DE19833254C2

DE19833254C2 - Elektromagnetisch betätigbare Federbandkupplung

Info

Publication number: DE19833254C2
Application number: DE19833254A
Authority: DE
Inventors: David J Arcaro
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: DE19833254A1; JPH11153153A; US5918716A

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf elektrische Federkupplungen und insbesondere auf eine bidirektionale elektromagnetisch betätigbare Federbandkupplung.

Eine herkömmliche radiale elektrische Federkupplung, die auch als Solenoid-betätigtes Gerät bezeichnet wird, liefert eine im Stand der Technik bekannte Einrichtung, um eine hohe Drehmomentkapazität mit einer niedrigen Aktivierungsenergie zu aktivieren. Fig. 2 ist eine perspektivische Schnittan sicht einer herkömmlichen elektrischen Federkupplung 10, die dargestellt ist, um die Funktionsweise derselben als techni schen Hintergrund hinsichtlich der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Bei einer typischen Federkupplung wird ein elektrischer Strom durch eine feststehende Spule 15 geführt. Als Reaktion auf den Strom werden Magnetflußlinien 20 er zeugt und verwendet, um einen frei beweglichen Steuerring 25 zu einer Schulter 30 hin zu ziehen. Die Schulter 30 ist mit einer Nabe 40 und einer Ausgangswelle 45 verbunden. Der Steuerring 25 ist an einem Ende einer Wickelfeder 35 befe stigt. Das andere Ende der Wickelfeder 35 ist an dem Hals 47 eines Eingangszahnrads 50 befestigt. Sowie das Eingangszahn rad 50 gedreht wird, wickelt sich die Wickelfeder 35 auf den Hals 47 und die Nabe 40 ab. Folglich wird ein Drehmoment von dem Eingang 50 (und dem Hals 47) über die Wickelfeder 35 zu der Nabe 40 und der Ausgangswelle 45 übertragen, wenn der Steuerring 25 zu der Schulter 30 hin gezogen wird.

Im wesentlichen verlaufen die Magnetflußlinien 20 durch das Gehäuse (oder die Häusung) 55 um die feststehende Spule 15. Obwohl das Gehäuse 55 eine oder mehrere Komponenten aufwei sen kann, die zusammengepreßt oder aneinander befestigt sind, ist das Gehäuse 55 (und/oder alle damit verbundenen Komponenten) bezüglich der Drehung des Eingangszahnrads 50 und der Ausgangswelle 45 feststehend. Der magnetische Fluß 20 wird gezwungen, in dem Randbereich außerhalb des Gehäuses 55 zu verlaufen und durch den Steuerring 25 zu treten, wo durch derselbe gegen die Schulter 30 gezwungen wird, da die Komponente 60 den magnetischen Fluß nicht leitet. Die Anzie hung des Steuerrings 25 zu der Schulter 30 bei der Erregung der Spule 15 erzeugt den Solenoid-Effekt (oder Kupplungsef fekt), um die Ausgangswelle 45 mit der Drehung des Eingangs zahnrads 50 in Eingriff zu nehmen. Im Gegensatz dazu geht die magnetische Anziehung verloren, nachdem der elektrische Strom von der Spule 15 entfernt wurde, wodurch bewirkt wird, daß das Solenoid oder die Kupplung außer Eingriff gebracht wird, sowie sich die Wickelfeder 35 von der Nabe 40 und dem Hals 47 abwickelt.

Herkömmliche Solenoid-Geräte (oder elektrische Kupplungsge räte) weisen viele Verwendungsmöglichkeiten auf und liefern eine wirksame Einrichtung, um eine hohe Drehmomentkapazität mit einer niedrigen Aktivierungsenergie zu aktivieren. Sol che herkömmlichen Geräte ermöglichen jedoch eine Drehinein griffnahme in nur einer einzigen Richtung. Somit müssen für den Fall, daß eine bidirektionale Drehineingriffnahme benö tigt wird, zwei Kupplungen verwendet werden, d. h. eine Kupp lung, um eine Ineingriffnahme in einer ersten Richtung vor zusehen, und eine weitere Kupplung, um eine Ineingriffnahme in der entgegengesetzten Richtung vorzusehen. Für den Fall, daß beide Kupplungen eine Ineingriffnahme in derselben Rich tung vornehmen, muß eine strategische Positionierung der zwei Kupplungen zueinander vorgenommen werden, um das ge wünschte Ergebnis einer bidirektionalen Ineingriffnahme zu erhalten. In jedem Fall kann der Bedarf nach Doppelkupp lungen (Solenoide) aufwendig sein und die mechanischen Ent wurfsfaktoren für die jeweilige Anwendung oder das jeweilige Gerät komplizieren.

