DE2636834A1

DE2636834A1 - Ausfallsichere elektrische kegelkupplung

Info

Publication number: DE2636834A1
Application number: DE19762636834
Authority: DE
Inventors: Donald Leroy Miller
Original assignee: Purolator Products Co LLC
Current assignee: Purolator Products Co LLC
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1976-08-16
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS5234158A; FR2323917A1; US4030583A; JPS55615B2

Description

Herne 1, JOOO München 40,

Freillgrathstraße 19 IM I I D u D u Eisenacher StraBe 17

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In der Antwort bitte angeben Zuschrift bitte nach:

München

12. August 1976

Facet Enterprises Inc., 7030 South YaIe, Tulsa, Oklahoma 74136

USA

Ausfallsichere elektrische Kegelkupplung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch betätigte Reibungsvorrichtungen und Steuerungen dafür und richtet sich insbesondere auf eine elektromagnetische selbstjustierende Kupplung mit Ausfallsicherung, durch die bei erregter Kupplung kein Drehmoment übertragen wird und dann, wenn die Kupplung stromlos wird ein maximales Drehmoment vom Eingangsglied auf das Ausgangsglied übertragen wird.

Ausfallsichere elektromagnetische Kupplungen sind besonders wünschenswert in solchen Anwendungsgebieten, wo es im Falle eines elektrischen Leistungsausfalles wünschenswert ist, einen fortdauernden Lauf der Kupplung sicherzustellen, um einen Arbeitszyklus zu vollenden oder die Kupplung einzurücken, um eine Vorrichtung zum vollständigen Stillstand zu bringen und in der Stillstandstellung zu halten. So ist es beispielsweise in einem elektrischen Hubstapler wünschenswert beim Ausfall des elektrischen Systems die Hubgabeln in der Stellung zum

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Anhalten zu bringen, die sie vor dem elektrischen Ausfall eingenommen hatten. Dies stellt sicher, daß die Hubvorrichtung mit ihrer schweren Last beim Ausfall der elektrischen Stromversorgung nicht auf den Boden fällt. Auch kann in einem elektrischen Hubstapler die ausfallsichere elektromagnetische Kupplung als Bremsvorrichtung verwendet werden, wenn der Stapler abrutscht, so daß der Stapler beim Ausfall der elektrischen Energie oder beim Abrutschen der Maschine vollständig zum Stillstand kommt. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieser Art von Kupplung ist ein Aufzug, bei dem es notwendig ist, den Aufzug im Falle eines Leistungsausfalles zum Stillstand zu bringen. Die Kupplung kann auch zur Steuerung eines Ofengebläses Verwendung finden, wo man im Falle eines Leistungsausfalles das Gebläse einzurücken und mit maximalem Drehmoment im Falle eines elektrischen Leistungsausfalles zu betreiben wünscht, so daß der Ofen nach einem Ausfall des elektrischen Leistungssystems richtig gekühlt werden kann. Eine ausfallsichere Kupplung ist außerdem auf einigen Antriebsanwendungsgebieten hoch erwünscht, wo die Kupplung ein Kühlsystem entweder für die Maschine oder ein Gebtriebe liefert. Im Falle eines elektrischen Leistungsausfalls würde nämlich hier die Maschine oder das Getriebe sich sehr schnell erhitzen, wenn keine Kühlung zur Verfügung steht. Infolgedessen liefert eine mit einem Kühlgebläse verbundene Kupplung eine Kühlung für das Getriebe selbst bei schlecht funktionierendem elektrischen System. Im allgemeinen kann die ausfallsichere elektromagnetische Kupplung auf jedem Anwendungsgebiet zum Einsatz gebracht werden, wo es erwünscht ist, vorübergehend dem Betrieb einer zyklisch betriebenen Vorrichtung fortzusetzen, nachdem das elektrische System versagt hat. In gleicher Weise ist die Kupplung dort anwendbar, wo der Ausfall der elektrischen Leistung eine Funktion erforderlich ist, um einen größeren Ausfall oder eine Katastrophe zu vermeiden.

Solche Anwendungsgebiete stellen besondere Anforderungen an die Kupplung da sie einerseits einfach und wirtschaftlich konstruiert sein muß und gleichzeitig zwangsläufigen Eingriff

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und einen hohen Drehmoment ausgang zur Verfügung zu stellen hat, um das System, in-dem sie verwendet wird, entweder in die Lage zu versetzen, seinen Zyklus sicher zu vollenden oder aber eine Fortsetzung eines zyklischen Vorgangs vollständig zu vermeiden. Die Kupplung in einem solchen System kann entweder für lange Zeiträume aus- oder eingeschaltet sein oder für kurze Zeitperioden abhängig von dem Ausgangsleistungsbedarf zyklisch an- oder abgeschaltet werden. Infolgedessen muß die Kupplung ausreichend widerstandsfähig sein, um einem konstanten Gebrauch mit minimalem Verschleiß widerstehen zu können. Obwohl die bekannten elektromagnetischen Kupplungen einigen der oben genannten Forderungen einigermaßen entsprechen, erstrebt die vorliegende Erfindung eine kompakte Konstruktion, die einem Betrieb der Kupplung ermöglicht, mit dem ein maximaler Drehmomentausgang ohne nachteilige Verschleißeffekte auf die Kupplungsbauteile erzielt wird. Außerdem liefert die Erfindung eine unbegrenzte Verschleißnachstellung der Kupplungsoberfläche, ohne daß die für die Aufrechterhaltung des Ausgangsdrehmomentes erforderliche Kraft nachteilig beeinflußt wird.

