DE1915162C3 - Elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung oder -bremse - Google Patents

Description

Es sind elektromagnetisch betätigte Reibungskuppigen und -bremsen bekannt, bei denen sich zwischen em die eine Kupplungs- oder Bremshälfte bildenden, al nicht verschiebbaren Magnetkörper und der deren, ebenfalls axial nicht verschiebbaren Kuppgs- oder Bremshälfte (Flansch) eine axial verschiebe Ankerscheibe befindet, die bei Erregen des ignetkörpers von diesem angezogen wird und den ibungsschluß zwischen den beiden Kupplungs- oder ;mshälften herstellt. Wenn der Magnetkörper mit läuft, dient als auf der Ankerscheibe einwirkendes ignetteil der Träger der Erregerspule; bei feststehenn, schleifringlosem Magnetkörper dient als auf den Anker wirkender Magnetteil ein besonderer axia feststehender, drehbar gelagerter Polring.

Bei manchen elektromagnetisch betätigten Kupplun

gen oder Bremsen dieser Art wird darauf verzichtet

eine Rückzugsfeder vorzusehen, die den Anker nad Abschalten des Magnetkörpers von den Magnetpoler wegzieht Hierbei tritt aber nach dem Abschalten de:

Magnetkörpers ein schleichendes Lösen der Anker

scheiben von den Magnetpolen ein, das zu einen

to Restmoment und vor allem bei nicht horizontale!

Einbadlage infolge Reibleistung zu unzulässiger Erwär mung und zum Verschleiß der Kupplung führt.

Es werden daher axial federnde Elemente vorgese hen, die den Anker nach Abschalten des Magnetkörpers von den Magnetpolen um einen möglichst kurzen, aber bestimmten Weg zurückziehen. Hierfür werden Blattfedern, Membranen aus Stahl oder aus Kunststoff oder Schraubenfedern verwendet. Radial zugeordnete Blattfedern erfordern eine aufwendige Befestigung und ergeben ungünstige mechanische Beanspruchungen. Membranen sind nachteilig, weil die beiden Einspannstellen ungleich belastet werden und vor allem bei Membranen aus Kunststoff die Betriebstemperatur aus Verformungsgründen niedrig gehalten werden muß, da sich ohnehin wegen der leichten Verformbarkeit während des Betriebes durch Maßänderungen, Montage- und Betriebsschwierigkeiten ergeben können.

Bei Verwendung von Schraubenfedern sind Mitnehmer in Form von Verzahnungen, Paßfedern, Nocken oder Bolzen erforderlich, die ein störendes Spiel und Geräusche während des Schaltens aufweisen. Diese Mitnehmer schlagen daher aus und müssen außerdem bei den meisten Konstruktionen wegen der während des Betriebes aufeinander arbeitenden Flächen geschmiert werden, so daß eine solche Konstruktion nicht wartungsfrei ist und durch die Gefahr der Verölung der Reibflüchen Betriebsstörungen eintreten können.

Bei einer bekannten elektromagnetisch betätigten Reibungskupplung mit einem axial feststehenden Magnetkörper, einem ebenfalls axial feststehenden Kupplungsflansch und einer zwischen ihnen angeordneten axial verschiebbaren Ankerscheibe ist diese mit dem Kupplungsflansch dadurch axial federnd verbunden, daß abwechselnd mit der Ankerscheibe und dem Kupplungsflansch eine aus Federwerkstoff bestehende Ringscheibe verbunden ist.

Die Ringfeder ist in Umfangsrichtung sinusförmig gewellt und an den Scheitelpunkten unter Vorspannung abwechselnd mit der Ankerscheibe und dem Kupplungs- oder Bremsflansch verbunden. Durch diese Vorspannung wird zur axialen Auslenkung des Ankers in der Nullage bereits eine bestimmte Kraft benötigt. Grundsätzlich bedeutet dieses, daß innerhalb der Feder in der Ausgangslage bereits Biegespannungen, d. h. Spannungen in Achsrichtung der Feder, vorhanden sind. Zu diesen Spannungen addieren sich Biege- und Zugspannungen, die durch den Axialhub verursacht werden.

