DE2722366A1

DE2722366A1 - Elektromagnetische kupplungs- und bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE2722366A1
Application number: DE19772722366
Authority: DE
Inventors: Donald Leroy Miller
Original assignee: Purolator Products Co LLC
Current assignee: Purolator Products Co LLC
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: JPS5536851B2; FR2352212A1; CA1099773A; JPS52140759A; US4079821A; GB1577024A

Description

Elektromagnetische Kupplungs- und Bremsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Friktionskupplungen und -bremsen, bei denen eine elektromagnetische Kupplung mit einer einzigen Fläche einen ringförmigen Anker hat, der koaxial zu einer Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet ist, die zwischen der Eingangs- und Ausgangseinrichtung angeordnet ist. Der Anker ist axial zur Kupplung bzw. Bremse relativ verstellbar und der Eingriff der Drehmomentübertragungseinrichtung wird bei Erregung des Elektromagneten eingeleitet, um den Anker anzuziehen.

Die bekannten elektromagnetischen Kupplungen oder Bremsen haben im allgemeinen eine Eingangseinrichtung, die koaxial zu einer Ausgangseinrichtung angeordnet ist. Zwischen der Eingangs- und der Ausgangseinrichtunq ist eine Reibungseinrichtung mit Reibungsflächen zur übertragung des Drehmoments von der Eingangseinrichtung

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auf die Ausgangseinrichtung angeordnet. Diese Drehmomentübartragungsanordnung wird im allgemeinen durch mehrere ringförmige Scheiben mit einem Reibungsmaterial am Außenumfang der Platten erhalten. Diese Platten sind axial verstellbar, um die Plattenteile mit dem Reibuncismaterial miteinander in Eingriff zu bringen und dadurch ein Drehmoment von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung bei einer Kupplung zu übertragen bzw. bei einer Bremse das Drehmoment aufzunehmen. Die axiale Bewegung der Reibungsscheiben wird direkt oder indirekt durch mehrere Kugelelemente erreicht, die in einer Vertiefung der Reibungsplatten angeordnet sind. Eine relative Drehbewegung zwischen den Druckplatten bewirkt, daß die Kugelelemente einer Bahn längs dieser Vertiefung folgen, so daß die Druckplatten sich in axialer Richtung bewegen und dadurch die Reibungsflächen am Außenumfang der Platten miteinander in Berührung kommen und eine Kupplungs- oder Bremswirkung hervorrufen. Bei allen bekannten Ausführungsformen werden die Kugelelemente verwendet, um eine axiale Bewegung der Reibungsplatten zu erhalten, die bewirkt, daß die Reibungsflächen miteinander in Berührung kommen, durch die ein Drehmoment von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung übertragen wird. Derartige Vorrichtungen sind aus den US-PS 2 866 528, 2 801 719 und 2 161 bekannt. Diese Vorrichtungen sind Beispiele, bei denen Kugelelemente in einer vorbestimmten Vertiefung in erster Linie zum Erhalt einer axialen Verschiebung einer Anordnung ringförmiger Platten verwendet sind, um eine Kupplungs- oder Bremswirkung durch Verbindung gegenüberliegender Reibungsflächen zu erhalten. Die Kugelelemente tragen jedoch nicht wesentlich zur übertraguncr des Drehmoments von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung bei. Der Hauptgrund dafür, daß die Kugelelemente nicht verwendet werden, um ein Drehmoment in Kupplungen oder Bremsen zu übertragen, liegt darin, daß es bekannt ist, daß ein Kugelelement, das zwischen zwei schrägen Ebenen

