DE2631271C2 - Elektromagnetische Reibungskupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Reibungskupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine derartige elektromagnetische Reibungskupp- π lung zeigt die DD-PS I 14 131. Solche Kupplungen sind bei Metallbearbeitungs- und anderen Maschinen weitgehend verbreitet. Bei der bekannten Kupplung ist der Anker gegenüber der Traghülse durch eine Mutter aus unmagnetischem Werkstoff getrennt. Das von der -to elektromagnetischen Kupplung übertragbare Drehmoment setzt sich aus der Summe der Reibmomente der Kupplungsscheiben zusammen, die den auf jede Kupplungsscheibe einwirkenden Normalkräften proportional sind. Diese Normalkraft wird durch eine dem Quadrat eines die Kupplungsscheiben schneidenden Nutzflusses proportionale magnetische Anziehung erzeugt. Bei diesen Kupplungen mit magnetisch leitenden Kupplungsscheiben treten magnetische Streuflüsse auf, die vom äußeren Ring der Kupplungsscheiben zu deren inneren Ring durch Stege vom inneren Ring der Kupplungsscheiben zur Traghülse durch die Mitnahmeverzahnung sowie vom Spulengehäuse der Kupplung zur Welle fließen.

Der Streufluß durch die Stege führt zur Verringerung des Nutzflusses und des durch das betreffende Kupplungsscheibenpaar entwickelten Reibmoments in dem Maße, wie die Kupplungsscheiben von den Polen entfernt werden. In aus einem einstückigen Blechmaterial hergestellten Kupplungsscheiben ist er grundsätz- M lieh nicht zu beseitigen.

Der Streufluß vom inneren Ring der Kupplungsscheiben zur Traghülse schließt sich über den Endteil der Traghülse auf das Spulengehäuse der elektromagnetischen Reibungskupplung. Er führt ebenfalls zur ^hr> Verringerung des Nutzflusses und des durch das betreffende Kupplungsscheibenpaar entwickelten Reibmoments in dem Maße, wie die Kupplungsscheiben an

die Polebene des Spulengehäuses angenähert werden.

Der Streufluß vom Spulengehäuse zur Welle verläuft durch den dem Spulengehäuse angepaßten Teil der Traghülse zur Welle. Im weitere;: geht dieser Fluß durch die Welle, dann durch die Wellenlager (von der Seite des Ankers der elektromagnetischen Reibungskupplung) und andere Teile der Maschine, in den die Kupplung eingebaut ist, und schließt sich über die Streuleitwerte in Luft auf den oberen Teil des Spulengehäuses der Kupplung.

Es ist bekannt, daß der Streufluß kein Kupplungsmoment der elektromagnetischen Kupplung hervorruft, sondern lediglich eine parasitäre Flußverkettung bildet, die deren dynamisches Verhalten verschlechtert. Der Anstieg des sich durch die Rückwand des Spulengehäuses schließenden Gesamtflusses aufgrund von Streuflüssen zwingt zur Vergrößerung des Querschnitts dieser Wand.

Die schädliche Wirkung der Streuflüsse führt zu einer Verringerung des resultierenden Kupplungsmoments der elektromagnetischen Reibungskupplung, zu einer verminderten Ausnutzung der Eisenmasse des Spulengehäuses, zu einer längeren Dauer von Übergangsvorgänge;; und zu einer wesentlichen Magnetisierung von Wellen, Lagern und anderen Teilen der Maschine.

Der unmittelbare Sitz des Spulengehäuses auf der ferromagnetischen Traghülse ist für einen wesentlichen Teil des Streuflusses verantwortlich.

