DE1775757B2 - Kupplungs- und bremsvorrichtung mit gegenlaeufig angetriebenen elektromagnetisch betaetigten kupplungen und einer elektromagnetisch betaetigten bremse fuer reversier- und start-stop-betrieb - Google Patents

Description

Nachteile nur vergrößern.

Es ist jedoch auch eine Anordnung mit zwei gegenläufigen elektromagnetisch betätigten Kupplun-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungs- gen mit einer dazwischenliegenden Bremse bekannt, und Bremsanordnung mit gegenläufig angetriebenen 40 Auf die durchgehende getriebene Welle sind von beielektromagnetisch betätigten Kupplungen"und einer den Seiten Hohlwellen aufgesetzt, die jeweils die treielektromagnetisch betätigten Bremse für Reversier- bende Welle für eine der beiden Kupplungen darstel- und Start-Stop-Betrieb bei kurzen Schaltzeiten, deren len. Neben dieser aufwendigen Art, die Antriebsbezugehörige becherförmige Kupplungsteile mit einer wegungen zuzuführen, hat die Anordnung den Nachgemeinsamen getriebenen Welle fest verbunden in 45 teil, daß die scheibenförmig ausgebildeten Kupp-Wälzlagern gelagert sind und jeweils in einen der lungsteile durch Keile auf der getriebenen Welle fest-Luftspalte hineinragen, die von — bei den Kupplun- gelegt sind. Dabei wird die getriebene Welle einergen ständig umlaufenden — Magnetkörpern mit seits geschwächt — muß deshalb stärker dimensiodarin eingebetteten Erregerwicklungen und ringför- niert werden — und andererseits zeigt sie unruhigere migen Jochen gebildet werden. 50 Laufeigenschaften. Darüber hinaus sind, vor allem

Werden elektromagnetisch betätigte Kupplungen bei der ersten und letztgenannten Anordnung, die bzw. -bremsen erregt, so wird bekanntlich das sonst Erregerw icklungen so ungünstig angeordnet, daß main einem Luftspalt feinverteilte Magnetpulver durch gnctisehe Nebenschlüsse und unerwünschte Koppedas diesen durchsetzende Magnetfeld einer Erreger- lungen möglich sind und zugleich die entsprechenden wicklung versteift. Dadurch wird eine kraftschlüssige 55 Luftspalte ungleichmäßig vom Magnetfeld durchsetzt Verbindung zwischen dem treibenden und dem ge- werden. Dies bedingt bei gleichem gefordertem triebenen Teil bzw. bei der Bremse dem feststehen- Drehmoment der getriebenen Teile höhere Erregerden Bremsenteil geschaffen. Dabei ist das übertra- ströme, diese wiederum führen im gesamten Aggregene Drehmoment dem Erregerstrom proportional gat zu größerer elektrischer Trägheit — wegen der und unabhängig vom Schlupf, d. h. der Differenz 60 durch die Induktivitäten bedingten Zeitkonstante der zwischen der Drehzahl des treibenden und des getrie- Erregerströme — und damit zu längeren Schaltzeibenen Teiles. Daher ist das übertragene Drehmoment ten.

unabhängig von Laständerungen. Darüber hinaus ist Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Leistung der Erregerwicklung sehr gering, und mit Kupplungen und einer Bremse, die alle elektrodeshalb sind elektromagnetisch betätigte Kupplungen 65 magnetisch zu betätigen sind, eine Anordnung für und -bremsen für Steuer- und Regelzwecke beson- Reversier- und Start-Stop-Betrieb zu schaffen, die ders geeignet. Bei diesen Anwendungsfällen muß das bei gedrängter Bauweise einfach herstellbar ist und ganze Steueraggregat bei kleinen Erregerströmen kurze Schaltzeiten ermöglicht, und dazu bei hoher