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läuft, sich leicht festfressen kann und dadurch das Ausrücken der Drehmomentübertragungseinrichtunq verhindert wird. Wegen dieses Problems ist es bekannt, eine zusätzliche Reibungsanordnung zu verwenden, nämlich die gegenüberliegenden Reibungsflächen der ringförmigen Platten, um das Drehmoment zu übertragen oder aufzunehmen. Es wurde versucht, dieses Problem dadurch zu vermeiden, daß die Vertiefungen derart konstruiert wurden, daß die Kugelelemente gezwungen sind, sich in einer einzigen bestimmten Drehrichtung zu bewegen,-um dadurch das Problem des Festfressens zu vermeiden. Dies ist in den Fig. 2 und 3 der US-PS 2 866 528 gezeigt. In anderen Fällen wie bei der US-PS 2 801 719 wird eine Führungsplatte verwendet, um die Kugelelemente in kreisförmigen öffnungen zu führen und zu vermeiden, daß die Kugelelemente eine Lage an den Schrägflächen der Vertiefungen einnehmen, die ein Festfressen der Brems- oder Kuppluncrsanordnung hervorrufen und dadurch ein Ausrücken der Reibungsflächen verhindern würde. Andere Vorrichtungen wie die der US-PS 2 161 359 haben Druckfedern, um sicherzustellen, daß sich die Kugelelemente, nachdem sie die axiale Verschiebung der Reibungsplatten bewirkt haben, nicht festfressen und in ihre Ausgangsstellung zurückkehren. Diese Anordnung beeinträchtigt jedoch die Drehmomentausgangsleistung der Kupplung oder Bremse, da die durch die Druckfedern erzeugte Kraft überwunden werden muß, bevor die Reibungsflächen in Eingriff kommen können. Diese Kraft wirkt auch der Kupplungskraft entgegen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Kupplungs- oder Bremsvorrichtung mit einer einzigen Fläche zur übertragung eines Drehmoments von einer Eingangs- auf eine Ausgangseinrichtung, die mehrere Kugelelemente verwendet, die in gegenüberliegenden konischen Ausnehmungen als der einzigen Einrichtung zur übertragung

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des maximalen Drehmoments angeordnet sind. Die Betätigungseinrichtung hat eine elektromagnetische Wicklung, einen koaxial zu der Eingangseinrichtung angeordneten Anker, der auf die elektromagnetische Einrichtung anspricht, wenn sie erregt wird, und der außerdem bezüglich der Eingangs- und Ausgangseinrichtung axial verschiebbar ist. Die Kupplungs- oder Bremsvorrichtung hat mehrere Kugelelemente, die zwischen dem Anker und der Ausgannseinrichtung als einzige Drehmomentübertragungselemente angeordnet sind. Die Kugelelemente sind in gegenüberliegenden konischen Ausnehmungen in dem Anker und dem Ausgangselement der Ausgangseinrichtung angeordnet. Das Drehmoment wird in maximaler Größe von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung direkt über die Kugelelemente ohne eine zusätzliche Fläche übertragen. Dabei wird das Problem vermieden, daß die Kugelelemente festfressen und nicht mehr in ihre Ausgangsstellung zurückkehren. Auch die Einschränkung der Bewegung der Kugelelemente in einer bestimmten Richtung ist nicht mehr notwendig.

Die Erfindung löst somit die Aufgabe, eine elektromagnetische Kupplungs- oder Bremsvorrichtung mit einer einzigen Fläche zu schaffen, die stabilere und verbesserte dynamische Drehmomenteigenschaften hat, was durch die Verwendung von Kugelelementen zur Übertragung des Drehmoments von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung erreicht wird. Die Drehmomentausgangsleistung wird durch Abnutzung an den Drehmomentübertragungsflächen über lange Zeitperioden nicht beeinträchtigt. Eine starke Magnetkraft wird unabhängig von der Abnutzung der Hauptdrehmomentübertragungsteile sichergestellt. Die elektromagnetische Kraft wird durch eine Abnutzung an den Drehmomentübertragungsteilen nicht beeinträchtigt. Die Magnetpole liegen gleichmäßig an dem Anker an, so daß sich eine sehr gute Drehmoment-Geschwindigkeit-Zeitbeziehung ergibt, die beim Stand der Technik nicht erreichbar ist.

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Die Torsionskräfte werden zu jeden Zeitpunkt senkrecht zu den Flächen gehalten, die die Torsionskräfte von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung übertragen. Die einzige Einrichtung zur Drehmomen tuber tr aguncr von der Eingangs- auf die Ausgangseinrichtung besteht aus Kugelelementen, die in gegenüberliegenden konischen Ausnehmungen gehalten sind, die sich jedoch auf ihr eigenes UbertragungsZentrum frei einstellen können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform Erfindung, an dem die Kupplungselemente im ausgerückten Zustand hervorgehen, und

Figur 2 einen Teilquerschnitt der Drehmomentübertragungs-Kugelelemente.