Eine Ringfeder besitzt grundsätzlich eine stark progressive Kennlinie. Diese Progressivität der Kennlinie wird noch gesteigert durch die Vorspannungserzeugung, die dadurch entsteht, daß in Achsrichtung der Feder Spannungen erzeugt werden und das übertragbare Drehmoment relativ niedrig ist.

Es folgi daraus, daß eine minimal dünne Ringfeder verwendet werden muß, wodurch sich an den Befestigungselementen hohe Lochleibungsdrücke ergeben, und daß der Axialhub relativ klein gehalten werden muß,

„©durch eine sehr genaue axiale Justierung erforderlich

Die hohen Lochleibungsdrücke führen zu Einkerbun- -|en der Niete, damit zum Ausschlagen der Federboh-Ajngen und anschließend zum Daucrbruch der Ringfefern. Die Progressivität bzw. die Steilheit der Kennlinie £ aber der wesentliche Faktor, der die maximal mögliche ausnutzbare axiale Auslenkung bestimmt
• Die bekannten Reibungskupplungen und -bremsen lind bei Belastung leicht dezentrierbar, so daß zwischen flansch und Ankerscheibe eine Taumelbewegung tuftrittunddie Kupplung oder Bremse rattert.
_ Die Erfindung soll daher die nutzbare Auslenkung fwgrößern, die Steilheit der Kennlinie verringern, die tuAleibungskräfte vernachlässigbar klein halten, die ^forderliche Anzugskraft zur Verbesserung des elektrischen Schaltverhaltens verkleinern und das übertragbare Drehmoment erheblich vergrößern. Sie bezieht sich tuf eine elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung oder -bremse mit einem axial festgelegten Magnetkörper, einer Ankerscheibe und einem ebenfalls axial feststehenden Kupplungs- oder Bremsflansch, wobei eine aus Federwerkstoff bestehende Ringscheibe abwechselnd mit dem Anker und dem Kupplungs- oder Bremsflansch axial verbunden ist.

Zur Lösung der Aufgabe ist die ebene Ringscheibe lenkrecht zu ihrer Radialebene in wechselnder Richtung verdreht und abwechselnd an den Stellen größter Verdrehung mit der Ankerscheibe und dem Kupplungsoder Bremsflansch verbunden. Vorzugsweise ist das Widerstandsmoment der Feder zwischen den Einspannitellen verringert, insbesondere stetig. Außerdem können die Befestigungspunkte auf dem Flansch einen anderen Teilkreis aufweisen als die auf der Ankerscheibe.

Damit liegen die Materialspannungen, die die Grundvorspannung darstellen, in einer anderen Spannungsebene als die Materialspannungen, die durch den Axialhub der Feder bewirkt werden.

Die Torsionsspannung bewirkt, daß durch die Abstützung an allen Befestigungspunkten eine resultierende Kraftkomponente vorhanden ist, die den Anker auch bei Anlage an den Flansch noch mit einer bestimmten Kraft gegen diesen drückt. Da die Torsion der Ringfeder auch bei einem Axialhub konstant bleibt und die Torsionsspannungen in einer anderen Ebene Hegen als die Biegespannungen, die durch den Axialhub entstehen, wird zu den Biegespannungen σ ein konstanter Betrag von Torsionsspannungen τ nur geometrisch addiert.

Ored = j/σ² + 4r².

Da dieser Wert kleiner ist, als sich bei arithmetischer Addition ergibt, folgt im wesentlichen, daß sich eine erheblich flachere Federkennlinie ergibt.