Weitere Federkupplungen sind in der DE 41 24 753 A1, der US-A-4,312,992, der EP 0 422 909 A2, der DE 37 27 534 A1, der US-A-2,976,976 und der US-A-2,872,003 beschrieben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte bidirektionale elektromagnetisch betätigbare Federbandkupplung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine elektromagnetisch betätigbare Federbandkupplung nach Anspruch 1 gelöst.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Wickelfe der auf einer Ausgangswelle der Federbandkupplung angeordnet und ist normalerweise auf deren Außenumfang mit dem Innenum fang der drehbaren Buchse in Eingriff genommen. Die drehbare Buchse wird durchgehend in der Vorwärtsrichtung angetrieben und treibt aufgrund der Selbstineingriffnahme der Wickelfe der die Ausgangswelle in der Vorwärtsrichtung an. Die Buchse besteht aus einer Eisenzusammensetzung und bildet einen Ab schnitt des Kerns des Solenoids zum Aktivieren des magne tischen Flusses. Wenn die Spule erregt wird, aktiviert ein frei beweglicher Steuerring das Solenoid (d. h. der frei be wegliche Steuerring wird zu einer sich drehenden Schulter hin gezogen), wodurch die Ausgangswelle in einer umgekehrten Richtung angetrieben werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Zahnrad anordnung in Verbindung mit einer einzigen Eingangsantriebs welle verwendet, derart, daß die drehbare Buchse durchgehend in der Vorwärtsrichtung angetrieben wird, wobei die Schulter durchgehend in der umgekehrten Richtung angetrieben wird. Folglich wird die Ausgangswelle durch die selbsterregende Feder und die drehbare Buchse durchgehend in der Vorwärts richtung angetrieben, bis die Spule erregt wird, wodurch die Ausgangswelle in der umgekehrten Richtung angetrieben wird, indem die Feder als Reaktion auf den Steuerring, der zu der Schulter hingezogen wird, abgewickelt wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird nachfolgend bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht der Solenoid betätigten Umkehrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht einer herkömm lichen elektrischen Federkupplung, die dargestellt ist, um die typische Funktionsweise derselben zu beschreiben.

Fig. 2 ist eine perspektivische Schnittansicht einer her kömmlichen elektrischen Federkupplung 10 und wird als tech nischer Hintergrund erörtert, um die typische Funktionsweise derselben zu beschreiben und um insbesondere das herkömmli che feststehende Gehäuse bzw. den Kern 55 zu zeigen, der um die feststehende Spule 15 angeordnet ist, um die Magnetfluß linien 20 zu aktivieren.

Fig. 1 ist eine perspektivische Schnittansicht der Soleno id-betätigten Umkehrvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine feststehende Spule 105, ein Gehäuse 110, das um einen Außenumfang der Spule 105 angeordnet ist, und vor allem eine drehbare Buchse 115 aufweist, die auf ei nem Innenumfang der Spule 105 angeordnet ist. Folglich wird ein Flußweg 120 um die Spule 105 über das feststehende Ge häuse 110 und die drehbare Buchse 115 bereitgestellt, um ei ne Solenoid-Betätigung zu ermöglichen. Zusätzlich liefert die drehbare Buchse 115 eine Einrichtung zum Ineingriffneh men einer Ausgangswelle 125 und eines Eingangszahnrads 127 (welches fest an der Ausgangswelle 125 befestigt ist) in ei ner Richtung, die zu der umgekehrt ist, die durch Erregen der Spule 105 geliefert wird, wie es im folgenden hierin ausführlicher beschrieben wird.

Allgemein ausgedrückt wird die Buchse 115 mittels eines Zahnrads 135 in einer ersten ("Vorwärts"-)Richtung, die durch einen Richtungspfeil 160 bezeichnet ist, durchgehend um eine Ausgangswelle 125 gedreht. Die Buchse 115 ist an ei ner Schulter 140 des Zahnrads 135 fest angebracht. Somit wird die Buchse 115 gedreht, wenn das Zahnrad 135 gedreht wird. Wenn die Buchse 115 gedreht wird, wird die Wickelfeder 145 gegen den Innenumfang der Buchse 115 selbst erregt (un ter der Annahme, daß die Spule 105 nicht erregt wird). Die Wickelfeder 145 und die Buchse 115 sind nämlich nahe genug aneinander angeordnet, so daß die Wickelfeder 145 durch die Drehung der Buchse 115 ausgedehnt und mit derselben in Ein griff genommen wird. Da ein Ende 150 der Wickelfeder 145 an einer Nabe 155 befestigt ist, die an einer Ausgangswelle 125 fest angebracht ist, nimmt die Ausdehnung der Feder 145 ge gen die Buchse 115 die Ausgangswelle 125 in einer "Vor wärts"-Drehung mit der Buchse 115 (und dem Zahnrad 135) in Eingriff, wie es durch den Richtungspfeil 160 gezeigt ist. Vorteilhafterweise sind die Ausgangswelle 125 (und das Aus gangszahnrad 127) auch in der "Vorwärts"-Richtung freilau fend, was bedeutet, daß die Welle (durch eine bestimmte äu ßere Kraft, die nicht gezeigt ist) schneller, jedoch nicht langsamer als die Drehgeschwindigkeit der Buchse 115 gedreht werden kann, wenn die Spule 105 nicht erregt wird.