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Fig. 1 zeigt eine elektromagnetische Reibungsvorrichtuncr zur übertragung eines Drehmoments von einer Einaanqseinrichtung 10 auf eine Ausgangseinrichtung 15, wodurch die Ausgangseinrichtung und jedes damit verbundene Element wie z.B. ein Industriekühlgebläse. Die Ausqangseinrichtung könnte mit einer Hilfswelle oder einer anderen Einrichtung gekuppelt sein, die die Drehenergie nutzen würde, die der Ausgangseinrichtung durch die Eingangswelle 20 über einen Drehmomentwandler übertragen wird. Die Vorrichtung kann auch als Bremse verwendet v/erden. Dies würde erfordern, daß die Eingangswelle 20 festliegt und die Ausgangseinrichtung an einem Drehelement befestiqt ist. Bei Erregung des Elektromagneten würde der Drehmomentwandler die Ausgangseinrichtung vollständig stoppen.

Die elektromagnetische Vorrichtung besteht aus der Drehantriebsmotor-Eingangseinrichtung 10 mit der Einqanqswelle 20 mit drei konzentrischen Ringelementen 25, 30, 35, die einen ganzstückigen Drehkörper bilden. Um zwei gesonderte Magnetfluß-Leitflächen zu bilden, ist das radial innere Ringelement 2 5 der Eingangseinrichtung 10 von dem radial äußeren Ringelement 35 der Eingangseinrichtung durch das nicht leitende Ringelement 30 getrennt. Diese besondere Eigenschaft elektromagnetischer Kupplungen, die darin besteht, zwei Pole zu bilden, ist bekannt. Das nicht leitende Ringelement 30 kann aus verschiedenen unmagnetischen Materialien wie rostfreiem Stahl, Messing usw. hergestellt sein. Das innere Ringelement 25 der Eingangseinrichtuna ist vorzugsweise einstückig mit der Eingangswelle 20 gebildet, obwohl das innere Ringelement ein gesondertes Teil sein könnte, das durch geeignete Mittel auf dieser Welle befestigt ist. Durch einstückige Ausbildung des inneren Ringelements 25 mit der Eingangswelle 30 werden alle Fluchtungsprobleme der Eingangseinrichtung bezüglich des Ankers und der Ausgangseinrichtung auf ein Minimum gebracht. Das innere Ringelement 25 hat eine Magnetpolfläche 26, die zu der Achse der Eingangswelle senkrecht und zu der ent-

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gegengesetzten bzw. hinteren ringförmigen Ankerfläche parallel verläuft. Das äußere Ringelement 35 der Eingangseinrichtung hat ebenfalls eine Magnetpolfläche 36, die senkrecht zu der Kupplungsachse und parallel zu der entgegengesetzten bzw. hinteren Ringankerfläche verläuft.

Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 40 besteht aus einer elektromagnetischen Wicklung 41 und einem den Magnetfluß leitenden Gehäuse 42 für die elektromagnetische Wicklung. Die elektromagnetische Wicklung 41 ist in einem Hohlraum 43 des Gehäuses angeordnet und wird darin durch einen geeigneten Klebstoff wie Epoxiharz gehalten. Die Wickluna kann aus Kupferdraht oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein und ist mit einer Gleichspannungsquelle und einer elektrischen Steuereinrichtung (nicht gezeigt) verbunden. Das Gehäuse 42 ist bezüglich des inneren Ringelements 25, des äußeren Ringelements 35 und der Eingangswelle 20 axial fest und drehfest. Ein reibungsfreies Lager 50 ist zwischen dem festen Gehäuse 42 der elektromagnetischen Wicklung und der Eingangswelle 20 angeordnet, um eine Drehbewegung der Welle bezüglich des Gehäuses zu ermöglichen, und außerdem ist ein elektromagnetisch leitender Gleitkontakt 45 zwischen dem äußeren Ringelement 35 und dem elektromagnetischen Gehäuse 42 vorgesehen.

Die bevorzugte Ausführungsform in Fig. 1 hat für das innere Ringelement 25 und die Eingangswelle 20 eine ganzstückige Konstruktion. Dies erleichtert die Befestigung des elektromagnetischen Gehäuses. Das Lager 50, das das Gehäuse 42 hält, liegt an dem inneren Ringelement 25 am einen Ende an und das entgegengesetzte Ende des Lagers 50 wird durch ein Halteelement 55 gehalten, das in einer Nut 21 in der Eingangswelle 20 liegt. Das Halteelement 55 hält das Gehäuse 42 und das Lager 50 in axial fester Lage bezüglich des inneren Ringelements 25 und des äußeren Ringelements 35.