Die flachere Federkennlinie läßt nun die Verwendung eines größeren Materialquerschnittes zu, wodurch die Lochleibung stark herabgesetzt, das zulässige übertragbare Drehmoment vergrößert und die Knickgefahr in der Ringfeder ganz erheblich vermindert wird. Bei gleicher Axialkraft kann der Axialhub vergrößert werden, und umgekehrt wird bei gleichem Axialhub die erforderliche Anzugskraft verkleinert und damit das Schaltzeitverhalten der Kupplung bzw. Bremse wesentlich verbessert.

Die Torsion der Feder kann dadurch erzeugt werden, daß eine ebene Feder beliebiger Querschnittsform abwechselnd an nach innen oder außen gegeneinander konisch ausgebildete (4 bis 10°) Flächen auf den gegenüberliegenden Innenseiten der Ankerscheibe und des Flansches befestigt und so deren Torsion erzwungen wird, oder auch dadurch, daß eine plastisch entsprechend verformte Feder zwischen zwei ebene Flächen wechselweise befestigt wird, sowie auch dadurch, daß beide Möglichkeiten gleichzeitig in Anspruch genommen werden.

Zwecks besserer Ausnutzung des Federwerkstoffes kann die Ringfeder jedoch auch durch -einzelne bogenförmige Ringsektoren oder durch in gerader Richtung sich erstreckende Stanzteile ersetzt werden, die entsprechend auf Ankerscheibe und Flansch befestigt sind. In Abhängigkeit von dem durch die Kupplung oder die Bremse zu übertragenden Drehmoment können mehrere Ringfedern, Sektoren oder Geradteile übereinandergeschichtet verwendet werden. Die gegeneinander konisch ausgebildeten Flächen ragen jeweils in axialer Richtung etwas über sich axial erstreckende Ränder der Ankerscheibe und des Kupplungs- bzw. Bremsflansches hinaus, die nach dem Zusammenbau den Einbauraum für die federnde Ringscheibe bestimmen, und die Flächen der Ankerscheibe greifen unter den Rand des Flansches und umgekehrt, weil ihre radiale Ausdehnung kleiner ist als die der Ränder. Damit wird eine Zentrierung zwischen Scheibe und Flansch erreicht.

Um zu verhindern, daß die Ankerscheibe bei unsachgemäßer Montage durch Überbeanspruchung der Ringfeder dezentriert wird, kann entlang des Flanschumfanges ein hohlzylindrischer Sicherheitsring einstückig mit dem Flansch ausgebildet sein, der so weit über die Ankerscheibe greift und damiit eine Zentrierung bewirkt, daß auch bei Ausnutzung des größten Ankerscheibenhubes diese Zentrierung gewährleistet bleibt. Falls ein plastisch verformter Federring auf zwei ebenen Flächen befestigt ist, wirkt zur Zentrierung nur dieser Sicherheitsring, der gleichzeitig den Federringraum abdichtet und vor Verschmutzung schützt.

Die elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung oder -bremse nach der Erfindung wird nun an Hand einiger Zeichnungen in verschiedenen Ausführungsformen genauer beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Kupplung mit einer plastisch verformten Ringfeder zwischen zwei ebenen Flächen,

Fig.2 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform mit einer auf der Ankerscheibe ausgebildeten Fläche zur Verdrehung der Ringfeder,

Fig. 3 ein Höhenrelief und die Innenseiten von Ankerscheibe und Flansch,

F i g. 4 eine gerade Torsionsblattfeder,

F i g. 5 eine Torsionsringfeder mit verringertem Widerstandsmoment zwischen den Einspannstellen,

F i g. 6 eine Torsionsfederanordnung aus bogenförmigen Ringfedersektoren, ·

Fig. 7 einen Kupplungskörper mit einem nicht unterteilten Magnetkörper und

F i g. 8 einen Kupplungskörper mit einem unterteilten Magnetkörper.