Bis jetzt gibt es wenigstens zwei hervorragende Typen elektromagnetischer Kupplungen, von denen die eine als Kegelkupplung und die andere als Scheibenkupplung bezeichnet wird. Bei der Kegelkupplungskonstruktion sind die miteinander in Eingriff kommenden Reibungsflächen zwischen den in Eingriff zu bringenden drehbaren Kupplungselementen konisch ausgebildet und erfordern wegen ihrer geometrischen Gestalt eine geringere Axialkraft zur Entwicklung ausreichender Reibungsversperrung der Arbeitsflächen für den Antrieb eines angetriebenen Gliedes oder um ein angetriebenes Glied vollständig zum Stillstand zu bringen. Bei der Scheibenkupplung sind die miteinander in Eingriff kommenden Reibungsflächen im allgemeinen senkrecht zur Achse der in Eingriff zu bringenden drehbaren Kupplungselemente angeordnet und in den Fällen, wo die Strömungsbahn durch die Arbeitsflächen verläuft, verläuft der Ankerzug vollständig axial. Die Scheibenkonstruktion ist besonders vorteilhaft infolge ihrer Anpassungs-

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fähigkeit für die Schaffung großer axialgerichteter Flußbahnen und damit zur Schaffung einer stärkeren Kupplungseinrückkraft .

Es gibt weitere bekannte Konstruktionen, die die wünschenswerten Eigenschaften dieser beiden oben erwähnten bekannten Elektromagnetkupplungskonstruktionen kombinieren. Bei einer solchen Konstruktion ist ein Ankerringelement vorgesehen, das im radialen Querschnitt im allgemeinen L-förmig ausgebildet ist; dieses Element weist ein Ringpolstück mit kegelstumpfförmiger Oberfläche und ein anderes Ringpolstück mit flacher scheibenförmiger Oberfläche senkrecht zur Kupplungsachse auf. Diese Ausführungsform hat jedoch verschiedene Nachteile. Da das Ankerringelement einstückig ist, gibt es beispielsweise kein Mittel zur Kompensation von Verschleiß an einem Polstück. Darüberhinaus muß bei der erwähnten Konstruktion die konische Reibungsfläche aus einem magnetischen Material hergestellt sein. Weitere Nachteile ergeben sich bei dieser Konstruktion dadurch, daß die äußere Magnetpolkraft weitgehendst in radialer Richtung statt in der bevorzugten axialen Richtung verläuft.

Andere Konstruktionen verwenden das gleiche Prinzip, d. h. sie schrauben das konische Polstück auf scheibenartige Polstücke. Diese Konstruktion bringt jedoch noch weitere Nachteile gegenüber den oben aufgeführten Nachteilen, da die Flußbahn durch das Gewinde zu fließen gezwjrgen ist und damit notwendigerweise ein sogar noch größerer Verlust in der erzeugten Kupplungskraft entsteht.

Ausfallsichere elektromagnetische Kupplungen waren bisher im allgemeinen Scheibenkupplungen. Der Einsatz einer selbsteinstellenden Konus- oder Kegelkupplung als ausfallsichere Kupplung bringt das Problem mit sich, die ausfallsicheren Eigenschaften unabhängig vom Verschleiß der Reibungsoberflächen der Kupplung aufrechtzuerhalten. Im allgemeinen werden nach dem Stande der Technik konusförmige Reibungselemente vorgesehen, die sich in Eingriff mit der entsprechend eingreifenden Konusfläche auf einem Ausgangsglied der Kupplung bewegen. Die für das Einrücken

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der gegenseitigen Reibungskonusflächen erforderliche Kraft war eine Funktion des Verschleißes an den miteinander in Eingriff kommenden Oberflächen. Infolgedessen wurde, sobald Verschleiß an den Reibungsflächen oder auf dem Anker oder Polflächen auftrat, die ausfallsichere Eigenschaft bezüglich des Ausmaßes der Kraft beeinträchtigt, die erforderlich ist, um die Kupplung in Eingriff zu ziehen. Im allgemeinen erfordern die bekannten Konstruktionen größere elektromagnetische Kräfte zum Einrücken der miteinander in Eingriff kommenden Drehmoment übertragenden Reibungsflächen, wenn an der Oberfläche Verschleiß auftritt. Darüberhinaus verursacht die Verschleißnachstellung bei den bekannten Vorrichtungen einen nachteiligen Verschleiß auf den den Polflächen gegenüberliegenden Ankerflächen. Dies geht auch auf die Einstellvorrichtungen wirkende Zentrifugalkräfte zurück. Diese Zentrifugalkräfte führen zu einer geringfügigen Verzögerung der Einstellvorrichtungen, wodurch die Polflächen des Ausgangsgliedes mit dem Anker während sie für eine bestimmte Zeitdauer umlaufen in Berührung kommen, was zu nachteiligem Verschleiß auf der Ankerfläche führt. Die bei der Ausfallsicherung auftretenden Probleme beeinträchtigen natürlich die Ausfallsicherung und verursachen eine gewisse Unwirksamkeit derselben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ausfallsichere elektromagnetische Kupplungen zur Übertragung eines Drehmoments von einem Eingangsglied auf ein Ausgangsglied. Das Eingangsglied enthält ein Kupplungsbetätigungsmittel bestehend aus einer elektromagnetischen Wicklung, einem koaxial zum Eingangsglied angeordneten Anker, der mit einem Antriebsreibungsringglied durch Verschraubung verbunden ist.