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Die Ausgangseinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Anker 60, einem elastischen Element 70, einem Ausgangselement 75, Kugelelementen 80, die die Hauptübertragungselemente zur direkten Drehmomentübertragung sind, und einer Einrichtung zur Befestigung des Ankers und des Ausgangselements an der Eingangswelle 20. Der Anker 60 und das Ausgangselement 2 5 sind drehmäßig ebenso wie axial von jeder Bewegung der Eingangswelle 20 durch Verwendung eines zweiten ringförmigen reibungsfreien Lagers 90 mit einer Schulter 91 und durch einen ringförmigen intifriktionsabstandshalter 95 getrennt. Das zweite ringförmige Lager 90 ist auf der Welle direkt neben dem inneren Ringelement 25 koaxial angeordnet. Der Anker 60 und das Ausgangselement 75 sind an dem zweiten ringförmiaen Lager befestigt und bleiben daher bezüglich der Eingangswelle koaxial. Die Kugelelemente 80 sind zwischen dem Anker und dem Ausgangselement angeordnet. Die Lage des Antifriktionsabstandshalters ist so bestimmt, daß eine Wirkungsbeziehung des ringförmigen Ankers 60 bezüglich der Polflächen der Eingangseinrichtung erhalten wird. Ein zweites Halteelement 100 ist in einer zweiten Nut 22 in der Eingangswelle 20 angeordnet und hält die Wirkungsbeziehung aufrecht.

Der ringförmige Anker 60 ist koaxial zu dem zweiten rinqförmigen Lager und direkt neben, jedoch im Abstand von den Polflächen 26, 36 des inneren und äußeren Ringelements 2 5 und 35 angeordnet. Der Anker hat eine radial äußere Fläche 61, um die äußere Polfläche 36 der Eingangseinrichtung zu erfassen. Der Innendurchmesser 62 des ringförmigen Ankers liegt auf dem zweiten ringförmigen reibungsfreien Lager 90 und hat eine Schulter 63, die ein Gehäuse für das elastische Element bildet, so daß dieses auf den Anker wirken kann, wenn der Anker elektromagnetisch gegen die Polflächen gezogen wird. Der Außendurchmesser 64 der Schulter 63 des Ankers legt das elastische Element radial fest, und bildet neben den inneren PoI-

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flächen 26, 36 der Eingangseinrichtung eine gegenüberliegende Fläche 65. Die Stirnfläche 66 des Ankers direkt neben dem Ausgangselement 75 hat konische Ausnehmungen 67 direkt gegenüber Ausnehmungen 80 in der einen Stirnfläche 76 des Ausgangselements 75. Die konischen Ausnehmunaen 67 haben gerade Seiten 68, um die Kugelelemente 80 zu erfassen. Die konischen Ausnehmungen des Ankers sind zu den konischen Ausnehmungen im Ausgangselement symmetrisch. Es wurde festgestellt, daß sich die beste Drehmomentübertragung bei einem Winkel von 70 bis 90° der konischen Ausnehmungen in dem Anker und dem Ausgangselement ergibt. Durchgeführte Versuche zeigten, daß ein Winkel von 80° am besten ist, um die wirksamste direkte Drehmomentübertragung von dem Anker auf die Kugelelemente und das Ausgangselement zu erhalten. Obwohl die Stirnfläche 66 des Ankers direkt neben dem Ausgangselement liegt, besteht keine Flächenberührung zwischen der Stirnfläche 66 des ringförmigen Ankers und der einen Stirnfläche 76 des Ausgangselements. Die einzige Verbindung zwischen dem Anker und dem Ausgangselement erfolgt direkt über die Kugelelemente, die in Umfangsrichtung und radial im Abstand zwischen dem Anker und dem Ausgangselement angeordnet sind. Der Anker 60 und das Ausgangselement 75 werden stets mit den Kugelelementen 80 mittels des elastischen Elements 70, das innerhalb der Schulter 6 3 des Ankers angeordnet ist und an der Schulter 91 des zweiten ringförmigen Lagers 90 anliegt, in Berührung gehalten. Das elastische Element 70 ist axial ausreichend vorgespannt, um den Anker, die Kugelelemente und das Ausgangselement mit dem ringförmigen Antifriktionsabstandshalter 95 in Berührung zu halten, wenn der Elektromagnet entregt ist. Wie zuvor erwähnt wurde, ist die gegenüberliegende Stirnfläche 65 des Ankers den Polflächen 26, 36 der Eingangseinrichtung direkt benachbart, jedoch im Abstand von diesen angeordnet, wenn die elektromagnetische Einrichtung entregt und die Drehmomentübertragungsvorrichtung im Ruhezustand ist. Im entregten Zustand sind der Anker, die Kugelelemente und das Ausgangselement