Betriebssicherheit in ihren Teilen möglich« trägheits- Kupplungs- und Bremsanordnungen die Klebever-

arm ausgelegt ist. binciung heute mit Vorteil einsetzen läßt, wenn die

Bei einer Kupplungs- und Bremsanordnung mit Gesamtkonstruktion darauf ausgerichtet ist, mit nied-

gegenläufig angetriebenen, elektromagnetisch betä- rigen Erregerströmen und geringen Wärmeverlusten

tigten Kupplungen und einer elektromagnetisch be- 5 hohe Drehmomente zu übertragen. Daß man aber

tätigten Bremse fur Reversier-und Start-Stop-Betrieb gleichzeitig auch kurze Schaltzeiten in der Größen-

bei kurzen Scbaltzeiten, deren zugehörige becherför- Ordnung von ms erreicht, ist besonders günstig,

mige Kupplungsteile mit einer gemeinsamen getriebe- Eine Weiterbildung der Erfindung ist in der Be-

nen Welle fest verbunden in Wälzlagern gelagert sind Schreibung eines Ausführungsbeispieles erläutert und

und jeweils in einen der Luftspalte hineinragen, die io in einem Unteranspruch gekennzeichnet,

von — bei den Kupplungen ständig angetriebenen — Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er-

Magnetkörpera mit darin eingebetteten Erregerwick- findiuig an Hand der Zeichnung näher beschrieben,

hingen und ringförmigen Jochen gebildet werden, Die Zeichnung zeigt im Schnitt ein Gehäuse 1 mit

wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einer darin dreifach in Wälzlagern 3 gelagerten ge-

die Vereinigung folgender Merkmale: i₅ triebenen Welle 2. Auf dieser sind nebeneinander

a) die becherförmigen Kupplungsteile weisen einen ^zwe> elektromagnetisch betätigte Kupplungen 20 und tiefgezogenen Zylinder geringer Wandstärke ^eme elektromagnetisch betätigte Bremse 40 angeord- und ebenso dünnwandige konzentrische Hülsen ^net· Die beiden Kupplungen 20 sind gleichartig aufauf, gebaut und stehen einander spiegelbildlich gegen-

b) die Hülsen sind auf die getriebene Welle aufse- ^{20 üben Jede besitzt einen} ringförmigen Magnetkörper klebt, 21, in den eine Erregerwicklung 22 eingebettet ist.

\ a- „^tr^Uar,* ΛΧ7_αιι „ lu * · * j ·ϋ ι. ι Auf seinem Umfang verteilte Schrauben 23 verbin-

c) (he getriebene Welle selbst ist dre.fach gelagert. _{den den Magnetkö}f_{per 21 mit einem} ringförmigen

Nun sind Klebeverbindungen an sich und auch in Joch 24. Dieses trägt an seiner zylindrischen Oberihren konstruktiven Eigenschaften, z.B. aus der 25 fläche zwei Schleifringe 25, die zusammen mit zwei deutschen Patentschrift 846 644 oder aus der deut- am Gehäuse 1 angeordneten Bürsten 4 — in dem gesehen Gebrauchsmusterschrifl H 43 744 »Anordnung wählten Schnitt ist jeweils nur eine sichtbar — die zur gewindelosen Verbindung fester Rohrleitungen, Stromzuführung für die Erregerwicklung 22 bilden, -geländer oder -traggerüste«, bekannt und werden Das ringförmige Joch 24 besitzt auf seiner dem Mavielfach auf den verschiedensten Gebieten mit Erfolg 30 gnetkern 21 zugewandten Seite eine ringförmige Nut angewendet. Bei elektromagnetisch zu betätigenden 26, die in Höhe der Erregerwicklung 22 liegt und Kupplungen oder Bremsen werden auch heute noch etwa deren Breite besitzt. Diese Nut ermöglicht, wie herkömmliche Verbindungsarten, z.B. Keilverbin- später näher beschrieben, einen günstigen Magnetdungen u. ä., gewählt, obwohl sie gegenüber KIe- fluß.