Der Kupplungskörper 1 besteht aus einer Ankerscheibe 2 und einem Kupplungsflansch 3. Der Kupplungsflansch 3 ist auf einer Achse 4 axial feststehend befestigt (vgl. F i g. 7). Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform der Kupplung ist der Kupplungsflansch mit einer Ausnehmung 5 zur Aufnahme der Torsionsringfeder 6 versehen. Die Ringfeder 6 besteht aus einer ebenen Ringscheibe aus Federwerk-

stoff und ist senkrecht zu ihrer Radialebene in wechselnder Richtung verdreht und abwechselnd an den Stellen größter Verdrehung mit der Ankerscheibe 2 und dem Kupplungsflansch 3 mittels Niete verbunden. Die Ankerscheibe 2 weist einen etwas größeren Radius als die Ausnehmung 5 in dem Kupplungsflansch 3 auf, so daß die Ankerscheibe auf der Anlagefläche 8 des Kupplungsflansches 3 aufliegt. Der Kupplungsflansch 3 ist außerdem mit einem einstückig mit ihm ausgebildeten Sicherheitsring 9 versehen, der über die Ankerscheibe 2 greift. Auf diesen Sicherheitsring 9 wird weiter unten genauer eingegangen.

Die Torsion der Ringfeder 6 kann nicht nur durch plastische Verformung erreicht werden, sondern die ebene Feder 6 beliebiger Querschnittsform wird abwechselnd an nach innen oder außen gegeneinander konisch ausgebildete Flächen auf den gegenüberliegenden Innenseiten der Ankerscheibe 2 und des Flansches 3 befestigt Auf diese Weise wird die gewünschte Verdrehung bzw. Torsierung der Feder erzwungen. Die gegen die Radialebene der nicht verdrehten Feder geneigten Flächen des Ankers 2 werden mit 10 bezeichnet, während den entgegengesetzt geneigten Flächen des Flansches 3 die Bezugsnummer 11 zugewiesen wird. Die F i g. 2 zeigt außerdem, daß der Flansch 3 mit einer öffnung 12 versehen ist, damit der Kopf 7 a der Befestigungsniete 7 beim Nietvorgang erfaßt werden kann. Die Befestigung am Flansch 3 ist analog; dann ist der Anker aber nicht ganz durchbohrt.

Zur Verdeutlichung der Torsion der Ringfeder 6 zeigt die Fig.3 ein Höhenrelief der verdrehten Torsionsringfeder. Die zu dem äußeren und inneren Umfangskreis der Ringfeder 6 konzentrische Höhenlinie 13, die durch die Mitte der Befestigungslöcher 6a verläuft, liegt in der Ebene der nicht verdrehten Feder, ebenso wie die in der Mitte zwischen den Befestigungsstellen radial verlaufenden Höhenlinien 14 in derselben Ebene liegen. Auf den durch die Höhenlinie 13 bestimmten Teilkreisringflächen wechseln Erhöhungen und Vertiefungen miteinander ab, wobei eine Erhöhung auf dem äußeren Kreisring einer Vertiefung auf dem inneren Kreisring entspricht. Wie die Fig.4 zeigt, entspricht die kreisförmige Höhenlinie 13 einer geradlinigen Federachse 15 einer geraden Torsionsblattfeder, während die radial verlaufende Höhenlinie 14 der Höhenlinie 16a der Torsionsblattfeder zuzuordnen ist, die senkrecht zur Höhenlinie 15 verläuft.

Zur Verringerung des Widerstandsmoments der Ringfeder 6 ist nach F i g. 5 die radiale Ausdehnung der ringförmigen Torsionsfeder längs des inneren Umfangs zwischen den Einspannstellen verringert Die gezeigte Feder ist zu diesem Zweck an ihrem inneren Umfang mit kreisförmigen Ausnehmungen 16 versehen, so daß die Änderung der radialen Abmessung im wesentlichen stetig erfolgt