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axial und drehmäßig von der Eingangseinrichtung unabhängia.

Das Ausgangselement 75 ist, wie zuvor festgestellt wurde, koaxial zu dem zweiten Ringelement 90 angeordnet und hat eine Schulter 71 am einen Ende, die eine bestimmte axiale Beziehung für die Lage des Ankers 60, der Kugelelemente und des Ausgangselements 50 bezüglich des Abstandshalters 95 festlegt. Die Schulter 91 bestimmt die Lage der gegenüberliegenden Stirnfläche des Ankers axial zu den Hohlflächen 26, 36. Der radial äußere Durchmesser 78 der Schulter 77 ist so bemessen, daß ein Zwischenraum zum Außendurchmesser des Abstandshalters 95 besteht. Der Außendurchmesser 79 des Ausgangselements hat irgendeine Form, die dem besonderen Erfordernis eines damit verbundenen Elements angepaßt ist. Die eine Stirnfläche 76 des Ausgangselements 75 hat konische Ausnehmungen 80 radial außerhalb seines Innendurchmessers 82, die gegenüber den konischen Ausnehmungen 67 im Anker 60 symmetrisch angeordnet sind. Die konischen Ausnehmungen 80 haben gerade Seiten und sind zur Aufnahme der Kugelelemente 85 geeignet.

Die Kugelelement 85 liegen in den symmetrischen gegenüberliegenden konischen Ausnehmungen 67, 80 und sind abstandsgleich um den Umfang des ringförmigen Ankers 6O und des Ausgangselements 75 angeordnet. Vorzugsweise sind drei abstandsgleiche Elemente verwendet, jedoch kann jede Anzahl von Ausnehmungen und kugelförmigen Elementen in abstandsgleicher Anordnung in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment angewandt werden.

Die Beziehung der Lage des Ankers, der Kugelelemente und des Ausgangselements wird durch keine Abnutzung an den Polflächen und der gegenüberliegenden Stirnseite des Ankers beeinflußt. Diese Beziehung wird während der gesamten Lebensdauer der Drehmomentübertragungsvorrichtung aufrecht erhalten und aufgrund dieser konstanten Beziehung bleiben

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die dynamischen Eigenschaften während der Lebensdauer der Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen stabiler.

Fig. 2 zeigt einen Teilquerschnitt, aus dem die Beziehung der Drehmomentübertragungselemente in den konischen Ausnehmungen hervorgeht.

Wenn eine axiale Bewegung zwischen dem Anker und dem Ausgangselement auftritt, nehmen die Kugelelemente eine Lage zwischen den Punkten a bis b und c bis d ein. Alle Torsionsund Axialkräfte werden stets senkrecht zu dem Tangentialpunkt der geraden Flächen der konischen Ausnehmungen übertragen, so daß an den Kugelelementen stets eine Selbstzentrierung auftritt. Dieser Zustand herrscht, vorausgesetzt, daß die Kugelelemente zwischen den Punkten a - b und c - d arbeiten. Wenn an den PoIflachen eine solch starke Abnutzung auftritt, daß die Kugelelemente sich über den Punkt b oder d hinaus bewegen, fällt die Kuppluncrs- oder Bremsvorrichtung aus und kann nicht länger verwendet werden.