beverbindungen sicher auch konstruktive Nachteile 35 Ein Magnetkörper 21 und das zugehörige ringförhaben. Warum die Klebeverbindung bisher nicht auf mige Joch 24 bilden zusammen einen axial verlauelektromagnetisch zu betätigende Kupplungen oder fenden Luftspalt 27, in den ein becherförmiges Bremsen übertragen wurde, läßt sich aus der deut- Kupplungsteil 28 mit seinem Zylinder 29 hineinragt, sehen Patentschrift 950 869 ersehen. Dort ist nämlich Jedes Kupplungsteil 28 besitzt eine zentrisch ansehr ausführlich das technische Problem dargestellt, 40 geordnete Hülse 30, die auf der getriebenen Welle 2 die durch die Reibung im Luftspalt verursachte durch eine Klebeverbindung festgelegt ist. Da bei Wärme entsprechend abzuschirmen. Diese hohe Ver- einer Gleitlagerung des Magnetkörpers 21 die Hülse lustwärme wirkt sich selbstverständlich auf Grund 30 stärker dimensioniert und obendrein eine Mögder Wärmeleitfähigkeit des Kupplungsteiles auch auf lichkeit zum Schmieren des Gleitlagers vorgesehen die Klebeverbindung zwischen der Hülse des Kupp- 45 werden müßte, sind zwischen der Hülse 30 und dem lungsteiles und der getriebenen Welle aus. Da diese Magnetkörper 21 Wälzlager 31 angeordnet, die im Klebeverbindung, durch die Wechsellast bei einer Leerlauf der Kupplung das statische Moment herab-Kupplung oder einer Bremse bedingt, an aich schon setzen. Daneben ist ein Wellendichtring 33 angeorddurch hohe Scherkräfte beansprucht ist, erschienen net. Dadurch wird vermieden, daß aus dem Raum wohl bisher den Konstrukteuren andere Verbin- 5° 32, in dem das Kupplungsteil 28 umläuft, Magnetdungsarten wesentlich zweckmäßiger, da sie allem pulver in die Wälzlager 31 gelangt und diese beschä-Anschein nach wesentlich unproblematischer be- digt. Vorzugsweise wird als Wellendichtring 33 ein triebssicher zu gestalten sind. dem Simmerring ähnliches Bauelement verwendet,

Ebenso ist die Dreipunktlagerung von Wellen an dessen gleitende Teile aus einem Kunststoff auf Te-

sich bekannt, es ist jedoch aber nicht so, daß nur 55 trafluoräthylenbasis hergestellt sind. Damit erreicht

diese eine Ausbildung der Lagerung denkbar ist. Zu- man gleichzeitig die gute Dichtung des Simmerrings

dem ist sie ja sogar auch etwas aufwendiger als eine und ein kleineres statisches Drehmoment als bei die-

zweifache Lagerung der getriebenen Welle. Man wird sem. Der Raum 32 wird durch eine Abdeckplatte 34

daher diese Lagerung der getriebenen Welle nur abgeschlossen. Diese ist durch auf ihrem Umfang

dann verwenden, wenn damit ein besonderer Vorteil 60 verteilte Schrauben 35 an dem ringförmigen Joch 24

verbunden ist. Das ist hier der Fall, da sich dadurch festgelegt und besitzt eine zentrische Bohrung, durch

die getriebene Welle in bezug auf ihr Trägheitsmo- die die getriebene Welle 2 mit der darauf festgelegten

ment sehr günstig dimensionieren läßt. Insofern un- Hülse 30 hindurchgeführt ist. In der Bohrung ist ein

terstützt das Merkmal die Wirkung der anderen weiterer Wellendichtring 36 angeordnet, der auch an