Zar Vermeidung dieser Nachteile sind verschiedene Wege beschritten worden:

a) Herstellung der Traghülse aus unmagnetischem Werkstoff. Bekanntlich lassen sich die aus unmagnetischen Stählen — z. B. Chrom-Nickel-Stählen — hergestellten Traghülsen nur schwer bearbeiten und einer mit den hohen spezifischen Belastungen der Zähne der Mitnahmeverzahnung zusammenhängenden Verfestigung nur mit viel Mühe unterziehen. Genauso mühevoll gestaltet sich die Verfestigung von aus Buntmetallen gefertigten Zähnen. In beiden Fällen hängt die Herabsetzung der Belastungen der Zähne mit einer Vergrößerung der Abmessungen der Traghülse zusammen. Dem erzielten Nutzeffekt stehen eine Komplizierung der Technologie, höhere Selbstkosten, geringere Verschleißfestigkeiten des Werkstücks und größere Abmessungen entgegen.

b) Die Anwendung einer aus der eigentlichen ferromagnetischen Traghülse und einer auf deren Endteil angeordneten und das Spulengehäuse gegen die Traghülse und Welle magnetisch trennenden unmagnetischen Buchse zusammengesetzten Traghülse hat eine Erhöhung der Arbeitsintensität und eine Vergrößerung des Durchmessers der Traghülse zur Folge, was bei vorgegebener Passungsbohrung einer Vergrößerung des Durchmessers der Kupplung gleichkommt.

c) Die Anwendung eines radialen Luftspalts zwischen dem Spulengehäuse und der Nabe, die auf der Welle sitzt (DE-AS 12 73 277). Dadurch werden zwar Streuflüsse im Bereich dieses Luftspaltes in radialer Richtung vermindert, sie treten aber in der Ankerscheibe auf, die auf einer Nabe der Abtriebswelle sitzt, und sie treten auch auf aus dem Spulengehäuse über deren auf der Antriebswelle sitzende Nabe. Dadurch entsteht ein Drehmomentverlust und eine unerwünschte Magnetisierung von Wellen, Lagern und anderen Maschinenteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektromagnetischen Kupplung der eingangs genannten Art unter Beibehaltung des Aufbaus und der Abmessungen dieser Kupplung die Zugkraft und das Drehmoment zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Der Unteranspruch enthält eine zweckmäßige weitere Ausbildung.

Die elektromagnetische Reibungskupplung nach der Erfindung hat wesentlich geringere Abmessungen als die bekannten Lösungen und führt deshalb zu keiner Vergrößerung der elektromagnetischen Reibungskupplung nach dem Gattungsbegriff. Gleichzeitig entfallen enge Passungen, und die Herstellung wird vereinfacht und verbilligt. Die Beseitigung der Streuflüsse in der Traghülse und der Welle führt zu einer symmetrischen Verteilung des Magnetflusses über die Pole, was bei der Querschnittsfläche jedes Pols, gleich 0,2 bis 0,25 der Stirnfläche des Spulengehäuses, eine Verteilung der Kupfer- und Eisenmasse im Spulengehäuse entsprechend dem Maximum von Zugkraft und Moment gewährleistet.

Der öldurchfluß aus den Bohrungen in der Traghülse durch den ringförmigen Luftspalt unter dem Spulengehäuse verbessert die Wärmeableitung von der Spule, wodurch eine Erhöhung der zulässigen Stromdichte ermöglicht wird.

Die elektromagnetische Reibungskupplung nach der Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Reibungskupplung mit einem eine Kontakt-Stromzuführung mittels eines stromführenden Ringes aufweisenden Spulengehäuse;

Fig.2 einen Querschnitt durch die elektromagnetische Reibungskupplung im Bereich der vorderen, den Kupplungsscheiben zugewandten Stirnseite des Spulengehäuses nach Fig. 1;

F i g. 3 ein Diagramm der Zugkraft bezogen auf das Verhältnis der Querschnittsfläche des Pols zur Gesamtfläche der Stirnseite des Spulengehäuses;

Fig:4 eine innenverzahnte Kupplungsscheibe mit entfernten Zähnen der Mitnahmeverzahnung;

F i g. 5 Diagramme für die Verteilung des Magnetflusses und der Zugkraft von einer bekannten Kupplung und von der elektromagnetischen Reibungskupplung gemäß der Erfindung;