Arbeitsweise

Im Betrieb wird der Anker axial verstellt und mit den Polflächen der Eingangseinrichtung in Eingriff gebracht, wenn die elektromagnetische Wicklung erregt wird. Die magnetischen Kräfte, die auf den Anker ausgeübt werden, verlaufen vollständig axial und schaffen daher eine Flächenberührung zwischen den Polflächen des inneren und äußeren Ringelements und der gegenüberliegenden Stirnfläche des Ankers. Wenn sich der Anker axial gegen die Polfläche des Eingangselements unter dem Einfluß der magnetischen Anziehung verschiebt, wird die Drehgeschwindigkeit des Ankers aufgrund des dynamischen Zustandes der Eingangseinrichtung erhöht. Wenn sich der Anker in axialer Richtung gegen die Polflächen bewegt, nimmt der Abstand

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zwischen dem Anker und dem Ausgangselement zu und die Kugelelemente können sich längs der geraden Seiten der konischen Ausnehmungen in dem Anker und dem Ausgangselement bewegen. Das Ausgangselement wird jedoch durch den Abstandshalter ebenso wie den Haltering in der Welle an einer axialen Bewegung gehindert. Daher kann sich nur der Anker axial gegen die Polflächen der Eingangseinrichtung bewegen. Die axiale Bewegung des Ankers, die durch die Steuerwirkunc zwischen dem Ausgangselement und dem Anker verursacht wird, führt zu einer höheren Verbindungskraft zwischen dem Anker und den Polflächen des Elektromagneten. Die Verbindungskraft wird noch dadurch erhöht, daß das Drehmoment, das zwischen dem Magnetkörper und dem Anker erzeugt wird, ein gleiches Reaktionsdrehmoment im Ausgangselement hervorruft. Da das Ausgangselement sich nicht axial bewegen kann, erzeugt es ein gleiches, jedoch entgegengesetztes Reaktionsdrehmoment, das zu einer weiteren axialen Kraft führt, die über die Kugelelemente zurück auf die Magnetkörper übertragen wird und sich der elektromagnetischen Verbindungskraft überlagert. Die Gesamtwirkung ist dann diejenige, daß die relative Drehbewegung zwischen dem Anker und dem Ausgangselement eine axiale Kraft erzeugt, die dem erzeugten Drehmoment proportional ist. Diese axiale Kraft wird den Magentkräften zugefügt und führt daher zu einer erheblichen Erhöhung des Ausgangsdrehmoments der übertragungsvorrichtung. Die dynamische Drehmomentausgangsleistung der Vorrichtung wird daher infolge der Kräfte und der Reaktionskräfte der Drehmomentübertragung durch die Kugelelemente auf das Ausgangselement erhöht. Diese Beziehung zwischen dem Magnetkörper, dem Anker und dem Ausgangselement wird aufrecht erhalten, bis entweder eine Geschwindigkeit gleich der des Ankers erreicht oder die elektromagnetische Wicklung entregt wird. Die einzige Drehmomentübertragungseinrichtung zwischen der Ausgangs- und der Eingangseinrichtung besteht aus den Kugelelementen in den Ausnehmungen des Ausgangsele-

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ments und des Ankers. Aufgrund der Verwendung der Kugelelemente als Drehmomentübertragungseinrichtung ist die Wirkung von Reibungskräften sehr begrenzt und daher ergibt sich eine stabilere dynamische Drehmomentübertragungsvorrichtung. Das gesamte Drehmoment, das von dem elektromagnetischen Körper und dem Anker erzeugt wird, wird über die Kugelelemente direkt auf das Ausgangselement übertragen. Daher schaffen die Kugelelemente eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Ausgangselement und der Eingangseinrichtung, um das gesamte Drehmoment von der Eingangseinrichtung auf die Ausgangseinrichtung zu übertragen.

Wenn die elektromagnetische Wicklung entregt wird, tritt das zwischen dem Magnetkörper erzeugte Drehmoment nicht mehr auf, und deshalb entfällt auch das gleiche Reaktionsdrehmoment des Ausgangselements ebenso wie die axiale Kraft, die die Trennung des Ankers und des Ausgangselements verursacht. Bei dieser Arbeitsweise ist die axiale Kraft, die von dem elastischen Element erzeugt wird, größer als die Axialkräfte, die das Bestreben haben, den Anker von dem Ausgangselement zu trennen, und daher nehmen die Kugelelemente eine Ruhestellung ein,während der Anker sich gleichzeitig axial gegen das Ausgangselement bewegt. Die Ruhelage ist eine Lage, in der die Kugelelemente tangential zu den geraden Linien der konischen Abschrägungen angeordnet sind, wie in Fig. 2 bei A und C gezeigt ist. Unter dem Einfluß der Axialkraft, die von dem elastischen Element erzeugt wird, gelangen der Anker, die Kugelelemente und das Ausgangselement in eine Ruhestellung.

