abschnitt 35
der Kurve vorgespannt sein. Der Punkt des axialen Weges der Druckfeder 16, an dem
die Kupplung so betrieben wird, daß ein Zahnring im Eingriff und der andere Zahnring
ausgekuppelt ist, liegt bei 35b. Auf diese Weise übt die Druckfeder 16, um
die Reibungsverbindung zwischen den entsprechenden Zahnringen und der Welle 41 zu
bewirken, einen im. wesentlichen konstanten Druck aus.
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In Verbindung mit F i g. 4 werden weitere typische Anordnungen der
Tellerfedern 90, 90a, 90b beschrieben.
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Die Tellerfedern 90, die die Kupplung in der Anordnung gemäß F i g.
1 belasten, werden vorzugsweise im flachen Abschnitt 35 der Kurve 34 verwendet,
in denen die durch die Feder ausgeübte Kraft im wesentlichen konstant über den Bereich
des Weges verläuft. Diese Anordnung ist für eine große Anzahl von Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Einrichtung geeignet. Sie werden in einer Anordnung verwendet,
in der relativ hohe Kupplungsdrücke für eine der Kupplungen erforderlich sind. In
F i g. 4 ist die spezifische, durch den Magnetanker 75 ausgeübte Kraft PM eines
Elektromagneten in Abhängigkeit vom Luftspalt zwischen der Polfläche und dem Magnetanker
75 an Hand von zwei zusammengehörenden Kurven 92a und 92b dargestellt. Dabei gilt
die Kurve 92a für eine Erregerspannung von etwa 90 V und die Kurve 92 b für
eine Erregerspannung von etwa 30V. Durch Auswahl zweier unterschiedlicher Federwegcharakteristiken
für die Tellerfedern 90a, 90b in Abhängigkeit von unterschiedlicher
Tellerausbildung und unterschiedlichen Federkräften PF und bei Federbelastung, derart,
daß zuerst nur die erste Tellerfeder 90 a im Bereich des ansteigenden Abschnittes
der Kurve 34 gemäß F i g. 3 belastet ist, ist es möglich, den Anstieg der Federkraft
PF dem Anstieg der Kurve 92 a zu nähern. Die Kurve 93 stellt die Charakteristik
der Tellerfeder 90a dar und verläuft etwa im Bereich des Anstiegs des zugeordneten
Abschnittes der Kurve 92 a.
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Es läßt sich aus dem Verlauf der innerhalb der Kurve 92a liegenden
Kurve 93 erkennen, daß der Magnetanker 75 gegen die Federkraft den Luftspalt schließen
kann. Die ansteigende Kraftcharakteristik läuft im allgemeinen parallel der der
Tellerfeder 90a, so daß die Federkraft ansteigt, wenn auch die vom Magnetanker
75 übertragene Kraft ansteigt. Wenn dieser einen Teil seines Weges bis zur
Anlage zurückgelegt hat oder völlig anliegt, übersteigt die von ihm übertragene
Kraft die Kraft der Tellerfeder 90a. An diesem Punkt ist es möglich, die die Wicklung
78
erregende Spannung auf etwa 30 V entsprechend der Kurve 92 6 zu senken,
die noch eine ausreichende Kraft gegenüber der Kurve 93 aufweist. Zu diesem
Zweck kann, wie in F i g. 2 dargestellt, ein Spannungsregler 96 in der Erregerleitung
96a für die Wicklung 78 vorgesehen sein. Dabei kann der Spannungsregler 96
über eine Leitung 96 b z. B. durch eine beliebige Pragrammschaltung gesteuert,
d. h. mit Strom versorgt werden.
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In der Anordnung gemäß F i g. 2 sind jedoch zwei Tellerfedern
90 a und 90 b derart hintereinandergeschaltet, daß für
den ersten Teil des Weges die Tellerfeder 90a die Belastung bewirkt, worauf
die zweite Tellerfeder 90 b mit der Tellerfeder 90 a zusammenwirkt
und diese einen gemeinsamen Federdruck ausüben. Dieser Federdruck ist in F i g.
4 graphisch dargestellt. Dabei wirkt die Tellerfeder 90 b auch zuerst im ansteigenden
Abschnitt ihrer Kurve 94. Die Tellerfeder 90 a jedoch wirkt jetzt
im flachen Abschnitt ihrer Kurve 93. Die kombinierte Wirkung der beiden Tellerfedern
90a, 90b ergibt eine Kraftkurve, die sich in etwa dem entsprechenden
Abschnitt der Elektromagnetkurve nähert.
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Es ist also durch Kombination von Tellerfedern möglich, in Abhängigkeit
von deren Anzahl die Kraftkennlinie derjenigen eines Elektromagneten zu nähern,
so daß die im Hinblick auf die Kennlinien der Magneten günstigsten Federkräfte zum
Belasten des Kupplungssystems erreichbar sind. In F i g. 4 ist die Kurve 95 einer
dritten Tellerfeder dargestellt, obwohl diese Feder in F i g. 2 nicht gezeigt wird.
Durch Kombination einer Anzahl von Tellerfedern ist es möglich, daß die Axialschubkraft
des Federelements ansteigt, so daß es nicht möglich ist, die Erregerspannung für
den Magneten so weit abzusenken, als es bei Verwendung einer geringeren Anzahl von
Tellerfedern möglich wäre.