Das Antriebsreibungsringglied ist verkeilt, um sich axial auf einem inneren Glied zu bewegen, das auf der Eingangswelle montiert ist. Ist die Kupplung stromlos, dann bewegt eine Vorspanneinrichtung das Reibungskonusringglied gegen das Ausgangsglied, so daß ein Drehmoment vom Reibungsringglied auf das Ausgangsglied übertragen wird. Steht die Elektromagnetwicklung unter Strom, dann wird eine kreisförmige Flußbahn zwischen dem inneren Glied und einem Anker aufgebaut, der in der Nähe des inneren Gliedes angeordnet ist. Der Anker ist mit dem Reibungs-

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ringglied durch Verschraubung verbunden. Wenn die Elektromagnetwicklung unter Strom steht, zieht der Anker das Reibungsringglied vom Ausgangsglied weg, wodurch die Übertragung des Drehmoments vom Eingangsglied auf das Ausgangsglied unterbrochen wird. Die Reibungsvorrichtung behält diese Lage bei, bis die Elektromagnetwicklung wieder stromlos gemacht wird. Der Eingriff des Reibungsringgliedes mit dem Ausgangsglied ohne nachteilige Verschleißwirkung auf den Anker wird durch eine Verzögerungseinrichtung verursacht, die in der Nähe des Ankers angeordnet ist. Die Wechselwirkung von antreibendem Reibungsringglied, Anker- und Verzögerungsvorrichtung sorgt für die Übertragung des Drehmoments vom Eingangsglied zum Ausgangsglied ohne nachteilige Beeinflußung der Ankerfläche.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer ausfallsicheren Elektromagnetkupplung mit hoher Drehmomentbelastungskapazität in einem Kupplungsgehäuse mit vergleichsweise geringem Durchmessern.

Außerdem erstrebt die Erfindung die Schaffung einer ausfallsicheren selbstnachstellenden elektromagnetischen Reibungsvorrichtung mit Verschleißkompensationseinrichtungen, die nicht nachteilig durch Zentrifugalkräfte beeinflußt werden und selbst nicht nachteilig die hohen magnetischen Ausrückkräfte beeinflussen. Somit ist eine hohe magnetische Ausrückkraft garantiert ohne Rücksicht auf den Verschleiß, dem das antreibende Reibungsglied ausgesetzt ist, bei dem es sich um das hauptsächliche, Drehmoment übertragende Glied handelt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer ausfallsicheren elektromagnetischen Kupplung, bei der die elektromagnetische Ausrückkraft durch den Verschleiß der Drehmoment übertragenden Glieder nicht beeinträchtigt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer ausfallsicheren Elektromagnetkupplung, die die wünschenswerten Eigenschaften der elektromagnetischen Scheibenreibungs- und -kegelvorrichtung vereint. Somit können die miteinander in

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Eingriff kommenden Reibungsflächen konisch wie bei Konuskupplungen ausgelegt werden oder man kann die miteinander in Eingriff kommenden Reibungsflächen senkrecht zur Achse der miteinander in Eingriff kommenden drehbaren Kupplungselemente anordnen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung neuartiger und vereinfachter Verschleißnachstelleinrichtungen, die den Kupplungsanker in verhältnismäßig engem Eingriff mit den elektromagnetischen Polflächen automatisch halten und zwar ohne Rücksicht auf den Verschleiß durch das Drehmoment übertragende Reibungsglied. Außerdem soll gleichzeitig eine ausfallsichere Eigenschaft geschaffen werden, wo=durch bei stromlos gemachter Kupplung das Eingangsdrehmoment vollständig auf das Ausgangsglied durch Eingriff des Reibungsantriebsgliedes übertragen wird und bei erregter Kupplung die Übertragung des Drehmomentes aufhört.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine wirksame elektromagnetische ausfallsichere Kupplung mit neuartigen und wirtschaftlichen Verschleißkompensationseinrichtungen zu schaffen.

Die Erfindung soll beispielsweise im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform unter Wiedergabe der Kupplungselemente in der eingerückten Stellung;

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 zur Wiedergabe der gegenseitigen Anordnung von Anker, Reibungskegelglied und innerem Glied; und in

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zur Wiedergabe der Verwendung einer Konusfeder, die das Antriebsreibungsglied vorspannt.

In Fig. 1 ist eine ausfallsichere elektromagnetische Reibungsvorrichtung 5 wiedergegeben, mit der ein Drehmoment von einer Eingangs-

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vorrichtung 200 auf eine Ausgangsvorrichtung 300 übertragen werden kann, wodurch die Ausgangsvorrichtung und die daran befestigten Elemente angetrieben werden. Die Ausgangsvorrichtung 300 besteht aus einem Ausgangsreibungsglied 305, das an eine ringförmige Hülse 320 angeschlossen ist, die die Einrichtung zur Befestigung beispielsweise des Keiles 321 trägt, so daß eine zwangsläufige Kupplung zu einer anderen Vorrichtung geschaffen wird, welche die auf das Ausgangsglied von der Eingangswelle 10 über die Kupplung übertragene Ausgangsdrehmoment verbraucht. Das Ausgangsreibungsglied weist eine kegelstumpfförmige Oberfläche 306 und eine Ankereinstellfläche 307 auf. Die ringförmige Hülse 320 ist auf einem Lager 330 in geeigneter Weise montiert. Das Lager 330 ist auf der Eingangswelle 10 montiert, Das Lager 330 ist ein Freilauflager und wird in seiner Lage durch einen Sperring 340 und einen Abstandsring 350 gehalten.

Die elektromagnetische Reibungsvorrichtung 5 enthält im allgemeinen ein drehbares antreibendes Motoreingangsglied 200, welches in Achsrichtung beweglich ist, so daß ein Reibungseingriff mit dem Ausgangsglied 300 hergestellt werden kann. Das Eingangsglied enthält eine Welle 10 einen inneren Teil 20, das antreibende Reibungskegelglied 50, einen Anker 60, ein Kupplungsbetätigungsmittel und ein Verzögerungsglied 70. Das innere Hauptglied 20 besteht aus drei konzentrischen ringförmigen Elementen 25, 30 und 35, die einen einstückigen drehbaren Körper bilden, der einen ringförmigen Hohlraum 22 begrenzt, der koaxial zur Eingangswelle 10 verläuft. Um zwei getrennte flußführende Oberflächen zu schaffen, ist der radial innere Gliedteil 25 des Hauptgliedes von radial äußeren Gliedteil 35 des Hauptgliedes durch einen nicht leitenden Ring 30 getrennt. Diese besonderen Eigenschaften von Magnetkupplungen, d. h. der Aufbau mit zwei Polen ist ein in der Technik bekanntes Prinzip.

