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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung mit einer
treibenden ring- und im Schnitt U-förmigen Kupplungshäfte, die beim Erregen einer
Magnetspule mit einer getriebenen ringförmigen Kupplungshälfte kuppelbar ist, mit
einem gehäusefesten ring- und im Schnitt U-förmigen Magnetkörper, an dem sich mittels
eines Lagers die treibende Kupplungshälfte abstützt und in dessen Ringöffnung zwischen
den beiden sich axial erstreckenden Schenkeln die Magnetspule angeordnet ist, sowie
die äußeren sich axial erstreckenden Schenkel der treibenden Kupplungshälfte und
des Magnetkörpers einen radialen Luftspalt bilden.
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Eine solche elektromagnetische Kupplung war bereits bekannt (USA.-Patentschrift
2 729 318), bei der jedoch das Lager der Kupplung zwischen dem inneren Schenkel
der ersten Kupplungshälfte und dem inneren Schenkel des Magnetkörpers angeordnet
ist. Diese Lageranord Üung hat den Nachteil, daß der Lagerpunkt nicht in der Mitte
der Kupplung liegt, die Belastung also ungleichmäßig angreift und der Durchmesser
des Lagers verhältnismäßig gering ist, so daß die Gefahr des Verkantens zwischen
dem Magnetkörper und der ersten Kupplungshälfte besteht. Darüber hinaus ist das
Lager nicht gegen Verunreinigungen von außen her geschützt.
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Weiter war eine elektromagnetische Kupplung ähnlicher Bauart bekannt
(deutsches Gebrauchsmuster 1851061), bei der jedoch der Magnetkörper mit
der Magnetspule völlig innerhalb der Ringöffnung der treibenden Kupplungshälfte
angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist die Kühlung der Kupplung sehr ungünstig,
so daß durch die nicht abgeführte Wärme die Permeabilität der Kupplungskörper im
ungünstigsten Falle so weit verringert werden kann, daß sich die Kupplung löst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Kupplungen zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß bei einer elektromagnetischen
Kupplung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Lager zwischen dem
inneren Schenkel des Magnetkörpers und dem äußeren Schenkel der treibenden Kupplungshälfte
angeordnet ist.
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Eine solche Kupplung vermeidet nicht nur die genannten Nachteile der
bekannten Kupplungen, sondern weist darüber hinaus noch den Vorteil auf, daß, abgesehen
von der besseren Volumenausnutzung und der besseren Kühlung durch den Kraftfluß,
keine axialen Kräfte zwischen dem Magnetkörper und der ersten Kupplungshälfte erzeugt
werden, die eine axiale Lagerbelastung hervorrufen und damit das nur zur Aufnahme
radialer Kräfte dienende Lager beschädigen können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine elektromagnetische
Kupplung 10 gemäß der Erfindung. Die Kupplung umfaßt einen festen bzw. stillstehenden
Magnetkörper 12, der an einem festen (nicht dargestellten) Maschinenteil befestigt
werden kann und aus magnetisch leitendem Material, wie z. B. Eisen oder Stahl, besteht.
Der Magnetkörper 12 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung oder einem Hohlraum 14
versehen, in dem eine Magnetspule 16 angeordnet und durch Harz oder ein anderes
geeignetes Mittel befestigt ist.
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Die Anschlußdrähte 18 der Magnetspule 16 führen, wie
in der Zeichnung dargestellt, nach oben, wo sie Über einen Anschlußkontakt 20 mit
-einer gesteuerten Stromquelle bzw. einem (nicht dargestellten) Steuerkreis verbunden
sind.
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Die Kupplung ist in bezug auf die Richtung der Kraftübertragung symmetrisch,
so daß die ün folgenden als treibend bzw. als getrieben bezeichnete Kupplungshälfte
auch die getriebene bzw. treibende Kupplungshälfte, oder umgekehrt, sein kann.
