DE2259772A1

DE2259772A1 - Drehmomentuebertragendes geraet

Info

Publication number: DE2259772A1
Application number: DE2259772A
Authority: DE
Inventors: William H Compton; John B Desch
Original assignee: COMPTROL Inc
Current assignee: COMPTROL Inc
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-12-06
Publication date: 1973-06-07
Also published as: FR2164333A5; US3734256A; CA975691A

Description

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank

8 München 2. Masartsifabo 25

Telefon 5 3δ 0586

Comptrol Incorporated

9505 Südwest Avenue 5. Dezember 1972

Cleveland, Ohio 44125,USA · Anwaltsakte. M-2449

ürehiüoraentübertragendes Gerilt

DIg Erfindung betrifft magnetische Reibungsgeräte zum Obertragen j ines Drehmoments von einem zu einem anderen von axial fluchtenden und gegeneinander drehbaren Teilen. Geräte dieser Art werden in einem weiten Anwendungsbereich verwendet, z.B. bei Kupplungen, Schlupf kupplungen, Ilaltebremsen, Feststellbremsen und Bremsen, die zum Verzögern einer Bewegung verwendet werden, etwa in Systemen, die in durchlaufenden Werkstoffen eine Spannung benötigen,

Übertragungsgeräte nach Art der iirfindun^ haben zx<rei axial fluchtende, in Abstand angeordnete und gegeneinander drehbare Platten oder Scheiben. Eine der Platten trägt einen axial fluchtenden, kreisförmigen und U-förmigen Elektromagneten, der ein Band aus R.eibmaterial aufnimmt. Die andere Platte= enthält den Magnetanker und kann bei Erregung des Elektromagneten in klemmende Berührung mit dem Band aus Reibmaterial gezogen i/erden. Ein Ilauptnachteil derartiger bekannter Geräte ist der, daß die Berührungsfläche

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zwischen dem Anker und dem »and aus Reibmaterial einer Veränderung ausgesetzt ist, wegen der axialen und radialen Fluchtungsabweichungen der Platten und wegen der Abweichungen der Oberflächenform des Reibniaterials. Demnach sind derartige Geräte nur begrenzt verwendbar und sind nicht mit Erfolg als ein konstantes Drehmoment übertragende Geräte verwendbar, bei denen es erforderlich ist, daß bei einer gegebenen Erregung des Elektromagneten ein konstantes und wiederholbares Drehmoment von einem Teil auf das andere übertragen wird.

Nach der vorliegenden Erfindung enthält die andere Platte weder einen Magnetanker noch wird sie in klemmende Berührung mit dem Band aus Reibmaterial gebracht. Sie wirkt im wesentlichen als Träger für eine Vielzahl von axial bewegbaren, kreisförmig angeordneten Segmenten oder Planeten, wie sie später manchmal genannt werden, die mit dem Band aus Reibmaterial in klemmende Berührung gebracht werden. Durch dieses Unterteilen des Ankers in eine Vielzahl von einzelnen Segmenten, von denen jedes frei axial bewegbar ist, wird eine im wesentlichen !constants Berührungsfläche zwischen dem Anker und dem Band aus Reibmaterial aufrecht erhalten, unabhängig von axialen oder radialen Fluchtungsabweichungen der Teile, von Veränderungen der Oberflächenform des Bands aus Heibmaterial oder anderen Unzulänglichkeiten des Geräts, darüber hinaus ist die durch eine gegebene Erregung des Elektromagneten an einem Segment erzeugte Klemmkraft die gleiche wie die Klemmkraft auf

jedem anderen Segment, da jedes Segment gegenüber der Oberflächen-+ form des Dands aus Reibmaterial selbst fluchtend ist.

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Ferner kann nach tier Erfindung jedes Segment oder jeder Planet die Form einer Scheibe mit einer in- der anderen Platte gelagerten Achse haben, so daß sich alle Planeten frei um ihre Achsen drehen und axial frei bewegen können. Die Drehung- jedes Planeten aufgrund einer Berührung mit dem Band aus Reibmaterial kann durch irgendeine der verschiedenen, anschließend i:n einzelnen beschriebenen Einrichtungen erfolgen. Während die Planeten bei Drehung eines Teils gegenüber dem anderen Teil auf einer Kreisbahn geführt werden, erzeugt die Drehung dieser Planeten um ihre entsprechenden Achsen eine Re in i,rungs wirkung der Planeten und Oberflächen .des Bands aus Reibmaterial und fördert eine gleichmäßige Abnützung ohne Beschädigung und Klemmen.