Der nicht leitende Ring 30 kann aus den verschiedensten nicht magnetischen Materialien, wie rostfreier Stahl, Messing etc. hergestellt sein. Das ringförmige innere Hauptglied 20 ist auf der Eingangswelle 10 in üblicher Weise, beispielsweise durch

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die wiedergegebenen Keile 21 oder mit Hilfe anderer üblicher Mittel montiert, die zwangsläufig das Drehmoment ohne Wirkungsgradverlust von der Eingangswelle 10 auf das innere Hauptglied 20 zu übertragen gestatten. Das innere Hauptglied 20 ist gegen Axialverschiebung durch Zusammenwirken mit dem Sperring 85 gesichert, der in einer Rille 11 in der Eingangswelle 10 montiert ist. Ein Schulterteil 12 der Nuten 13 auf der Eingangswelle 10 schafft eine Oberfläche, um den inneren Hauptteil bezüglich des Sperringes 85 in Eingriff zu bringen und ihn axial zu fixieren. Die aufeinander abgestimmten Nuten 13 auf der Eingangswelle 10 brauchen keine besondere Form aufzuweisen außer eine solche, daß ein Drehmoment zwangsläufig ohne Verlust an Wirkungsgrad von der Eingangswelle auf das innere Hauptglied übertragen werden kann. Die Beziehung zwischen Sperring 85 und Schultereinstellfläche 12 erlaubt es dem radial inneren Gliedteil 25 eine richtige Flucht mit der Eingangswelle 10 aufrechtzuerhalten und außerdem eine richtige Flucht mit dem elektromagnetischen Spulengehäuse sicherzustellen. Der radial außenliegende Gliedteil 35 des inneren Hauptteiles 20 weist eine Vielzahl von Rillen 36 auf seiner äußersten Oberfläche auf. Die Rillen dienen zum wechselseitigen Eingriff mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 53 auf einem Endteil 51 des Reibungsringgliedes 50.

Der radial innere Teil 25 des inneren Hauptteiles weist eine Polfläche 26 auf, die senkrecht zur Eingangswellenachse und parallel zum ringförmigen Kupplungsanker 60 steht. Der radial äußere Gliedteil 35 des inneren Hauptteiles 20 besitzt ebenfalls eine Polfläche 37, die senkrecht zur Kupplungsachse und parallel zum ringförmigen Anker 60 angeordnet ist. Der radial äußere Teil, der radial innere Teil und der nicht leitende Ring bilden den einstückigen inneren Hauptteil, der bezüglich der Kupplungsbetätigungsvorrichtung 40 so angeordnet ist, daß eine fortlaufende Flußbahn bei Erregung der elektromagnetischen Wicklungen entsteht.

Das Kupplungsbetätigungsglied 40 enthält eine elektromagnetische Wicklung oder Spule 41 und ein flußleitendes Gehäuse 42 für die elektromagnetische Wicklung 41. Die elektromagnetische Wicklung

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oder Spule 41 ist in einem Hohlraum 43 des Gehäuses untergebracht und dort durch ein geeignetes Klebmittel, beispielsweise ein Epoxidharz gehalten. Die Spule 41 kann aus Kupferdraht oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein und ist in geeigneter Weise an eine Gleichstromquelle und an eine nicht gezeichnete elektrische Steuerung angeschlossen. Das Gehäuse 42 ist bei 44 axial festgelegt und bezüglich der Eingangswelle 10 nicht drehbar montiert. Die Einstellung der Kupplungsbetätigungsvorrichtung und des ringförmigen Hohlraums im inneren Hauptteil 20 führt zu einer fortlaufenden Flußbahn bei Erregung der Spule. Die Flußbahn führt von der Spule zu der Polfläche des radial äußeren Teiles, zum Anker, zu der Polfläche des radial inneren Teiles und kehrt zu der elektromagnetischen Wicklung oder Spule zurück.

Das hauptsächliche Drehmoment übertragende Glied ist ein ringförmiger Kegelstumpfförmiger Reibring 50, dessen einer Endteil 51 koaxial bezüglich des inneren Haupteiles 20 montiert ist, während sein abgeänderter Endteil 52 in der Nähe des inneren Hauptteiles sitzt. Das Reibungsringglied kann sich axial bezüglich des inneren Hauptteiles durch eine Vielzahl axialer Rillen 53 längs des einen Endteiles 51 des Innendurchmessers des Reibungsringes bewegen. Die axialen Rillen 53 oder Nuten wirken mit den Nuten oder Rillen 36 auf dem inneren Hauptglied zusammen, so daß eine Axialbewegung des Reibungsringgliedes 50 bezüglich des inneren Hauptgliedes 20 entsteht. Der abgewendete Endteil 52 des Reibungsringgliedes 50 weist eine Außenoberfläche 54 mit kegelstumpfförmigem Querschnitt auf. Auf dieser kegelstumpfförmigen Außenoberfläche ist ein Reibungsmaterial 80 unter Verwendung eines geeigneten Klebmittels oder einer mechanischen Bindung montiert. Das Reibungsmaterial 80 kann in Reibungseingriff mit einer zugeordneten kegelstumpfförmigen Eingriffsfläche 306 des Ausgangsreibungsgliedes 305 des Ausgangsgliedes 300 kommen. Die zylindrische Innenoberfläche des abgewendeben Endteiles des Reibungsringes oder Kegels 50 ist vollständig bei 55 mit einem Gewinde versehen. Diese Oberfläche weist eine