Merkmale und trägt dazu bei, die gestellte Aufgabe 65 dieser Stelle das Austreten des Magnetpulver aus

zu lösen. dem Raum 32 verhindert.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe zeigt Jede der Kupplungen 20 wird gegenläufig und

also, daß sich auch bei elektromagnetisch betätigten ständig durch nicht dargestellte Zahn riemen triebe

angetrieben. Sie werden über eine Aussparung 5 im Gehäuse 1 zugeführt und sind formschlüssig mit den Magnelkörpem 21 verbunden. Wird einer Erregerwicklung 22 über die zugehörigen Bürsten 4 und die Schleifringe 25 Strom zugeführt, so bildet sich rund um die Erregerwicklung 22 im Magnetkörper 21 und dem ringförmigen Joch 24 ein Magnetfeld aus, das den Luftspalt 27 durchsetzt. Dies ist schematisch durch eine magnetische Feldlinie 37 angedeutet. Mit steigendem Magnetfeld richten sich die magnetisch anisotropen Teilchen des Magnetpulvers aus und bilden eine kompakte Masse. Dadurch wird das Kupplungsteil 28 mit dem Magnetkörper 21 und dem ringförmigen Joch 24 kraftschlüssig verbunden und läuft mit diesen gleichsinnig aus. LJm bei kleinem Erregerstrom ein möglichst hohes Drehmoment zu erzeugen, ist die Erregerwicklung 22 neben dem Luftspalt 27 angeordnet. Außerdem verhindert die in Höhe der Erregerwicklung 22 liegende ringförmige Nut 26 des Joches 24 eine Zusammenschnürung des Magnetfeldes an dieser Stelle und ruft einen gleichmäßigen Magnetfluß durch den Luftspalt 27 hervor. Um magnetische Nebenschlüsse zu vermeiden, ist die Abdeckplatte 34 aus magnetisch nicht leitendem Isolierstoff gefertigt. Weiterhin können sich in den magnetisch wirksamen Teilen, d. h. im Magnetkörper 21 und im ringförmigen Joch 24, keine schädlichen Wirbelströmc bilden, wenn diese aus hochlegiertem Nikkcleisen bestehen oder lamelliert aus Transformatorblcch zusammengesetzt sind.

Die elektromagnetisch betätigte Bremse 40 ist im wesentlichen genauso wie die Kupplung 20 aufgebaut. Sie unterscheidet sich von dieser nur durch einen feststehenden Magnetkörper 41, der durch auf seinem Umfang verteilte Schrauben 42 an dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Damit vereinfacht sich auch die Stromzuführung für die in den Magnetkörper 41 eingebettete Erregerwicklung 43 durch nicht dargcstellte fest verlegte Leitungen. Der Magnetkörper 41, ein ringförmiges Joch 44 und eine Abdeckplatte 45 sind fest miteinander verbunden und bilden zusammen das Lagerschild des Gehäuses 1 auf der der getriebenen Seite gegenüberliegenden Stirnseite.

ίο Entsprechend ähnelt auch die Wirkungsweise der Bremse 40 der der Kupplung 20. Wird der Erregerwicklung 43 Strom zugeführt, so verbinden die unter dem Einfluß des Magnetfeldes ausgerichteten Teilchen des Magnetpulvers das Kupplungsteil 46 mit dem Magnetkörper 41 und dem ringförmigen Joch 44. Damit wird das Kupplungsteil 46 und die mit ihm fest verbundene getriebene Welle 2 abgebremst.

Der erfindungsgemäße Aufbau eines solchen Steueraggregats zeichnet sich durch eine sehr gedrängte Bauweise aus. Bei der Verbindung der Kupplungsteile mit der getriebenen Welle werden Keile oder Stifte vermieden. Die getriebenen Teile können deshalb bei geringem Trägheitsmoment sehr günstig dimensioniert werden. Außerdem werden durch die dreifache Lagerung der getriebenen Welle Biegeschwingungen vermieden. Kupplungs- und Bremseinheiten sind fertigungstechnisch einfach herzustellen und zeichnen sich dadurch aus, daß einander entsprechende Teile im wesentlichen gleichartig ausgebildet sind. Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß das Magnetfeld den Luftspalt ohne magnetische Nebenschlüsse gleichmäßig durchsetzt und dadurch bei kleinem Erregerstrom kurze Schaltzeiten erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

ι 2 möglichst mit kurzen Schaltzeiten, d. h. trägheitsarm Patentansprüche: arbeiten und eine große Zahl von Schaltzyklen im Dauerbetrieb sicher bewältigen.