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Die Kupplung gemäß der Erfindung umfaßt weiter eine treibende Kupplungshälfte
22, die aus drei eine Einheit bildenden Unterteilen besteht. Einer dieser Unterteile
besteht aus einem zylindrischen Körper 24, der die radiale innere Begrenzung der
Kupplung bildet und sich axial erstreckt, so daß ein Ende konzentrisch zum Magnetkörper
12 liegt, zwischen diesen beiden Teilen jedoch ein kleiner definierter Luftspalt
26 vorhanden ist. Dieser zylindrische Körper 24 besteht aus einem magnetisch
leitenden Material. Ein zweites Unterteil der treibenden Kupplungshälfte 22 wird
durch einen Ring 28 aus magnetisch nichtleitendem Material gebildet, der
an dem zylindrischen Körper 24 befestigt ist. Das dritte Unterteil besteht aus einem
radialen äußeren Ring 30 aus magnetisch leitendem Material, der seinerseits
an dem Ring 28 befestigt ist. Die treibende Kupplungshälfte 22 ist somit schichtartig
aufgebaut und weist radiale, innere und äußere magnetisch leitende Abschnitte sowie
einen mittleren, magnetisch nichtleitenden Abschnitt auf. Es ist offensichtlich,
daß der Magnetfluß die treibende Kupplungshälfte 22 nicht radial durchsetzen kann,
jedoch sowohl den inneren zylindrischen Körper 22 als auch den äußeren ringförmigen
Körper 30
axial durchsetzen kann.
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Die treibende Kupplungshälfte 22 ist weiter mit einer axial verlaufenden
Keilnutverzahnung 32 versehen, die auf einem Abschnitt seiner Außenfläche
verläuft und auf der ein erster Satz ringförmiger Reibungsscheiben 34 gleitend angeordnet
ist. Durch die Keilnutverbindung ist dieser erste Satz Reibungsscheiben drehfest
mit der treibenden Kupplungshälfte 22 verbunden- Eine relative Axialbewegung ist
jedoch möglich. Zwischen den Reibungsscheiben 34 des ersten Satzes sind Reibungsscheiben
36 eines zweiten Satzes so angeordnet, daß ein übliches Reibungs-Kupplungs-Scheibenpaket
entsteht. Der zweite Satz Reibungsscheiben 36 ist mit der getriebenen Kupplungshälfte
38 verbunden, die einen axial verlaufenden Abschnitt 40 mit Schlitzen 42
aufweist, die eine drehfeste Verbindung mit den Reibungsscheiben 36
gewährleistet.
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Der Ring 30 erstreckt sich (in der Zeichnung gesehen) axial
nach rechts und bildet auf einer Seite des Reibungsscheibenpaketes eine Reaktionsplatte
sowie einen radialen Luftspalt 44 zu dem Magnetkörper 12. Die radial verlaufende
Innenkante des Ringes 30
weist eine Nut 46 auf, die einen Sitz für den Außenring
eines Lagers 48 bildet, das mit seinem Innenraum durch eine Hülse 50 gehalten
wird, die mit dem Magnetkörper 12 verbunden, z. B. verlötet ist.
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Die drei schichtartigen Unterteile der treibenden Kupplungshälfte
22 können auf verschieden bekannte Art und Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise
durch Bohren und Schneiden eines übergroßen Innengewindes, das alle drei Unterteile
erfaßt, und Einsetzen einer Schraube 52, wie dies in der unteren Hälfte der
Zeichnung dargestellt ist. Diese Schraube würde zwar, wenn sie aus Stahl bestünde,
einen
magnetischen Nebenschluß zwischen den beiden äußeren und inneren magnetisch leitenden
Unterteilen darstellen. Ein bestimmter begrenzter, von der Erregung der Spule und
der Größe des Arbeitsluftspaltes abhängiger magnetischer Nebenschluß ist
je-
doch tragbar. Darüber hinaus braucht der nichtleitende Ring
28 nicht unbedingt aus einem vollständigen Ring zu bestehen, sondern kann
aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein, die durch dünne Rippen verbunden sind,
welche den inneren und äußeren Körper miteinander verbinden, solange noch eine-angem-esse-ne-und--ausr-eiehende---magnetische-Feldstärke
in axialer Richtung aufrechterhalten bleibt.
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Durch einen axialen Luftspalt 55 von einer Seitenfläche der
treibenden Kupplungshälfte 22 getrennt ist eine ringförmige Ankerplatte 54 aus magnetisch
leitendem Material angeordnet. Diese Platte erstreckt sich derart radial, daß sie
alle drei Unterteile der treibenden Kupplungshälfte 22 überlappt. An dem einen Ende
der treibenden Kupplungshälfte 22 ist ein Kragen 56 befestigt, der mit einer
Gleitlagerfläche für die Ankerplatte versehen ist. Am äußersten linken Ende (in
der Zeichnung gesehen) dieses Kragens 56
ist eine radial verlaufende ringförmige
Lippe 58 gebildet, die einen Anschlag für die Ankerplatte bildet. Der Kragen
besteht vorzugsweise aus einem magnetisch nichtleitenden Material, wie z. B. Bronze
od. d-i. An dem radialen Außenrand der Ankerplatte 54 ist ein mit einem Gewinde
versehener Einstellring für das Spiel der Ankerplatte vorgesehen, der durch eine
Schraube 61 fixiert werden kann.