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Vielzahl axialer Rillen 56 auf ihrem Innendurchmesser für später noch zu erläuternde Zwecke auf. Da das Reibungsringglied nicht in der Flußbahn der elektromagnetischen Kupplung liegt, kann es aus einer Vielzahl magnetisch nicht leitender Materialien hergestellt werden oder man kann Reibungsmaterial am Reibungsringglied durch mechanische oder Klebmittelbindung befestigen, beispielsweise wie bei der bevorzugten Ausführungsform. Das Reibungsmaterial bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein organisches Material. Somit sind Kupplungsdrehmoment, Kupplungslebensdauer und Betriebsgeräusch bis zu einem Ausmaß optimiert, das bisher bei Kupplungen oder ähnlichen Vorrichtungen nicht erreichbar schien.

Der abgewendete Endteil 52 des Reibungsringgliedes weist ferner eine Vielzahl von Hohlräumen 57 auf, die zur Aufnahme einer Vielzahl von Vorspanngliedern, beispielsweise Druckfedern 50 dienen. Die Vorspannglieder sind so dazwischen gesetzt, daß sie direkt und indirekt zwischen dem inneren Hauptteil 20 und dem Reibungsringglied 50 wirken. Die Vorspannglieder können auch so angeordnet sein, daß sie zwischen dem inneren Hauptglied 20 und dem Anker 60 wirken. Die bevorzugte Ausführungsform weist nach der Darstellung eine Vielzahl von Druckfedern 90 auf, die zwischen dem Reibungsringglied 50 und dem inneren Hauptteil 20 montiert sind. Die Vorspannglieder sind so montiert, daß sie auf das Reibungsringglied wirken und das Reibungsringglied 50 in Eingriff mit dem Ausgangsglied 200 bewegen, wenn die elektromagnetische Wicklung 41 stromlos gemacht wird. Die Vorspannglieder üben eine Kraft auf das Reibungsringglied im erregten Zustand in einer Richtung weg von den Polflächen 26, 37 aus, so daß bei stromlos gemachter elektromagnetischer Wicklung die Federkraft der Vorspannglieder das Reibungsringglied und den Anker sowie die Verzögerungsvorrichtung in axialer Richtung von den Polflächen abdrücken. Diese Bewegung führt dazu, daß die aufeinander abgestimmten in Eingriff zu bringenden Reibungsoberflächen ein Drehmoment auf das Ausgangsglied übertragen. Dies illustriert auch die Ausfallsicherheit des Erfindungsgegenstandes. Beim Stromloswerden der magnetischen

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Wicklung entweder durch einen Leistungsabfall oder durch Handsteuerung der elektrischen Leitung werden die Kupplungsflächen unter dem Einfluß der Vorspannkraft miteinander in Eingriff bewegt und bleiben in Eingriff, bis die elektrische Leistung wieder hergestellt wird oder bis die elektrische Leistung die elektromagnetische Wicklung wieder versorgen kann.

Ein Ringanker 60 ist zwischen dem Reibring 50 und dem inneren Teil 20 montiert. Der Anker 60 weist eine radial außenliegende Oberfläche auf, die über ihre ganze Länge bei 61 mit einem Gewinde versehen ist. Das Gewinde 61 wirkt mit dem Gewinde 55 auf dem Reibring zusammen und infolgedessen ist der Anker so montiert, daß er von der Gewindefläche 55 des Reibkegelgliedes aufgenommen wird der innerste Durchmesser 62 des Ankerringes 60 endet in einer Fläche an einem Ende, die eine Einstellfläche 63 aufweist, auf die das Ausgangsreibglied 305 wirkt, wenn der Anker elektromagnetisch erregt wird. Bei Enderregung werden das Reibringglied 50 und der Anker 60 in Richtung des Ausgangsgliedes 300 bewegt, um die Übertragung des Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangsvorrichtung zu beginnen. Eine zweite Fläche 64 ist mit einem gerieften Teil 65 für später noch näher zu beschreibende Zwecke versehen. Wie oben angegeben wirkt, wenn die elektromagnetische Kraft weggenommen wird, die von dem Vorspannglied 90 erzeugte Kraft in Axialrichtung zum Einrücken des Reibringes 50 mit dem Ausgangsglied 300. Diese gleiche Axialkraft löst den Anker von den Polflächen 37, 26 und läßt den Anker mit der Einstellfläche 307 des Ausgangsreibungsgliedes in Berührung kommen. Die Einstellung der elektromagnetischen Kupplung erfolgt durch Zusammenwirkung der Einstellfläche 307 des Ausgangsreibgliedes und der Ankereinstellflache 63. Wenn das Reibringglied und der Anker sich auf das Ausgangsreibglied bewegen, nimmt die Drehzahl des Ankers an der Ankereinstellfläche durch den statischen Zustand des Ausgangsgliedes ab. Der Reibring, der mit der Geschwindigkeit, der Eingangswelle über die inneren Nuten 36 weiter umläuft, bewegt sich axial nach vorne in Richtung auf das Ausgangsglied längs der miteinander in Eingriff bringbaren Gewinde 55, zwischen dem Reibring und dem Anker infolge einer kleinen Differenz in der Drehzahl zwischen Anker und Reibring_e Der Reibring fährt

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fort vorzurücken, bis die Reibeingrifflache 81 des antreibenden Reibrings und die Reibeingriffsfläche 307 des Ausgangsreibgliedes miteinander in Eingriff kommen. Gleichzeitig wird, wenn der Anker sich selbst längs des Reibringes schraubt, das Drehmoment vom Reibring auf das Ausgangsglied über die aufeinander abgestimmten Reiboberflächen der entsprechenden Glieder übertragen.