F i g. 6 eine abgewandelte Ausführungsform der elektromagnetischen Reibungskupplung, mit einer kontaktlosen Stromzuführung zur Spule;

F i g. 7 einen Querschnitt durch die elektromagnetische Reibungskupplung nach der Linie A-A von Fi g. 6. Die in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Reibungskupplung besteht aus einem an einer ferromagnetischen Traghülse 2 durch eine unmagnetische Stirn-Schweißnaht 3 befestigten Spulengehäuse 1, magnetisch leitenden innen- und außenverzahnten Kupplungsscheiben 4 und 5, einem Anker 6 mit einem unmagnetischen Ring 7 und einer in einer Ringnut des Spulengehäuses 1 untergebrachten Spule 8. Die innenverzahnten Kupplungsscheiben 4 stehen in Eingriff mit einem Außenzahnkranz der ferromagnetischen Traghülse 2 und die außenverzahnten Kupplungsscheiben 5 mit einer Innenverzahnung einer äußeren Mitnehmerglocke 9. Zwischen der Bohrung des Spulengehäuses 1 und dem Außenmantel des Endteils der Traghülse 2 ist ein Luftspalt 10 vorgesehen, durch den Schmieröl über Bohrungen 11 in der ferromagnetischen Traghülse 2 zugeführt wird.

Bei der elektromagnetischen Reibungskupplung wird durch die Bohrungen 11 und den Luftspalt 10 Schmieröl gepumpt, das beim Durchströmen unter dem Spulengehäuse 1 die Wärme von diesem abführt und über die Zahnlücken der Traghülse 2 zu den Kupplungsscheiben 4 und 5 strömt. Die Verteilung des Schmieröls zwischen

ίο den Kupplungsscheiben erfolgt durch Entfernen einiger gegeneinander winkelversetzter Zähne bei einigen Kupplungsscheiben, beispielsweise wird ausgehend von den Polen 12 bei der ersten innenverzahnten Kupplungsscheibe der Zahn 1 (Fig.4), bei der zweiten der Zahn 2 usw., entfernt.

Beim Einschalten der elektromagnetischen Reibungskupplung (Fig. 1) wird der Spule 8 Strom (Teile der Stromzuführung sind nicht gezeigt) zugeführt. Unter der Wirkung des anwachsenden Magnetflusses wird das Kupplungsscheibenpaket mit dem Anker 6 gegen das Spulengehäuse 1 gezogen. Der Nutzfiuß ΦΣ schließt sich in einem in F i g. 1 gestrichelt angedeuteten Kreis. Die in den durch eine punktierte Linie mit Kreuzen angedeuteten Zweigkreis auftretenden Streuflüsse Φι und Φί, sind praktisch gleich Null wegen der vorgesehenen magnetischen Trennung des Spulengehäuses 1 gegen die ferromagnetische Traghülse 2, durch den Luftspalt 10 und die unmagnetische Stirn-Schweißnaht 3.

μ Beim Einschalten der elektromagnetischen Reibungskupplung wird das Kupplungsscheibenpaket mit einer maximal möglichen Kraft F zusammengedrückt, deren Mittelwert gleich F_mist.
Die Kraft F setzt sich aus der Druckkraft F\ der Außenringe der Kupplungsscheiben 4 und 5 und der Druckkraft F₂ der Innenringe der Kupplungsscheiben 4 und 5 zusammen. Durch Beseitigung der Streuflüsse in der Traghülse und der Welle und dem gewählten optimalen Flächenverhältnis von Si = S₂ und ΞΣ (Fig. 2) sind die Kräfte Fi und F₂ einander gleich und maximal. Die elektromagnetische Reibungskupplung entwickelt daher bei gegebenen Abmessungen, Konstruktionswerkstoffer; und Kupplungsscheiben das maximal mögliche Kupplungsmoment. Das Kupplungsmo-

4"' ment wird von der Welle über die ferromagnetische Traghülse 2, die innenverzahnten Kupplungsscheiben 4 und die außenverzahnten Kupplungsscheiben 5 auf die äußere Mitnehmerglocke 9 (F i g. 1) übertragen.

