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Regelbares, elektromagnetisches Kupplungs- und/oder
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Bremssystem und Verfahren zu seiner Einstellung
Die
Erfindung betrifft ein regelbares, elektromagnetisches Kupplungs- und/oder Bremssystem
mit wenigstens einem über eine das Drehmoment übertragende Feder mit einer Welle
kuppelbaren Ringanker, der entgegen der Kraft dieser Feder in axialer Richtung der
Welle gegen den zugeordneten Elektromagneten bewegbar ist, sowie ein Verfahren zur
Einstellung dieses Systems.
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Bei derartigen Systemen bereitet die Regelung der Drehzahl der Welle
oder des auf sie oder von ihr über das System übertragenen Drehmomentes erhebliche
Schwierigkeiten, wenn der Ansprechstrom des Magnetsystems, also der Strom, der erforderlich
ist, um den Ringanker aus seiner Ruhelage heraus zu bewegen und in Anlage an den
zugeordneten Magneten zu bringen, nicht kleiner ist als der kleinste Betriebsstrom,
also derjenige Strom, der notwendig ist, um das erforderliche Antriebsmoment oder
Bremsmoment über das System zu übertragen.
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Dient, wie dias bei einem bekannten,aus Kupplung und Bremse bestehenden
System der Fall ist, die Rückstellfeder des Ringankers auch dazu, das Drehmoment
vom Ringanker auf die Welle und umgekehrt zu übertragen, dann steht der Forderung,
zur Erzielung eines geringen Ansprechstromes die Feder. mit einer möglichst flachen
Kennlinie auszuführen, die Forderung entgegen, der Feder die erforderliche Steifigkeit
zur Übertragung des Drehmomentes zu geben. Die bei dem bekannten System vorgesehene
Sternfeder, deren zentraler Bereich mit einer Nabe und deren rad-ial nach außen
abstehende Arme mit dem Ringanker verbunden sind, muß daher so dimensioniert werden,
daß die Arme auch Ohne unzulässige Verformung das maximale Drehmoment übertragen
können. Erschwerend kommt hierbei hinzu, daß der Wirkungsradius der einerseits an
der Nabe und andererseits am Ringanker angreifenden Kräfte sehr unterschiedlich
ist. Es ist deshalb zumindest sehr schwierig,.diese Feder so zu dimensionieren,
daß sie sowohl das maximale Drehmoment zu übertragen vermag als auch einen Ansprechstrom
erreichen läßt, der kleiner ist als der kleinste Betriebsstrom.
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Zwar ist es bei Kupplungs-Bremssystemen auch bekannt, auf eine Rückstellfeder
für den Ringanker zu verzichten und den Ringanker in einer Verzahnung der Welle
oder einer Nabe zu führen.
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Die fehlende Rückstellkraft und Hemmungen, die beim axialen Verschieben
des Ringankers in der Verzahlung auftreten.können, können jedoch zu erheblichen
Störungen des Regelbetriebes führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem die Rückstellfeder des Ringankers zuverlässig
das maximale Moment zu übertragen vermag, dennoch aber eine so flache Kennlinie
hat, daß auch die Forderung erfüllt wird, daß der Ansprechstrom kleiner ist als
der kleinste Betriebsstrom des Systems. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Feder als Ringfeder ausgebildet und in Richtung ihres Umfangs abwechselnd
mit dem Ringanker und einem mit der Welle kuppelbaren Mitnehmer verbunden ist.
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Bei einer derartigen Ringfeder haben die Angriffspunkte des Antriebsmomentes
Antriebsmoiaentesund des Lastmomentes den gleichen Daher sind die zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Verbindungsstellen liegenden Ringsegmente im wesentlichen nur
auf Zug beansprucht. Außerdem haben die Umfangskräfte infolge des großen Kraftarmes
ein Minimum. Die Ringfeder kann deshalb mit einer so flachen Kennlinie ausgestattet
werden, daß heißt aus einem so dünnen Material hergestellt werden, daß ohne Schwierigkeiten
die Forderung hinsichtlich des Ansprechstromes erfüllt werden kann. Da der Ringanker
nur von der Ringfeder geführt ist, vermag ihn diese trotz ihrer flachen Kennlinie
zuverlässig vom zugeordneten Magnetenabzuheben, wenn dieser entregt wird. Störungen
während des Regelbetriebes sind deshalb ausgeschlossen.
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Als vorteilhaft haben sich je vier Verbindungsstellen zwischen dem
Ringanker und der Ringfeder sowie dieser und dem Mitnehmer erwiesen.