Der Anker kann sich selbst bezüglich des Reibringes in einer Richtung schrauben und wird an einer Drehung in der anderen Richtung durch die Verwendung eines Verzögerungsgliedes 70 gehindert. Das Verzögerungsglied 70 weist eine Vielzahl von Ansätzen 71 auf seinem äußeren Durchmesser entsprechend der Vielzahl von Rillen 56 auf der inneren Oberfläche des anderen Endteiles des Reibungsringes auf. Das Verzögerungsglied kann sich in Achsrichtung des Reibungskonus bewegen, jedoch nicht drehen. Zwischen dem Innen- und Außendurchmesser des ringförmigen Verzögerungsgliedes ist eine Vielzahl von federartigen Fingern 72 angeordnet, die so vorgespannt sind, daß eine Kraft in Richtung auf die Polflächen 26, 37 entsteht. Diese federartigen Finger kommen mit der Riefelung 65 auf der zweiten Fläche 64 des Ankers in Eingriff. Die Riefelung auf der zweiten Fläche des Ankers ist in solcher Weise hergestellt, daß der Anker sich selbst längs der miteinander in Eingriff bringbaren Gewinden auf seiner Außenoberfläche bewegt, wenn er bezüglich des Verzögerungsgliedes in einer Richtung gedreht wird, aber an einer Drehung in der anderen Richtung von der federartigen Vorspannkraft der Finger gehindert wird, die als eine Art Ratsche auf dem gerieften Teil der zweiten Fläche des Ankers wirken. Infolgedessen erlauben die federartigen Finger eine Drehung des Ankers bezüglich des Reibungskonus und des Verzögerungsgliedes in einer Richtung, jedoch nicht in einer entgegengesetzten Richtung. Der Gesamteffekt der Wirkung zwischen den federartigen Fingern 72 und der gerieften Oberfläche der zweiten Fläche des Ankers besteht darin, eine Bewegung des Ankers bezüglich der Reibringglieder mit Ausnahme beim Auftreten vom Verschleiß des Reibungsmaterials zu verhindern. Wenn auf dem Reibungsmaterial Verschleiß auftritt, schraubt sich der Anker selbst längs des Innendurchmessers des Reibungskegels. Die Wirkung der Verzögerungsfinger auf dem gerieften Teil der zweiten Fläche des Ankers stellt

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die Selbsteinstellung und Verschleißkompensation gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Verzögerungsfinger in jederRichtung vorgesehen werden können und den gleichen Verzögerungseffekt haben. Der bei der bevorzugten Ausführungsform wiedergegebene Anker ist außer Eingriff mit dem Reibungskegel, der voll in Richtung des Ausgangsreibungsgliedes vorgerückt ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Anker- und Verzögerungseinstellvorrichtungen es dem Anker erlauben sich vollständig in den Reibring zu schrauben und dabei das volle Ausmaß des Reibungsmaterials zu verwenden, das auf dem Reibungskegel montiert ist, ohne daß ein nachteiliger Effekt auf das Ausgangsdrehmoment der Reibvorrichtung auftritt oder ein nachteiliger Verschleiß an den Ankerpolflächen des inneren Teiles. Ein geeigneter ringförmiger Abstandshalter 95 kann zwischen dem Ausgangsglied und dem inneren Teil vorgesehen werden, um das Ausgangsreibungsglied bezüglich dieses inneren Teiles einzustellen.

Fig. 2 zeigt die Wechselbeziehung des Reibringes 50, des inneren Teiles 20 und der Eingangswelle. Die Vorspanneinrichtungen 90 sind radial gespreizt, so daß sie die miteinander in Eingriff bringbaren Gewinde nicht stören. Die auf der Eingangswelle wiedergegebenen Nuten zum inneren Befestigungsteil sowie der innere Teil zum Reibring sind nur zu Illustrationszwecken dargestellt und sollen keineswegs eine Beschränkung umfassen. Eine übliche gegenseitig in Eingriff bringbare Kupplung, die eine relative Axialbewegung ohne Drehbewegung erlaubt, kann verwendet werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben. Diese Ausführungsform zeigt die Verwendung einer Kegelfeder 99,die auf dem äußeren Teil des inneren Teils montiert ist, anstelle einer Druckfeder zwischen innerem Teil und Antriebsreibring. Die anderen nicht ausführlich diskutierten Bezugszeichen sind die gleichen wie diejenigen in Fig. 1.

Wird im Betrieb die Elektromagnetkupplung erregt, dann wird der Anker 60 in Eingriff mit den Polflächen 26, 37 des inneren Teiles 20 bewegt. Die auf den Anker ausgeübten Magnetischen Einrückkräfte sind vollständig axial und liefern damit einen engen Kontakt

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zwischen den Polflächen und dem Anker. Im erregten Zustand verbleibt der Antriebsreibring 50 axial im Abstand von der zugeordneten Oberfläche 306 des Ausgangsgliedes 300 und die Vorspannvorrichtung 90 wird durch das Reibringglied und den Anker betätigt und der Reibring bewegt sich in Achsrichtung zum inneren Teil. Der Anker und der Reibring stehen im erregten Zustand unter dem Einfluß einer Druckfederkraft, die in Richtung des Ausgangsgliedes wirkt. Im erregten Zustand bleiben der innere Teil, der Anker und der Reibring mit der Geschwindigkeit der Eingangswelle im Umlauf. Das Ausgangsglied kann bei Erregung der elektromagnetischen Wicklung zum Stillstand kommen.