Andererseits sind eine Schulter 165 und ein Hals (oder eine Wickelnabe) 167 einer zweiten drehbaren Buchse fest an einem Zahnrad 170 angebracht und werden zusammen durchgehend um die Ausgangswelle 125 in ei ner zweiten ("umgekehrten") Richtung gedreht, die mit einem Richtungspfeil 175 bezeichnet ist. Wenn die Spule 105 erregt wird, wird der frei bewegliche Steuerring 130 zu der Schul ter 165 hin gezogen. Da das andere Ende 180 der Wickelfeder 145 an dem Steuerring 130 befestigt ist, wickelt sich die Feder 145 auf den Hals 167 (der Schulter 165) der zweiten drehbaren Buchse und die Nabe 155 ab, sowie das Zahnrad 170 gedreht wird. Zu diesem Zweck wird das Drehmoment von dem Eingang (Schulter 165, Hals 167 und Zahnrad 170) über die Feder 145 zu der Nabe 155 und der Ausgangswelle 125 übertragen, wodurch bewirkt wird, daß sich auch die Ausgangswelle 125 in der "umgekehrten" Richtung 175 dreht.

Im folgenden wenden wir uns wieder der Zahnradanordnung und der Antriebseinrichtung zu, die der Umkehrvorrichtung 100 zugeordnet sind. Ein Eingangszahnrad 185 (oder alternativ eine Welle 200) nimmt eine Kraft in einer "Vorwärts"-Dreh richtung 160 von einer äußeren Quelle (nicht gezeigt) auf. Das Zahnrad 185 dreht ferner das Zahnrad 135 über ein Leer laufzahnrad 195 in der Vorwärtsrichtung. Wie im vorhergehen den erörtert, ist das Zahnrad 135 an der Schulter 140 befe stigt, die an der Buchse 115 befestigt ist. Folglich dreht sich die Buchse 115 durchgehend in der "Vorwärts"-Richtung 160, wie von dem Eingangszahnrad 185 über das Leerlaufzahn rad 195 angetrieben.

Um die "umgekehrte" Richtung 175 zu bewirken, ist das Ein gangszahnrad 185 an der Welle 200 befestigt, die an dem Zahnrad 205 befestigt ist. Das Zahnrad 205 treibt direkt das Zahnrad 170 an. Da sich das Zahnrad 205 in der "Vorwärts"- Richtung mit dem Eingangszahnrad 185 dreht, und da das Zahn rad 205 direkt das Zahnrad 170 antreibt, wird dadurch das Zahnrad 170 durchgehend in der "umgekehrten" Richtung 175 angetrieben.

Alle Zahnräder 127, 135, 170, 185, 195 und 205 sind in Fig. 1 zur Vereinfachung der Zeichnung ohne Zähne dargestellt. Fachleute auf diesem Gebiet werden jedoch erkennen, daß eine beliebige herkömmliche Einrichtung verwendet werden kann, um die Zahnradverbindungen zu bewirken. Beispielsweise können Zähne verwendet werden, um die Zahnräder zu verbinden, oder ein direkter Antrieb mit aneinander gedrückten Grenzflächen kann zwischen den Zahnrädern verwendet werden, oder die Zahnräder können mittels Riemen verbunden sein. Zusätzlich bedeutet "verbunden" oder "miteinander verbunden" eine di rekte oder indirekte Verbindung über andere Komponenten und/oder Zahnräder.

Alles in allem bewirkt die beschriebene Zahnradanordnung ei ne durchgehende Drehung der Buchse 115 in einer "Vorwärts"- Richtung und gleichzeitig eine durchgehende Drehung der Schulter 165 in einer "umgekehrten" Richtung. Es sollte je doch angemerkt werden, daß die Richtungsbeschriftungen "vor wärts" und "in Umkehrrichtung" nicht absolut sind, sondern abhängig von der Perspektive austauschbar sind. Entsprechend der Zeichnung, bei der die "Vorwärts"-Richtung 160 darge stellt ist, wird jedoch die Feder 145 gegen die Buchse 115 selbst erregt, sowie sich die Feder als Reaktion auf die "Vorwärts"-Drehung der Buchse 115 von der Nabe 155 weg aus dehnt. Folglich nimmt die Feder 145 die Buchse 115 mit der Welle 125 (über die Nabe 155) in Eingriff und dreht durchge hend die Ausgangswelle 125 (und das Ausgangszahnrad 127) in der "Vorwärts"-Richtung, solange die Spule 105 nicht erregt bleibt. Sobald jedoch die Spule 105 erregt wird, bewirkt der Fluß 120, daß der Steuerring 130 zu der sich drehenden Schulter 165 hin gezogen wird, wodurch sich der Durchmesser der Feder 145 verengt und derselbe nach unten gegen die Nabe 155 und den Hals 167 der Schulter 165 der zweiten drehbaren Buchse in Eingriff genommen wird, so daß die Feder nicht länger gegen die Buchse 115 selbst erregt ist. Folglich nimmt die Feder 145 die sich drehende Schulter 165 mit der Welle 125 (über die Nabe 155) in Eingriff, wodurch bewirkt wird, daß die Ausgangswelle 125 und das Ausgangszahnrad 127 in der "umgekehrten" Richtung gedreht werden.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigbare Federbandkupplung, mit:

a) einer feststehenden Spule (105) zum Erzeugen von Magnetflußlinien (120), wenn dieselbe erregt wird;
b) einem feststehenden Gehäuse (110), das die fest stehende Spule (105) auf einem Außenumfang der Spule umgibt;
c) einer Ausgangswelle (125);
d) einer ersten drehbaren Buchse (115), die auf einem Innenumfang der feststehenden Spule (105) und um die Ausgangswelle (125) angeordnet ist, wodurch ein Magnetflußweg (120) durch das feststehende Ge häuse (110) und die erste drehbare Buchse (115) um die feststehende Spule (105) geliefert wird, wobei die erste drehbare Buchse (115) mit einem ersten Antriebsteil (135) verbunden ist, um die erste drehbare Buchse (115) in einer ersten Richtung (160) anzutreiben;
e) einer zweiten drehbaren Buchse (165, 167) die be nachbart zu der ersten drehbaren Buchse (115) um die Ausgangswelle (125) angeordnet ist, wobei die zweite drehbare Buchse (165, 167) mit einem zweiten Antriebsteil (170) verbunden ist, um die zweite drehbare Buchse (165, 167) in einer zweiten Richtung (175) anzutreiben;
f) einem frei beweglichen Steuerring (130), der zwi schen der ersten drehbaren Buchse (115) und der zweiten drehbaren Buchse (165, 167) angeordnet ist; und
g) einer Wickelfeder (145), die um die Ausgangswelle (125) angeordnet ist, und ein Ende (150), das an der Ausgangswelle (125) befestigt ist, und ein weiteres Ende (180), das an einem frei beweglichen Steuerring (130) befestigt ist, umfaßt,
wobei die Wickelfeder (145) die erste drehbare Buchse (115) mit der Ausgangswelle (125) in Ein griff bringt, wenn die feststehende Spule (105) nicht erregt ist, um die Ausgangswelle (125) in der ersten Richtung (160) anzutreiben, und
wobei die Wickelfeder (145) die zweite drehbare Buchse (165, 167) mit der Ausgangswelle (125) in Eingriff bringt, wenn die feststehende Spule (105) erregt ist und der frei bewegliche Steuerring (130) zu der zweiten drehbaren Buchse (165, 167) (165) hingezogen ist, um die Ausgangswelle (125) in der ersten Richtung (175) anzutreiben.

2. Elektromagnetisch betätigbare Federbandkupplung gemäß Anspruch 1, bei der
die zweite drehbare Buchse (165, 167) eine erste Nabe (167) aufweist, die um die Ausgangswelle (125) drehbar angeordnet ist, wobei die erste Nabe eine erste Schul ter (165) aufweist, die an derselben befestigt ist;
der frei bewegliche Steuerring (130) um die erste Nabe (167) angeordnet ist, und zu der ersten Schulter (165) hingezogen wird, wenn die feststehende Spule (105) er regt ist;
eine zweite Nabe (155) an der Ausgangswelle (125) vor gesehen ist, die eine zweite Schulter (150) umfaßt; und
die Wickelfeder (145) um zumindest einen Abschnitt der ersten und zweiten Nabe (167, 155) angeordnet ist, wo bei das zweite Ende (150) der Wickelfeder an der zweiten Nabe (155) befestigt ist,
wobei die erste drehbare Buchse (115) um die Wickel feder (145) angeordnet ist,
wobei sich die Wickelfeder (145) gegen einen Innenum fang der ersten drehbaren Buchse (115) erstreckt, wenn die feststehende Spule (105) nicht erregt ist, wodurch sich die Ausgangswelle (125) in der ersten Richtung dreht, und
wobei die Wickelfeder (145) gegen die Ausgangswelle (125) gezogen wird, wenn der frei bewegliche Steuerring (130) zu der ersten Schulter (165) gezogen wird, wenn die feststehende Spule (105) erregt ist, wodurch sich die Ausgangswelle (125) in der zweiten Richtung (175) dreht.