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Ein minimaler Ansprechstrom erfordert eine genaue Einstellung des
maximalen Luftspaltes zwischen dem Ringanker und der zugeordneten Anlagefläche des
Magnetsystems. Um die Einstellung dieses Luftspaltes genau und einfach vornehmen
zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform zumindest der die Anlagefläche
für den Ringanker oder eines an diesem vorgesehenen Reibbelages bildende Teil des
Elektromagneten in axialer Richtung mittels einer mit einem Längsgewinde zusammenwirkenden
Verstellmutter verstellbar, die um Winkel bestimmter Größe drehbar ist. Falls die
räumlichen Verhältnisse es zulassen, kann natürlich anstelle einer Verstellmutter
auch eine Verstellschraube verwendet werden.
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Besonders einfach ist die Verkleinerung oder Vergrößerung des Luftspaltes
um ein bestimmtes Maß dann, wenn der Verstellmutter eine Winkelschritte gleicher
Größe zulassende Rastvorrichtung zugeordnet ist. In der Regel läßt sich jedoch eine
ausreichende Verstellgenauigkeit auch dann erreichen, wenn die Verstellmutter in
Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnete, durch ein Gehäusefenster
hindurch erreichbare Anschlagflächen für ein Werkzeug aufweist. Mit Hilfe dieses
Werkzeuges kann dann die Verstellmutter ebenfalls um Winkelschritte gleicher Größe
gedreht werden.
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Bei einer bevorzugten, sowohl ein Kupplungs- als auch ein Bremssystem
in baulicher Vereinigung mit einem Elektromotor aufweisenden Ausführungsform greift
die der Kupplung zugeordnete Verstellmutter an der axial verstellbaren Motorwelle
über deren Lager in demjenigen Lagerschild an, das auf der der Kupplung abgekehrten
Seite des Antriebsmotors angeordnet ist, wobei sie in ein Gewinde dieses Lagerschildes
eingreift und fest mit einer ein auf der Motorwelle sitzendes Lüfterrad überdeckenden
Haube verbunden ist, die in Umfangsrichtung relativ zum Lagerschild um Winkelschritte
gleicher Größe drehbar und mittels einer Rastvorrichtung in den diesen Schritten
entsprechenden Stellungen feststellbar ist. Die der Bremse zugeordnete
Verstellmutter,
die in ein Außengewinde des Spulengehäuses des Magnetsystems der Bremse eingreift,
die Anlagefläche für den Ringanker bildet und in Umfangsrichtung in gleichen Abständen
voneinander durch ein Gehäusefenster hindurch erreichbare Nocken aufweist, ist hierbei
mittels einer Schraube in der gewählten Winkelstellung feststellbar.
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Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur
Einstellung des maximalen Luftspaltes zwischen dem Ringanker und der diesem zugeordneten
Anlagefläche beim erfindungsgemäßen System zu schaffen, das einfach auszuführen
ist,dennoch aber eine genaue Einstellung ermöglicht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der verstellbare Teil des Magneten mittels eines Verstellgewindes
bis zur Berührung des Ringankers gegen diesen hin verschoben und dann das Verstellgewinde
um einen dem einzustellenden Luftspalt entsprechenden Drehwinkel in entgegengesetzter
Richtung gedreht wird. Die Stellung, in der der verstellbare Teil des Magnetes den
Ringanker berührt, läßt sich dadurch unschwer und mit ausreichender Genauigkeit
ermitteln, daß man während der Verstellung den Ringanker von Hand dreht. Sobald
er berührt wird, läßt sich dies deutlich an dem für die Drehung aufzubringenden
Drehmoment feststellen. Von besonderem Vorteil ist bei diesem Verfahren, daß keine
Spaltlehre erforderlich ist.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt des das Kupplungs- und Bremssystem
enthaltenden Teils einer Antriebsvorrichtung;
Fig. 2 eine teilweise
aufgebrochen und im Längsschnitt dargestellte Ansicht des dem Kupplungs- und Bremssystem
abgekehrten Endes der Antriebsvorrichtung.
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Eine Antriebsvorrichtung mit regelbarer Drehzahl oder regelbarem Antriebs-
und regelbarem Bremsmoment, wie sie beispielsweise zum Antrieb von Industrienähmaschinen
verwendet wird, besteht aus einem Asynchronmotor einer regelbaren elektromagnetischen
Kupplung und einer regelbaren elektromagnetischen Bremse. Die beiden letzteren sind
in einem gemeinsamen Gehäuse 12 angeordnet, das sich an das eine Ende des Motorgehäuses
14 anschließt.