Bei Verlust von Leistung im elektromagnetischem Kreis verursacht die Druckfederkraft zwischen dem inneren Teil und dem Reibring eine Axialbewegung des Reibringes 50 in Richtung des Ausgangsgliedes 300. Wenn sich der Reibring 50 und der Anker 60 in Richtung des Ausgangsgliedes bewegen, nimmt die Drehzahl des Ankers an der Ankereinstellfläche 63 durch den statischen Zustand des Ausgangsgliedes ab. Der Reibring, der fortfährt, mit der Geschwindigkeit der Eingangswelle über die inneren Nuten 36 umzulaufen, wird veranlaßt, sich axial nach vorne längs der in Eingriff stehenden Gewinde 55, 61 zwischen Reibring und Anker in Richtung auf das Ausgangsglied zu bewegen und zwar wegen des kleinen Unterschiedes in der Geschwindigkeit zwischen Anker und Reibring, wodurch die Reibungsfläche 81 des Antriebsreibringes im Eingriff mit der zugeordneten Oberfläche 306 des Ausgangsgliedes vorrückt. Wenn der Anker sich selbst längs des Reibringes schraubt, wird gleichzeitig fast das gesamte Drehmoment vom Reibring auf das Ausgangsglied über die miteinander in Eingriff stehenden Reibflächen 81, 306 der entsprechenden Glieder übertragen. Die Einstellung zwischen Anker und Reibring setzt sich fort, bis das maximale Drehmoment durch die miteinander in Eingriff stehenden Reibungsflächen übertragen wird. Diese anfängliche Einstellung erfolgt nur das erste Mal, wenn die Kupplungsoberfläche eingerückt ist. Von dieser Zeit an tritt keine zusätzliche Einstellung zwischen Anker und Reibring auf, bis ein Verschleiß an den miteinander in Eingriff stehenden Reibungsflächen vorhanden ist. Bei Verschleiß dieser Flächen wird sich der Anker wiederum beim Stromloswerden selbst bezüglich des Reibringes und der Anker-

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einstellfläche des Ausgangsgliedes einstellen, bis zu dem Zeitpunkt, wo das maximale Drehmoment durch die Kupplungsvorrichtung übertragen werden kann. Der Anker und der Reibring bleiben bezüglich des jeweils anderen Teiles in genau der gleichen Stellung wie in der vorherigen enderregten Stellung.

Wenn die elektromagnetische Wicklung wMer erregt wird, werden der Anker 60 und der Antriebsreibring 50 in Achsrichtung vom Ausgangsglied unter dem Einfluß der elektromagnetischen Kraft abgezogen, die durch die elektromagnetische Wicklung aufgebracht wird. Nachdem sie vom Ausgangsglied gelöst sind, laufen der Anker und der Reibkonus mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Eingangswelle. Eine Relativbewegung zwischen den beiden Elementen ist wegen der Konstruktion des Verzögerungsgliedes nicht möglich. Die Finger 72 des Verzögerungsgliedes wirken auf die geriefte Oberfläche 65 des Ankers derart, daß eine Relativbewegung zwischen Anker und Reibring bei Erregen der elektromagnetischen Wicklung verhindert wird. Der Anker und Reibring bleiben somit bezüglich einander in genau der gleichen Stellung wie in der vorherigen erregten Stellung. Wenn somit der Elektromagnet erneut erregt wird, bewegen sich Anker und Reibring in Richtung des AusgangsglMes bzw. der Reibflächen und die gleiche relative Grundstellung zwischen der Reiboberfläche am Ausgangsglied und der Reibmaterial;? oberfläche des Konusgliedes wird wieder hergestellt.

Das Verzögerungsglied erlaubt nur eine Drehung des Ankers in einer Richtung relativ zum Reibkonus. Die Einwegrelativbewegung zwischen Reibkonus und Anker kann nur auftreten nach der ursprünglichen Einstellung, wenn die Reibungsoberflächen verschleißen. Wenn Verschleiß auftritt, wird der gleiche Grundzyklus, der oben beschrieben worden ist, wiederholt und dauert an, bis das gesamte Reibungsmaterial verschlissen ist. Wenn Verschleiß auftritt, gibt es dabei - und darauf ist besonders hinzuweisen - keinen Verlust des Drehmoments zwischen Eingangs- und Ausgangsglied. Die Bewegung zwischen Anker und Antriebsreibring erfolgt unmittelbar und stellt automatisch die Lage des Reibrings zur Kompensation jeglichen Verschleißes ein, der an den Reiboberflächen auftritt.

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Während eine bevorzugte. Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann doch selbstverständlich, daß Änderungen im Rahmen des fachmännischen Wissens
vorgenommen werden können. So kann man beispielsweise die
Kupplungsvorrichtung auch als Bremsvorrichtung mit nur geringen oder keinen Änderungen in dem Grundkonzept der vorliegenden Erfindung verwenden.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetische Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten bestehend aus

einem Eingangsglied;

einem koaxial zum Eingangsglied angeordneten Ausgangsglied; Vorrichtungen zum Antreiben des Ausgangsgliedes, die ein Drehmoment vom Eingangsglied auf das Ausgangsglied übertragen, wobei diese Antriebsvorrichtungen bestehen aus: einem einstellbaren Reibungsr"ing;

einem inneren koaxial zum Reibungsring angeordneten Teil zur drehenden Bewegung mit dem Reibungsring; und Einrichtungen zum Vorspannen des einstellbaren Reibungsringes in Eingriff mit dem Ausgangsglied;

Einrichtungen zum elektromagnetischen Betätigen der Reibungsvorrichtung, wobei die Betätigungsvorrichtungen bezüglich des inneren Teiles so angeordnet sind, daß ein kreiförmiger Flußweg entsteht, und wobei die Betätigungsvorrichtungen umfassen: einen magnetischen Anker; und

Einrichtungen zum Einstellen des Ankers bezüglich des inneren Teiles; wobei bei erregten magnetischen Vorrichtungen ein kreisförmiger Flußweg zwischen Anker und innerem Teil gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Eingangsvorrichtungen aus einer angetriebenen Welle bestehen.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zum Vorspannen des Reibringes bestehen aus:

einer Druckfeder zwischen dem Reibring und dem inneren Teil; und

Einrichtungen zur Montage des Reibringes am Anker, die eine axiale und drehende Bewegung des Ringes bezüglich des Ankers ermöglichen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckfeder eine Kegelfeder ist.