Unter Berücksichtigung des obigen ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges elektromagnetisches Reibgexät zum Übertragen eines wiederholbaren und konstanten Drehmoments von einem drehbaren Teil auf ein anderes bei einer gegebenen Erregung des Elektromagneten zu schaffen.

Es ist ein iveiteres Ziel, ein derartiges Gerät zu schaffen, indem eine größtmögliche und konstante Berührungsfläche zwischen den Reibelementen aufrecht erhalten

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein derartiges Gerät zu schaffen, das eine selbstreinigende Wirkung der Reibelemente auf weist.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein derartiges Gerät zu schaffen, das eine gleichmäßige Abnützung ohne Beschädigung _.

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oder Rillenbildung der Reibelemente fördert.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fi[. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 1A eine Schrägansicht eines der Ankersegmente oder Planeten, die in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet v/erdeu; ₍₍

Fig. 2 eine Endansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels nacli der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine teilweise Ansicht der Anordnung in Fig. 3 der Ankerplaneten und des Bands aus lieibmaterial;

Fig. 6 teilweise Ansichten eines weiteren Ausführungsbei^iels ^una der Ankerplaneten und des Bands aus Reibmaterial;

Fig. 8 abgeänderte Ausführungsformen des Bands aus Reibmaterial ^ ^un das eine Drehung der Ankerplaneten einleitet;

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Fig. 10, 11 teilweise Ansichten abgeändeter Ausführungsformen der Ankerplaneten.

Fig. 1 und 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Welle 1 und einer Welle 3, von denen irgendeine feststehend und die andere drehbar Sein kann, χίβηη das Gerät als Bremse der einen oder anderen Aus führungs form verwendet wird. Es können auch beide Wellen drehbar sein, wenn das Gerät als Kupplung der einen oder anderen Ausführungsform verwendet wird. An der Welle 1 ist ein Teil oder Gehäuse 5 befestigt, das einen kreis- und U-fÖrmigen Elektromagneten 7 mit einer durch eine Gleichstromquelle erregten Feldwicklung 9 trägt. Die Erregpng der Feldwicklung 9 kann durch irgendeine geeignete Einrichtung, etwa durch einen Widerstand "TI", gesteuert xirerden. Wenn die Welle 1 drehbar ist, kann ein Anschluß an die Gleichstromquelle durch irgendeine geeignete Einrichtung, etwa durch Schleifringe 10*

erfolgen. Innerhalb der Schenkel des Elektromagneten ist ein kreisförmiges Band 13 aus Reibmaterial angeordnet, dessen Außenseite ι im wesentlichen in gleicher Ebene mit den äußeren Enden des Elek- ' tromagneten 7 liegt.

An der Welle 3 ist ein kreisförmiges Teil oder eine kreisförmige Platte 15 befestigt, die einen Träger für eine Vielzahl von Anker-* Segmenten oder Planeten 17 bildet. Wie in Fig. IA gezeigt, hat jeder Planet eine ebene Stirnseite 19, die rechteckig oder von einer anderen gewünschten Form sein kann., und einen sich nach

hat ' !,inten erstreckenden rechteckigen,Abschnitt 21/, Die Platte TS ist mit Schlitzen 2 3 versehen, in denen die rechteckigen Abschnitte

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" 21 der Planeten gelagert sind. Es kann sich daher jeder Planet frei bewegen zum Erzeugen und Aufrechterhalten des Nachfölgens mit der Reibscheibe des Bands 13 aufgrund einer Erregung des Elektromagneten 7. Es ist offensichtlich, daß die Klemmwirkung zwischen dem Planeten 17 und dem Band aus Reibmaterial eine Funktion der Erre* gung des Elektromagneten 7 ist, die leicht mittels des Widerstands 11 eingestellt werden kann.. Auf diese Weise findet» wie oben erwähnt, das Gerät nach der Erfindung eine Anwendung als Bremse, bei der die eine oder die andere der Wellen 1 und 3 feststeht und die andere durch ein darauf ausgeübtes Drehmoment drehbar ist, oder eine Anwendung als Kupplung, bei der beide Wellen 1 und 3

drehbar sind, wobei die eine die von einer geeigneten Antriebsquelle angetriebene Eingangswelle und die andere die, AusgangS-