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Das in das Gehäuse 12 ragende Ende der Motorwelle 16 trägt ein Schwungrad
18, mit der unter Bildung einer nach außen offenen Ringnut eine ringförmige Kupplungsscheibe
20 fest verbunden ist, welche einen magnetisch aktiven Teil der Kupplung bildet.
In der Ringnut liegt in einem fest mit dem Gehäuse 12 verbundenen Spulengehäuse
22 die ringförmige Magnetspule 24 der Kupplung. Der äußere, über die Kupplungsscheibe
20 in axialer Richtung vorstehende Rand des Spulengehäuses 22 und die Kupplungsscheibe
20 bilden die beiden Polschuhe des Magnetsystems, über die der magnetische Fluß
zu einem als Ringscheibe ausgebildeten Ringanker 26 fließt, welcher auf der der
Kupplungsscheibe 20 zugekehrten Seite einen Reibbelag 28 trägt, welcher bei geschlossener
Kupplung an der Kupplungsscheibe 20 anliegt.
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Der Ringanker 26 ist über eine ringscheibenförmige Ringfeder 30, deren
mittlerer Durchmesser etwa gleich dem mittleren Durchmesser des Ringankers ist,
mit einer ersten Mitnehmerscheibe
32 verbunden, welche auf einer
axial unverschiebbar im Gehäuse 12 gelagerten Abtriebswelle 34 sitzt, deren aus
dem Gehäuse 12 herausragendes Ende eine Keilriemenscheibe 36 trägt. Die Ringfeder
30, welche sowohl der Führung des Ringankers 26 als auch der übertragung des Drehmomentes
von diesem auf die erste Mitnehmerscheibe 32 dient, hat eine sehr geringe Stärke
von im Ausführungsbeispiel 0,3 mm, um eine sehr flache Kennlinie in dem Verschiebebereich
des Ringankers zu erzielen, der etwa 0,5 mm bis 1 mm beträgt.
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Die Ringfeder 30 ist in Umfangsrichtung im Wechsel mit der Mitnehmerscheibe
32 und dem Ringanker 26 verbunden, wobei zwei aufeinanderfolgende Befestigungsstellen
um 45° gegeneinander versetzt sind. Die Befestigungsstellen sowohl der Mitnehmerscheibe
als auch des Ringankers sind daher um 900 gegeneinander versetzt. Die auf der Abtriebswelle
34 in axialer Richtung verschiebbare Nabe der ersten Mitnehmerscheibe 32 wird mittels
einer Feststellschraube 38 in der eingestellten Lage fixiert.
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Neben der ersten Mitnehmerscheibe 32 sitzt auf der Abtriebswelle 34
drehfest und gegen eine axiale Verschiebung durch eine Feststellschraube gesichert
eine gleich ausgebildete, zweite Mitnehmrerscheibe 40, mit der auf der der ersten
Mitnehmerscheibe abgekehrten Seite über eine Ringfeder 42 ein Ringanker 44 gekuppelt
ist. Die Ringfeder 42 ist wie die Ringfeder 30 dimensioniert und in gleicher Weise
wie diese mit dem Ringanker sowie mit der Mitnehmerscheibe zur Drehmomentübertragung
und Führung des Ringankers verbunden.
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Auf der der zweiten Mitnehmerscheibe 40 abgekehrten Seite des Ringankers
44 ist im Gehäuse 12 fest und konzentrisch zur Abtriebswelle 34 ein nur zum Ringanker
44 hin offenes Spulengehäuse 46 angeordnet, in dem die Magnetspule 48 der Bremse
liegt. Die äußere und die innere zylindrische Wand des Spulengehäuses 46 bilden
die beiden Polschuhe, über welche der magnetische Fluß zum Ringanker 44 fließt.
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Das Spulengehäuse 46 ist auf seiner Außenseite mit einem Gewinde versehen,
in das eine das Spulengehäuse 46 umfassende Verstellmutter 50 eingreift, die auf
ihrer dem Ringanker 44 zugekehrten Stirnfläche einen Reibbelag 52 trägt, an welchem
der Ringanker 44 anliegt, wenn die Bremse wirksam ist. Eine Feststellschraube 54,
welche das Gehäuse 12 durchdringt und an die Verstellmutter 50 andrückbar ist, sichert
diese gegen eine Drehung. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Verstellmutter 50 auf der dem
Ringanker 44 abgekehrten Seite mit rippenförmigen Nocken 56 versehen, welche in
Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet und mit einem Werkzeug
durch ein Fenster 58 in der Stirnseite des Gehäuses 12 hindurch erreichbar sind.