Jede Abnutzung zwischen den Polflächen des Magnetkörpers und der Ankerstirnfläche beeinfluß die Arbeitsweise der Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht nachteilig, da die Polflächen den Anker nur veranlassen, axial eine größere Strecke zu durchlaufen, bevor er an dem Magnetkörper angreift. Dies beeinträchtigt die Arbeitsweise

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nicht nachteilig/ da es die geraden Seiten der konischen Ausnehmungen der Vorrichtung ermöglichen, stets ein Drehmoment in der gleichen proportionalen Beziehung unabhärqia von der Abnutzung zwischen den PoIflächer und dem Anker zu übertragen. Diese Beziehung ist stets vorhanden, vorausgesetzt, daß die Kugelelemente eine Einpunktberuhrunq längs der geraden Linie der konischen Ausnehmungen in den Anker und dem Ausgangselement beibehalten.

Ein endgültiger Ausfall der Drehmomentübertragungsvorrichtung tritt auf, wenn die Kugelelemente die Einpunktberuhrunq mit den geraden Seiten der konischen Ausnehmungen an den jeweiligen Stirnflächen des Ankers und des Ausgangselements nicht mehr beibehalten können. In Fig. 2 ist diese Lage als Punkt B und D bezeichnet.

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Leerseite

Claims

4690 Hem· 1, 8000 MQncfton 40, Freillgrethstr.Be 19 «_, ._ _ n .. ο·*»·· Elsenacher StraSe 17 Postfach,14O DIpL-lng. R. Π. Barr PaL-Anw. Better M.-Aim. Hemnann-TrentepoM DIdL-PIIVS. Eduard ΒβΙΖίβΓ Fernsprecher: 38 3011 Fernsprecher: 51013 r ' 36 3012 51014 Dlpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl M3013 Telegrammanschrltt: Telegrammanachrift: Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babetzpat Manchen Telex Οβ22βββ3 9 7 2 9 '^ ß 6 Telex5215380 Γ ~1 Bankkonten: Bayerische Vereinsbank München gS2 2t7 Dresdner Bank AQ Herne 7-520 Postacheckkonto Dortmund SSt 6S-467 Ret-: MO 59 52/Vq In der Antwort bitte angeben Zuschritt bitte nach: München Abholfach Elektromagnetische Kupplungs- und Bremsvorrichtung Patentansprüche

1.)Drehmomentübertragungsvorrichtung, bestehend aus einer ^-—S Eingangseinrichtung, einer Ausgangseinrichtung koaxial zu der Eingangseinrichtung, die ein Ausgangselement und eine Einrichtung zur Anordnung des Ausgangselements bezüglich der Eingangseinrichtung aufweist, und einer Verbindungseinrichtung zur Drehmomentübertragung zwischen der Eingangs- und der Ausgangseinrichtung, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Anker (60) koaxial zu der Eingangs- und Ausgangseinrichtuna (10, 15), etwa kugelförmige Elemente (85), die zwischen dem

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ORIGINAL INSPECTED

Anker (60) und der Ausgangseinrichtung (15) angeordnet und in der Lage sind, gleichzeitig an dem Anker und der Ausgangseinrichtung anzugreifen, um eine maximale direkte Drehmomentübertragung von der Eingangseinrichtung auf die Ausgangseinrichtung über die Kugelelemente zu bewirken, und eine Einrichtung zur Betätigung der Drehmomentübertragungsvorrichtung, die koaxial zu der Eingangseinrichtung angeordnet ist und eine Magnetflußbahn durch die Eingangseinrichtung und den Anker bildet, wenn die Betätigungseinrichtung erregt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinrichtung (10) eine Welle (20), ein inneres Ringelement (25) koaxial zu der Welle, ein äußeres Ringelement (35), das konzentrisch zu dem inneren Ringelement und mit diesem drehfest angeordnet ist, und ein Ringelement (30) aufweist, das zwischen dem inneren und äußeren Ringelement angeordnet ist und solche Isoliereigenschaften hat, daß die Bildung einer Magnetflußbahn zwischen dem inneren und äußeren Ringelement ermöglicht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Anordnung des Ausgangselements (75) einen ringförmigen Antifriktionsabstandshalter (95) aufweist, der nahe dem Ausgangselement angeordnet ist, ein Lager (90), das zwischen dem Ausgangselement (75) und der Eingangseinrichtung (10) angeordnet ist und eine Schulter (71) hat, so wie eine Einrichtung (100), um den Abstandshalter (95) mit dem Ausgangselement in Berührung zu halten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung ein Vor-