Fig. 5 zeigt den Verlauf der die Außen- bzw.

⁵⁽¹ Innenringe der Kupplungsscheiben 4 und 5 schneidenden Magnetflüsse Φ\ und Φ₂ und der Zugkräfte Fi und F₂ in der Längsrichtung (.Y-Achsenkoordinate des Schnitts) der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten elektromagnetischen Reibungskupplung.

Zum Vergleich sind in dieser Fig. 5 gestrichelt die Flüsse ΦΊ und Φ'₂ und die Kräfte F\ und F'₂ bei einer elektromagnetischen Reibungskupplung mit unmittelbarem Sitz des Spulengehäuses auf der ferromagnetischen Traghülse und einem nicht optimalen Flächenver- °° hältnis der Querschnitte der Pole und der Stirnseite des Spulengehäuses dargestellt.

Beim Abschalten der elektromagnetischen Reibungskupplung nimmt der Magnetfluß und das Kupplungsmomeiit schneller ab, wobei der Restmagnetismus verrin^b5 gert ist, weil Streuflüsse auftreten.

Eine abgewandelte Ausführungsform einer schleifringlosen elektromagnetischen Reibungskupplung ist in F i g. 6 wiedergegeben.

Die elektromagnetische Reibungskupplung weist ein aus einer Stützpolscheibe 13 und einem von dieser durch Ballast-Luftspalte 15 und 16 getrennten Spulenhalter 14 mit der Spule 8 zusammengesetztes Spulengehäuse auf. Zwischen der Stützpolscheibe 13 und der ferrornagnetischen Traghülse 2 befindet sich der Luftspalt 10. Die Stützscheibe 13 ist an der ferromagnetischen Traghülse 2 durch die unmagnetische Stirn-Schweißnaht 3 befestigt. Hier bezieht sich das optimale Verhältnis auf die Querschnittsflächen Si, Sz und Sl der Pole (F i g. 6) auf eine mit der der Spule zugewandten Innenwand der Siützscheibe 13 (Fig. 6) zusammenfallenden F.bene A-A.

Das durch den Luftspalt 10 fließende Schmieröl führt zum Teil die Wärme ab, die an das Spulengehäuse als Schlupfverlust in den Kupplungsscheiben 4 und 5 abgegeben wird, während die Wärmeabfuhr aus der Spule 8 durch die Ballastspalte 15 und 16 zwischen der Stützpolscheibe 13 und dem Spulenhalter 14 erfolgt.

Im übrigen ist der Kupplungsaufbau analog dem der elektromagnetischen Reibungskupplung nach Fig. 1.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

2l 31 Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Reibungskupplung mit einer ferromagnetischen Traghülse, auf deren einem ; Ende ein Spulengehäuse befestigt ist, in dem Pole bildende Spulen angeordnet sind, mit neben dem Spulengehäuse angeordneten, magnetisch leitenden Kupplungsscheiben, die abwechselnd drehfest, aber axial verschiebbar mit der Traghülse oder mit einer die Traghülse konzentrisch umgebenden Mitnehmerglocke verbunden sind, und mit einem über einen unmagnetischen Ring am anderen Ende der Traghülse angeordneten Anker, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulengehäuse (1) durch eine unmagnetische Stirnschweißnaht (3) an der Traghülse (2) so befestigt ist, daß zwischen dem Außeniiiantel des Endteils der Traghülse (2) und der sie umgebenden Bohrung des Spulengehäuses (1) ein Luftspalt (10) gebildet wird.

2. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Endteil der Traghülse (2) in der Nähe der Stirnschweißnaht (3) in den Luftspalt (10) mündende Bohrungen (11) zum Zuführen von Schmieröl zu den Kupplungsscheiben (4 und 5) über den Luftspalt (10) angeordnet sind.