Die Dicke der Torsionsringfeder hängt von dem Durchmesser der Kupplung oder der Bremse und von dem zu übertragenden Drehmoment ab. Bei einem Durchmesser von ungefähr 20 mm und bei einem zu übertragenden Drehmoment von 0,003 mkp beträgt die Dicke der Feder 0,3 mm; bei einem Scheibendurchmesser von 200 mm und einem Drehmoment von 40 mkp kann die Federdicke 0,8 bis 1 mm betragen. In diesem Falle wird die Feder aber vorzugsweise aus zwei bis drei übereinandergeschichteien und durch Niete, Schrauben od. dgl. verbundenen Ringen oder Federteilen aufgeschichtet

Nach der F i g. 6 kann zur besseren Ausnutzung des Werkstoffes die Ringfeder 6 durch einzelne bogenförmige Ringsektoren 17 oder durch gerade Stücke 18 ersetzt werden, die entsprechend auf dem Kupplungsflansch 3 und der Ankerscheibe 2 befestigt werden. Die öffnungen 2a für Befestigungsniete 7 auf der Ankerscheibe 2 liegen auf einem Teilkreis mit kleinerem Radius wie die Öffnungen 3a auf dem Kupplungsflansch 3.
Der Anker 2 liegt auf der Anlagefläche 8 des

ίο Flansches 3 auf, so daß sich der Anker mit Bezug auf den Flansch in einer definierten Ausgangslage befindet und ein Taumelschlag des Ankers vermieden werden kann. Der einstückig mit dem Flansch 3 ausgebildete Sicherheitsring 9 greift über die Ankerscheibe 2 und vermeidet damit das Eindringen von Fremdkörpern in den Federraum zwischen Anker und Flansch. Er verhindert eine Dezentrierung des Ankers bei Überbeanspruchung oder Bruch der Feder und schützt gegen eine fahrlässige Zerstörung bzw. Überdehnung der

ίο Torsionsringfeder 6 und gegen eine unsachgemäße Montage. Darüber hinaus sichert er andere Getriebeelemente gegen das Herausschleudern des Ankers oder von Bruchstücken der Ankerscheibe bei einem eventuellen Bruch der Ringfeder.

Arbeitsweise der elektromagnetisch betätigten Reibungskupplung oder -bremse

Die Kupplung besteht aus einem das Magnetfeld erzeugenden Teil 20 und einem vom Magnetfeld beeinflußten Teil 21. Der Magnetkörper 20 besteht aus einer Feldspule 22 und einem den magnetischen Fluß führenden magnetisch leitenden Bauteil 23, der sich in axialer Richtung auf der Achse bzw. Welle 24 nicht bewegen kann. Der vom Magnetfeld beeinflußte Teil 21 besteht aus der Ankerscheibe 2, dem Torsionsfederring 6, dem Flansch 3 und der Nabe 4a, die mit dem Flansch 3 verbunden ist und diesen axial nicht verschiebbar auf der Achse bzw. Welle 4 sichert.

Da der das Magnetfeld erzeugende Teil 20 mit der Welle 24 umlauf., muß der Erregerstrom über Schleifringe 25 zugeführt werden. Die erregte Feldspule 22 baut ein Magnetfeld auf, das auf die Ankerscheibe 2 einwirkt und sie mit dem Magnetgehäuse 23 in Berührung bringt wobei durch den entstandenen Reibungsschluß, den hohen magnetischen Anpreßdruck ein Drehmoment von dem einen Bauteil zum anderen übertragen werden kann. Zur Erhöhung des Reibschlusses ist bei dem in F i g. 7 gezeigten Bauteil 21 auf der von der Kupplungsscheibe 3 abgewandten Seite der Ankerscheibe 2 eine ringförmige Reibfläche 26 eingelassen, die mit der Oberfläche des Magnetkörpers 23 zusammenarbeitet Innerhalb des Kupplungskörpers 1 wird das Drehmoment von der Ankerscheibe 2 mittels der Torsionsfeder 6 auf die Kupplungsscheibe 3 übertragen.