1. Kupplungs- und Bremsanordnung mit ge- Eine bekannte Anordnung mit elektromagnetisch genläufig angetriebenen elektromagnetisch betä- 5 betätigten Kupplungen, die für Reversierbetrieb getigten Kupplungen und einer elektromagnetisch eignet ist, besteht aus zwei gegenläufig angetriebenen betätigten Bremse für Reversier- und Start- und koaxial ineinandergreifenden Magnetkörpern, Stop-Betrieb bei kurzen Schaltzeiten, deren züge- die jeweils eine Erregerwicklung tragen. Im dazwihörige becherförmige Kupplungsteile mit einer schenliegenden Ringraum ist ein als Hohlzylinder gemeinsamen getriebenen Welle fest verbunden io ausgebildetes Kupplungsteil angeordnet, das mit der in Wälzlagern gelagert sind und jeweils in einen getriebenen Welle fest verbunden ist. Diese Anordder Luftspalte hineinragen, die von — bei den nung hat den Nachteil, daß der außenliegende Ma-Kupplungen ständig umlaufenden — Magnetkör- gnetkörper über eine Hohlwelle angetrieben werden pern mit darin eingebetteten Erregerwicklungen muß. Außerdem ist die Lagerung der ineinanderge- und ringförmigen Jochen gebildet werden, ge- 15 schalteten Teile verhältnismäßig groß. Schließlich ist kennzeichnet durch die Vereinigung fol- diese bekannte Anordnung nur für den Reversierbegender Merkmale: trieb geeignet.

a) die becherförmigen KupplungsteUe (28, 46) Eine andere bekannte Anordnung aus zwei gleichweisen einen tiefgezogenen Zylinder geringer artig aufgebauten elektromagnetisch betätigten Wandstärke und ebenso dünnwandige kon- ²° Kupplungen vermeidet die nachteilige Hohlwelle und zentrische Hülsen (30, 47) auf, erreicht ein kleineres Trägheitsmoment durch be-

^b) tSiÄS^{sind auI Λ setriebeM} 2?SiÄÄS ÄSS

\ j- . ,^{U 8} „? „' ,„. ., . . ., , Teil jeder Kupplung besteht aus einem Magnetkörper

c) die getriebene Welle (2) selbst ist dretfach _{25 mit darfn ein}g_ebetteter Erregerwicklung und einem

gelagert. ringförmigen Joch, das mit diesem zusammen einen

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- achsenparallelen Luftspalt bildet, in den das zugehökennzeichnet, daß der Magnetkörper (41) der rige Kupplungsteil hineinragt. Durch ihren langge-Bremse (40) direkt mit dem Gehäuse (1) verbun- streckten Aufbau hat diese Anordnung den Nachteil, den ist und als Lagerschild der getriebenen Welle 3° daß die getriebene Welle gegenüber Biegeschwingun-(2) ausgebildet ist und daß das ringförmige Joch gen sehr empfindlich ist. Um so mehr als die Anord-(44) und eine Abdeckplatte (45) der Bremse (40) nung ebenfalls nur für Reversierbetrieb geeignet ist das Gehäuse (1) auf der der getriebenen Seite ge- und man für Start-Stop-Betrieb zusätzlich eine genüberliegenden Stirnseite abschließen. Bremse anordnen müßte. Bei gleichartigem Aufbau

35 der Bremse würde man aber die schon vorhandenen