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Der Einstellring 60 drückt gegen das Reibungsscheibenpaket
und ist so einstellbar, daß das gewünschte Spiel zwischen den Reibun,-sscheiben
eingestellt und die etwa während des Gebrauchs der Kupplung auftretende Abnutzung
der Reibungsscheiben ausgeglichen werden kann.
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Der Einstellring 60 und ein ringförmiger Abstandshalter
62 an der ce-enüberlie-enden Seite des Scheibenpaketes bestehen bei Ausführun
'asforrnen der Kupplung, bei denen die Scheiben 34 und 36 aus magnetisch
leitendem Material bestehen, vorzugsweise aus magnetisch nichtleitendem Material,
um so einen magnetischen Nebenschluß durch das Scheibenpaket hindurch zu unterbinden.
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An der treibenden Kupplungshälfte 22 ist ein Feststellstift 64 angebracht,
der sich axial durch eine Bohrung in der Ankerplatte 54 hindurch erstreckt, um die
Ankerplatte und die Kupplungshälfte kraft--schlüssi- -miteinander -zu verbinden
und trotzdem eine Axialbewegung zwischen beiden Teilen zu ermöglichen. Weiter ist
in einen in die treibende Kupplungshälfte 22 gebohrten Kanal ein federbelasteter
Tauchkolben 66 eingesetzt, der die Ankerplatte 54 von der treibenden Kupplungshälfte
fort gegen den Anschlag 58 drückt.
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Die Zeichnung zeigt die Kupplung in eingekuppeltern Zustand,
d. h., die treibende und die -etriebene Kupplungshälfte sind über die Reibungsscheiben
miteinander kraftschlüssi- verbunden. In diesem Zustand ist die Magnetspule
16 durch die über die Leituncen 18 zucreführte elektrische Energie
und erzeugt einen Magnetfluß, der entlang dem in der Figur durch Pfeile bezeichneten
Weg verläuft. Dieser Magnelfluß strömt durch den Magnetkörper 12, den radialen Luftspalt
44, axial durch den äußeren Ringkörper 30
(erreicht somit einen Punkt hinter
dem Scheibenpaket) und den axialen Luftspalt 55 zur Ankerplatte 54. Von dort
strömt der Magnetfluß radial nach innen über den Luftspalt 55 durch den zylindrischen
Körper der treibenden Kupplungshälfte 22 und den radialen Luftspalt 26 zurück
zum Magnetkörper 12. Der Magnetfluß übt über dem axialen Luftspalt 55
eine-K-raft-aus-u-nezieht7diu
Ankerpratte -nach (iä-dör Zeichnung gesehen) rechts, d. h. gegen die treibende
Kupplungshälfte, wodurch der Ring 60 das Reibungsscheibenpaket zusammenpreßt.
Verschwindet nach dem Abschalten der Magnetspule 16 der Fluß, so wird durch
den federbelasteten Kolben 66 die Ankerplatte von der treibenden Kupplungshälfte
fort gegen den Anschlag 58 gedrückt und damit das Reibungsscheibenpaket wieder
gelöst, so daß eine Relativbewegung zwischen der treibenden Kupplungshälfte 22 und
der getriebenen kupplungshälfte 38 möglich ist. -
Zu beachten ist,
daß bei der Kupplung nach der Erfindung die umlaufende Ankerplatte 54 an die treibende
Kupplungshälfte 22 angrenzt. Somit wird, während die Reibungsscheiben den Punkt
abnutzen, an dem die Ankerplatte gegen die Kupplungshälfte 22 anstoßen kann, eine
Abnutzung zwischen den feststehenden und den umlaufenden Teilen vermieden. Die Magnetspule
16 ist versetzt oder mit axialem Ab-
stand vom Scheibenpaket angeordnet,
so daß die Wirkung der die Magnetspule durchdringenden Reibungswärme herabgesetzt
wird. Die Anordnung gestattet darüber hinaus eine aroße Magnetspule und einen dreiseitigen
Wärmeschutz gegenüber dem Magnetkörper, wodurch ein für eine gegebene Kupplungsgröße
maximales Kupplungsdrehmoment ermöglicht wird. Das Lager ist so angeordnet, daß
es den freien Raum im Mittelpunkt der Kupplung nicht verringert und so einen maximalen
Wellendurchmesser ermöglicht.