Nach dem Lösen der Feststellschraube 54 ist es hierdurch möglich, mittels eines
Schraubenziehers od.dgl.
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die Verstellmutter 50 um eine wählbare Anzahl von Winkelschritten
zu drehen, von denen jeder gleich dem Abstand von zwei aufeinanderfolgenden Nocken
56 ist. Daher läßt sich in einfacher Weise ohne eine Spaltlehre der maximale Luftspalt
zwischen dem Ringanker 44 und dem Reibbelag 52 einstellen. Hierzu wird nach dem
Lösen der Feststellschraube 54 die Verstellmuttet 50 bis zur drucklosen Anlage des
Reibbelages 52 am Ringanker 44 verstellt. Die Berührung zwischen Reibbelag und Ringanker
wird hierbei dadurch festgestellt, daß man von Hand die Abtriebswelle 34 antreibt
und die Verstellmutter 50 so weit dreht, bis das für den Antrieb der Abtriebswelle
erforderliche Drehmoment größer wird. Dann wird die Verstellmutter 50 um die dem
gewünschten maximalen Luftspalt entsprechende Anzahl von Winkelschritten mit Hilfe
der Nocken 56 in der entgegengesetzten Richtung gedreht und dann in dieser Position
mittels der Feststellschraube 54 arretiert.
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Um in entsprechender Weise den maximalen Luftspalt zwischen dem Reibbelag
28 und der Kupplungsscheibe 20 einstellen zu können, ist die Motorwelle 16 axial
verschiebbar im Motorgehäuse 14 gelagert. Wie Fig. 2 zeigt, ist die zentrale Bohrung
desjenigen
Lagerschildes 60, das auf der dem Gehäuse 12 abgekehrten Seite des Motorgehäuses
14 liegt, mit einem Innengewinde versehen, in das das Gewinde des nabenförmigen
Teils einer Verstellmutter 62 eingreift, Dieser nabenförmige Teil drückt über einen
Zwischenring auf das die Motorwelle in diesem Lagerschild lagernde Wälzlager und
über dieses die Motorwelle selbst und deren sie im anderen Lagerschild lagernde
Wälzlager dieses gegen ein vorgespanntes Tellerfederpaket 64.
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Da die Kupplungsscheibe 20 zusammen mit dem Schwungrad 18 axial unverschiebbar
auf der Motorwelle 16 sitzen, läßt sich durch Drehen der Verstellmutter 62 der Luftspalt
zwischen der Kupplungsscheibe 20 und dem Reibbelag 28 verändern.
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Wie Fig.2 zeigt, weist die Verstellmutter 62 einen sternförmigen Teil
auf, der im Bereich zwischen dem benachbarten Lagerschild und einem auf dem freien
Ende der Motorwelle 14 sitzenden Lüfterrad 66 an der Innenseite der das Lüfterrad
abdeckenden Lüfterhaube 68 befestigt ist. Die relativ zum Lagerschild um die Motorwelle
16 drehbare Lüfterhaube 68 ist in vorgegebenen Winkelstellungen mittels einer Federzunge
70 arretierbar, die am Lagerschild befestigt ist, nach außen über die Lüfterhaube
68 übersteht und in Nuten 72 der Lüfterhaube einrastbar ist, welche in gleichmäßigen
Abständen in dem an das Lagerschild anschließenden Rand vorgesehen sind.
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Um die Lüfterhaube 68 und zusammen mit dieser die Verstellmutter 62
zu drehen, braucht nur die Federzunge 70 in eine Nut des Lagerschildes eingeführt
zu werden. Sie gibt dann die Lüfterhaube 68 für eine Drehung um eine wählbare Anzahl
von Winkelschritten frei. Zur Einstellung des Luftspaltes zwischen dem Reibbelag
28 und der Kupplungsscheibe 20 kann deshalb die Lüfterhaube 68 soweit in.der einen
Richtung gedreht werden, bis man beim Antrieb der Abtriebswelle 34 von Hand eine
Erhöhung des Drehmomentes feststellt. Sodann wir die Lüfterhaube 68 um die dem gewünschten
Luftspalt entsprechende Anzahl von Winkelschritten in der entgegengesetzten Richtung
gedreht und dann wieder mit Hilfe der Federzunge 70 arretiert.
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