; welle ist. Bei irgendeiner Anwendung ist das zwischen den. Wellen übertragene Drehmoment eine konstante und wiederholbare Funktion der Erregung des Elektromagneten, wodurch das Gerät nach der Erfindung besonders geeignet für Anwendungen ist, die eine genaue und vorgegebene Drehmomentenübertragung bei einer gegebenen Er-

' regung des Elektrowagneten erfordern.

Fig. 3 und 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Ankers, der aus einer Vielzahl von scheibenförmigen Planeten 25 besteht^ von denen jeder eine nach hinten sich erstreckende und im Teil ! 15 gelagerte AdBe 27 hat. Bei dieser Anordnung kann sich jeder Planet frei axial in Berührung mit deva Band aus Reibmaterial bewegen und frei ur.i seine Achse drehen, während er aufgrund einer gegenseitigen Drehung zwischen den Teilen 5 und 15 auf einer Kreisbahn geführt wird. Ein besonderes iierkmal der vorliegenden

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Erfindung ist die einzigartige Anordnung zum Einleiten der Drehung der Planeten um ihre entsprechenden Achsen, wodurch, wie oben erklärt, eine Reinigungswirkung der in Berührung stehenden Reibflächen erzielt und eine gleichmäßige Abnützung ohne Beschädigung
oder Rillenbrldung gefördert wird. , ·

Bei einer, etwa in Fig. 3 und in der teilweisen Ansicht von Fig.5 gezeigten Anordnung sind die"Mittelpunkte der Planeten am Umfang eines Kreises mit geringerem Durchmesser als dem mittleren Durchmesser des Bands aus Reibmaterial angeordnet. Aufgrund einer Berührung der Reibflächen und der gegenseitigen Drehung der Teile
5 und 15 wird daher am äußeren Abschnitt der Stirnseite der Planeten ein größeres Drehmoment entwickelt als am inneren Abschnitt,
was eine Drehung jedes Planeten um seine Achse ergibt.

Der Ausdruck "mittlerer Durchmesser" wird definiert als der Durchmesser des Bands aus Reibmaterial, der, falls sich die Drehachse eines Planeten auf einer durchkreuzenden, senkrechten Linie be- j findet, keine Drehung des Planeten ergibt, da an den äußeren und ; inneren Abschnitten der Planetenstirnseiten gleiche oder sich aufhebende Drehmomente entwickelt werden. Der hier definierte mittlere Durchmesser kann der gleiche sein wie der mathematische i Durchmesser der Mitte des Bands aus Reibmaterial. In jedem Fall . umfaßt die vorliegende Erfindung in dem in Fig. 3 und 5 gezeigten,

Ausführungsbeispie.l das Versetzen der Drehachsen der Planeten ge-i genüber dem mittleren Durchmesser des Bands aus Reibmaterial, was. erforderlich sein kann, um eine Drehung der Planeten um ihre ent-¹ sprechenden Achsen aufgrund einer Berührung des Bands aus Reibma-

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terial und einer gegenseitigen Drehung der Teile 5 und 15 einzuleiten. In Fig. 5 ist der mittlere Durchmesser des Bands aus Reibmaterial mit d und der Durchmesser des Kreisumfangs, auf den die Drehachsen der Planeten liegen, mit d' bezeichnet. Der Durchmesser d¹ ist kleiner dargestellt als der Durchmesser d, um eine Drehung der Planeten aufgrund der Berührung mit dem Band aus Reibmaterial einzuleiten und aufgrund der Führung der Planeten auf einer Kreis,-bahn durch eine gegenseitige Drehung der Teile 5 und 15.

Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Anordnung, in der die Mittelpunkte der Planeten auf einem Kreisumfang mit einen Durchmesser d angeordnet sind, der größer ist als der mittlere Durchmesser d des Bands aus Reibmaterial, wodurch eine Drehung der Planeten in der entgegengesetzten Richtung eingeleitet wird. Fig. 7 zeigt eine Anordnung, die eine Drehung einiger Planeten in einer Richtung und anderer Planeten in der entgegengesetzten dichtung erzeugt. Bei dieser Anordnung befinden sich die Mittelpunkte benachbarter Planeten auf Kreisumfängen mit Durchmessern d' und d", Auf diese Weise drehen sich benachbarte Planeten in entgegengesetzten Richtungen.

Aus dem obigen ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung jede Anordnung von drehbaren Planeten umfaßt, deren Drehachsen auf einem Kreisumfang liegen, dessen Durchmesser größer, kleiner oder gleich dem mittleren Durchmesser des Bands aus Reibmaterial ist. In der zuletzt genannten Anordnung drehensich die Planeten normalerweise nicht. Sie sind jedoch frei, um dies augenblicklich zu tun aufgrund einer Berührung einer mangelhaften Stellung in der Ober-

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fläche des Bands aus Reibmaterial. Die aus einer derartigen Drehung sich ergebende Reinigungswirkung fördert di'e Beseitigung derartiger mangelhafter Stellen und bringt die gesamte Oberflächeflforn des Bands aus Reibiaaterial in eine gleichför-nige Ebene.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner weitere Einrichtungen zum^! Einleiten der Drehung der Planeten. Fig. 8 zeigt ein Band 29 aus | Reibmaterial mit einer ringförmigen Ausnehmung 31 , so daß die Drehung der Planeten keinen Widerstand dagegen ergibt, da sich die Mittelpunkte der Planeten auf einem Kreisumfang mit dem gleichen Durchmesser wie der mittlere Durchmesser des Bands aus Reibmaterial befinden. Es ist offensichtlich, daß die Drehung der Pia-·

neten in entgegengesetzter Richtung zu der durch die in Fig. 8 ein 4 geleiteten Richtung eingeleitet werden könnte durch Ausnehmen des Bands aus Reibmaterial neben dem äußeren Schenkeides Elektromagnet ten 7. Eine weitere in Fig. 9 zum Einleiten der Drehung der Plane-· ten gezeigte Anordnung besteht aus einem Band aus Reibmaterial mit

j einem inneren Abschnitt 33 mit einem Reibwert, der von demjenigen des äußeren Abschnitts 35 abweicht.

Fig. 10, 11 und 12 zeigt abgeänderte Ausführungsformen von Planeten, die diejenigen von Fig. 3 ersetzen können, um das vorliegende Gerät, an die Erfordernisse eines besonderen Amtfendungsfalls anzu- ^! passen. Fig. 10 zeigt einen im Teil 15 gelagerten und aus einem massiven Zylinder 37 bestehenden Planeten, der sich frei axial bewegen und sich um seinen Mittelpunkt frei drehen kann. Fig. 11 zeigt einen im Teil 15 gelagerten und aus einem hohlen Zylinder 39 bestehenden Planeten, der einen Flansch 41 aufweist, dessen

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ebene Stirnseite das Band 13 aus Reibmaterial berühren kann. Bei dieser Planetenform kann Kühlluft (in Pfeilrichtung) in deren Inneres eingeführt werden, um die Wärme abzuleiten, die während der Berührung der Planeten mit dem Band aus Reibmaterial und während der Drehungdes Teils 5 gegenüber dem Teil 15 erzeugt wurde. Fig. 12 zeigt einen Planeten, der aus einer Vielzahl von konzentrischen Hülsen 43, 45 und 47 besteht. Diese Hülsen sind axial

gegeneinander verschiebbar. Die äußere Hülse 47 ist im Teil 15 l
gelagert. Es ist offensichtlich, daß die Drehung der in Fig. 10, 11 und 12 gezeigten, abgeänderten Ausführungsform der Planeten durch irgendeine der oben beschriebenen Einrichtungen eingeleitet werden kann.