Nach Abschalten des Erregerstroms für die Feldspulen 23 wirkt kein Magnetfeld mehr auf die Ankerscheibe 2 ein. Die beim Anziehen der Scheibe 2 gespannte Feder 6 zieht die Ankerscheibe 2 von der Reibfläche des Körpers 23 axial in Richtung auf den Flansch zurück und hält ihn auf den Anlageflächen 8 des Flansches 3 sicher fest

Bei ihren Bewegungen auf den Bauteil 20 zu und von ihm fort wird die Ankerscheibe innerhalb des Sicherheitsrings 9 geführt so daß ein Dezentrieren des Ankers nicht möglich ist und der Zwischenraum zwischen der Ankerscheibe 2 und dem Kupplungsflansch 3 immer nach außen geschützt ist, so daß einerseits keine

Fremdkörper eindringen können und andererseits der Anker, Ankerbruchstücke oder Teile der Ringfeder nicht hinäusgeschleudert werden können. Die F i g. 8 zeigt einen das Magnetfeld erzeugenden Bauteil 20, bei dem der Magnetkörper 23 in zwei Teile 23a und 236 aufgeteilt ist. Der feststehende Teil 236 ist Träger der Erregerspule 22 und wird durch ein Doppelkugellager 27 auf dem rotierenden Teil 23a gehalten. Der magnetische Fluß wird über radiale Luftspalte von dem feststehenden Teil 23b auf den rotierenden Teil 23a übergeführt. Bei einer solchen Anordnung brauchen für die Zuführung des Erregerstromes keine Schleifringe

vorgesehen sein. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Reibfläche 26 nicht in die Ankerscheibe 2 eingelassen sondern befindet sich auf dem rotierenden Teil 236 des Magnetkörpers 23.

Diese Anordnungen zeichnen sich durch einen äußerst einfachen und robusten Aufbau aus. Sie lassen sich daher sehr leicht montieren und eignen sich für äußerst rauhen Betrieb. Falls der Magnetkörper 23 oder der Flansch 3 sich nicht um die entsprechenden Achsen 24 bzw. 4 drehen können, wirkt die Anordnung als Bremse.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

«9 608/1C

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   !. Elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung oder -bremse mit einem axial festgelegten Magnetkörper, einer Ankerscheibe und einem ebenfalls axial feststehenden Kupplungs- oder Bremsflansch, wobei eine aus Federwerkstoff bestehende Ringscheibe abwechselnd mit dem Anker und dem Kupplungs- oder Bremsflansch axial verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Ringscheibe (6) senkrecht zu ihrer Radialebene in wechselnder Richtung verdreht und abwechselnd an den Stellen größter Verdrehung mit der Ankerscheibe (2) und dem Kupplungs- oder Bremsftensch (3) verbunden ist.
2. 2. Kupplung oder Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) zwischen den Einspannpunkten (2a, 3a; 10, 11) zur Veränderung ihres Widerstandsmoments in radialer Richtung unterschiedlich breit ist.
3. 3. Kupplung oder Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe vor ihrem Einbau plastisch verformt ist.
4. 4. Kupplung oder Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche der Ankerscheibe (2) schräg zu ihrer Radialebene verlaufende Flächen (10) und auf der Innenseite des Flansches (3) zu dessen Radialebene schräg verlaufende Flächen (11) derart vorgesehen sind, daß sie nach innen oder außen gegeneinander konisch sind, wobei der Winkel zwischen den Flächen und den Radialebenen vorzugsweise 4 bis 10° beträgt.
5. 5. Kupplung oder Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) aus mehreren Ringsektoren (17) zusammengesetzt ist.
6. 6. Kupplung oder Bremse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (6) aus mehreren geraden (18) Sektoren zusammengesetzt ist.
7. 7. Kupplung oder Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringscheiben oder Sektoren aufeinandergeschichtet und durch Niete (7), Schrauben od. dgl. miteinander verbunden sind.
8. 8. Kupplung oder Bremse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungspunkte (3a) am Flansch auf einem anderen Teilkreis liegen als die Befestigungspunkte (2a) auf der Ankerscheibe.