5.. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsvorrichtung aus einem Kegelgewinde auf dem Innendurchmesser des Reibringes besteht.

6. Elektromagnetische Reibungsvorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten enthaltend:
eine Eingangswelle;

eine koaxial zur Eingangswelle angeordnete Ausgangseinrichtung, die sich frei auf der Eingangswelle dreht und das Drehmoment überträgt;

einen koaxial zur Eingangswelle zur Drehung damit angeordneten inneren Teil mit einem Innendurchmesser, der die Montage auf der Eingangswelle ermöglicht, einem Außendurchmesser mit Einrichtungen zur Übertragung des Drehmoments und einer Vielzahl von Polflächen zwischen Innen- und Außendurchmesser; einen Reibring in koaxialer Anordnung zum inneren Teil mit einem Endteil und einem abgewendeten Endteil, wobei der eine Endteil Einrichtungen zum Eingriff mit dem inneren Teil aufweist und die Eingriffseinrichtungen mit den Übertragungseinrichtungen des Außendurchmessers des inneren Teils zusammenwirken, während der abgewendete Endteil mit Einrichtungen zum Reibungseingriff mit dem Ausgangsglied versehen ist; Kupplungstretätigungsvorrichtungen in der Nähe des Ausgangsgliedes, wobei das Ausgangsglied enthält: eine elektromagnetische Wicklung;

einen koaxial bezüglich der Eingangswelle gegenüber den Polflächen des inneren Teils angeordneten Anker; der in Achsrichtung auf die Polflächen des inneren Teiles zu und von ihnen weg bei Betätigung der Kupplungsbetätigungseinrichtungen beweglich ist und ferner eine äußere wendelförmig mit Gewinde versehene Oberfläche und einen gezahnten Flächenteil senkrecht zu dieser Gewindeflache;

Einrichtungen zum Vorspannen des Reibringes in Eingriff mit den Ausgangsgliedern, die die elektromagnetische Reibungsvorrichtung in eingerückter Stellung halten, «nn die elektro-

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magnetische Wicklung enderregt ist; und ein ringförmiges Verzögerungsglied in koaxialer Anordnung mit dem Anker mit einer zweiten Fläche zur Vorspannung des Ankers, die eine Drehbewegung des Ankers in einer Richtung erlaubt und eine Drehbewegung des Ankers in der anderen Richtung verhindert, wobei die Kupplungsbetätigungsvorrichtungen im erregten Zustand eine kreisförmige Flußbahn erzeugen, die durch die Polflächen und den Anker verläuft und den Anker in Eingriff mit den Polflächen bringt, der durch ein Gewinde im Eingriff mit dem Reibring derart steht, daß beim Einrücken des Ankers mit den Polflächen des inneren Teiles der Anker sich auf dem wendeiförmigen Gewinde in Richtung zum inneren Teil drehbar bewegt, um den Verschleiß an den Reibungskupplungsflächen auszugleichen, wobei die Verzögerungsvorrichtung die zwischen Anker und innerem Glied hergestellte Relativstellung aufrechterhält, wenn das Kupplungsbetätigungsglied enderregt ist und die Vorspannungsvorrichtung die Ausgangsglieder ausrückt.

In Kombination mit einer elektromagnetischen Kupplung, bei der das Drehmoment von einem Eingangsglied auf ein Ausgangsglied beim Stromloswerden einer Elektromagnetspule übertragen wird und bei der ein Anker koaxial zur Kupplungsachse in der Nähe der Magnetpolflächen auf dem Eingangsglied angeordnet ist, wobei der Anker eine äußere konische Gewindefläche aufweist, die Verbesserung bestehend aus einem ringförmigen Reibungsringglied mit einem Endteil und einem anderen Endteil, von denen der eine Endteil ein Drehmoment übertragendes Glied zur Übertragung einer Drehbewegung auf das ringförmige Reibungsringglied aufweist, während der andere Endteil eine innere Konusgewindefläche zum Eingriff mit der Gewindefläche des Ankers und eine Vielzahl im Winkelabstand angeordneter axialer Rillen zur Schaffung einer Axialbewegung des Reibungsringgliedes bezüglich des Ankers aufweist; Einrichtungen zum Vorspannen des Reibungsringgliedes in einer Richtung von der Polfläche des Eingangsgliedes weg, wobei diese Einrichtungen das ringförmige Reibungsringglied mit dem Aus-

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gangsglied beim Stromloswerden der Elektromagnetspule einrücken; und

einem ringförmigen Verzögerungsglied in koaxialer Anordnung mit dem Anker, das Einrichtungen zum Vorspannen des Ankers aufweist, wobei die Vorspanneinrichtungen eine Drehbewegung des Ankers in einer Richtung erlauben und eine Drehbewegung des Ankers unter einem vorbestimmten Spiegel in der anderen entgegengesetzten Richtung verhindern; und wobei beim Stromloswerden der elektromagnetischen Spule das Reibungsringglied mit dem Ausgangsglied in Eingriff kommt und die Relativstellung zwischen Anker und Reibungsringglied durch das Verzögerungsglied aufrechterhalten wird, bis die elektromagnetische Spule wieder erregt wird.

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