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Claims

Patentanwälte ''' Dr. Ing H, Negend r' fll-"^pln9VVWe 8 «""»chen 2, Mozartstraßo 2J i .;.- . Telefon 5380586 Comptrol Incorporated Midwest Avenue 5. Dezember 1972 Cleveland, Ohio 44125,USA Anwaltsakte M-2449 P atentans prüche

1.) Drehmomentübertragendes Gerät, bestehend aus ζΐΐβί in Abstand angeordneten, axial ausgefluchteten und gegeneinander drehbaren Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem (5) der kreis förmigen Teile (5,15) getragenes Band. (13) aus Reibmaterial kon-* zentrisch zur Drehachse der Teile angeordnet ist, daß ein im ; anderen (15) der Teile gelagerter Planet (17;25;37;39 ;43 ,45, 47) eine ebene Stirnseite hat, die das Band berühren kann, und daß eine Einrichtung (7) zun axialen Bewegen des Planeten vorgesehen ist, die die ebene Stirnseite in Berührung mit dem Band bringt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von axial bewegbaren Planeten im anderen Teil (15) gelagert ist, und daß jeder Planet eine ebene Stirnseite hat, die das Band (13) berühren kann. *'

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3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Planet (25) eine Scheibe mit einer im anderen Teil (15) gelagerten Achse (27) aufweist, und daß jeder Planet sich aufgrund einer Reibberührung mit dem Band (13) frei drehen kann.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse jedes Planeten (25) mit dem mittleren Durchmesser (d)des Bands (13) fluchtet.

5. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse jedes Planeten radial gegenüber den mittleren Durchraesser (d) des Bands (13) versetzt ist.

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6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius

der ebenen Stirnseite jedes Planeten wenigstens gleich der Hälfte der Breite des Bands plus der radialen Versetzung der Drehachse des Planeten gegenüber dem mittleren Durchmesser des Bands (13) ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daP die Drehachsen einiger Planeten gegenüber dem mittleren Durchmesser des Bands (13) in einer Richtung versetzt sind, und daß die übrigen Planeten gegenüber dem mittleren Durchmesser des Bands in der ' entgegengesetzten Richtung versetzt sind.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Planet aus einem im anderen Teil (15) gelagerten Zylinder (37) besteht und eine ebene Endstirnseite (41) aufweist, die das BAD OBlGlNAL

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- 13 Band (13) reibend berühren kann. . -

9, Gerät nach Anspruch 8,. dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder (39) zum Einleiten .eines.Kühlmittels indessen Inneres hohl ist, um die durch die Reibberührung der ebenen Endstirnseite (41.) mit dem Band (13) erzeugte Wärme abzuleiten, wenn eines der Teile (5; 15) sich gegenüber dem anderen dreht.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Planet aus einer Vielzahl von-.hohlen, konzenj trisehen und zylindrischen Hülsen (43,45,47) besteht, von denen ' sich jede frei axial bewegen und unabhängig drehen kann, und' daß der Außendurchmesser der Hülsen im anderen Teil (15) gelagert ist. . ■ ..'■■"-·. ,

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Einrichtung zum axialen Bewegen der. Planeten!

i in Berührung mit dem Band (13) aus einem Hagnet (7) besteht. .

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hagnet (7) ein Elektromagnet ist* ■ j

13. Geräte nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß |

eine Einrichtung (11) zum Einstellen der Stromstärke im Elek-

i tromagneten (7) vorgesehen ist.

14. Geräte nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (7) U-för.;ig ist und auf dem anderen Teil (15) konzentrisch zu dessen Drehachse angeordnet ist,

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daß das kreisförmige Band (13) aus Reibmaterial innerhalb des Magneten angeordnet ist, und daß die die Planeten berührende Stirnseite des Bands im wesentlichen in der gleichen Ebene mit den Endkanten des U-förmigen Magneten liegt.

15. Gerät nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14,_xdadurch gekennzeichnet» daß die Planeten den Anker für den Elektromagneten aufweisen.

16. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (13) aus Reibmaterial aus einer Vielzahl von kreisförmigen Abschnitten besteht, und daß einer der Abschnitte einen Reibwert hat, der größer als der Reibwert eines anderen der Abschnitte ist.

17.Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß das Band eine geringere Breite als die Breite des U-förmigen Magneten (7) hat.

!18. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld des U-förmigen Magneten (7) eine ringförmige, innerhalb des U-förmigen Magneten angeordnete Wicklung (9) umfaßt.

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