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Spannungselement (70) zur Vorspannung des Ankers (60) aufweist, das zwischen der Eingangeinrichtuna (10) und dem Anker angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung ein Vorspannunaselement (70) zur Vorspannung des Ankers (6o) aufweist, das zwischen der Schulter (71) des Lagers (90) und dem Ankter (6o) zur Verbindung mit diesen angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtuna ein Lager (50) zwischen der Eingangseinrichtung (10) und der Betätigungseinrichtung und eine Eintrichtung (55) aufweist, um die Betätigungseinrichtung gegen die Eingangseinrichtung (10) zu halten.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (30) aus elastischem Material besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet/ daß die Vorspannungseinrichtung (70) eine Druckfeder ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (50) ein Haltering ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung zum Halten des ringförmigen Abstandshalters (95) ein an der Eingangseinrichtung (10) befestigter Haltering (100) ist.

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11. Drehmomentübertragungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Eingangseinrichtung (10), eine AusgangseinrichtuncT (15) koaxial zu der Eingangseinrichtung, wobei die Ausgangseinrichtung ein Ende und ein gegenüberliegendes Ende hat und an dem einen Ende erste etwa konische Ausnehmungen (80) und eine Verbindungseinrichtung zur Drehmomentübertragung aufweist, die zwischen der Eingangs- und der Ausgangseinrichtung angeordnet ist, die besteht aus einem ringförmigen Anker (60) koaxial zu der Ausgangs- und Eingangseinrichtung, der eine Stirnfläche und eine gegenüberliegende Stirnfläche hat, wobei die Stirnfläche des Ankers nahe dem, jedoch im Abstand von dem einen Ende der Ausgangseinrichtung angeordnet ist, die gegenüberliegende Stirnfläche nahe der, jedoch getrennt von der Ausgangseinrichtung zur Verbindung mit dieser angeordnet ist, die Stirnfläche außerdem zweite, im wesentlichen konische Ausnehmungen (67) radial außerhalb der zentralen Ankerachse aufweist, und die zweiten Ausnehmungen (67) gegenüber den ersten Ausnehmungen (80) in dem einen Ende der Ausgangseinrichtung angeordnet sind, und aus im wesentlichen kugelförmigen Elementen (85), die in den ersten und zweiten Ausnehmungen (67, 80) angeordnet sind, und gleichzeitig an dem Anker und dem einen Ende der Ausgangseinrichtung angreifen können, um eine maximale direkte Drehmomentübertragung von der Eingangseinrichtung auf die Ausgangseinrichtung über die Kugelelemente zu bewirken, wenn die Betätigungseinrichtung erregt ist, so daß, wenn die Betätigungseinrichtung erregt ist, eine Magnetflußbahn über den Anker erzeugt wird, die eine axiale Bewegung des Ankers gegen die Betätigungseinrichtung hervorruft und den Anker mit einem Drehmoment beaufschlagt, wobei die axiale Bewegung des Ankers eine Bewegung der Kugelelemente längs der Schrägflächen der konischen Ausnehmungen zuläßt, so daß eine axiale Kraft

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hervorgerufen wird, die dem erzeugten Drehmoment direkt proportional ist und das maximale Drehmoment, das von der Eingangseinrichtung erzeugt wird, über die Betätigungseinrichtung zu der Ausgangseinrichtung direkt übertragenwud, und dadurch, daß die Betätigungseinrichtung zur Betätigung der elektromagnetischen Einrichtung koaxial zu der Eingangseinrichtung angeordnet ist und einen Magnetfluß durch die Eingangseinrichtung und den Anker erzeugt, wenn die Betätigungseinrichtung erregt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinrichtung (10) eine Welle (20), ein inneres Ringelement (25), das koaxial zu der Welle angeordnet ist, ein äußeres Ringelement (35), das konzentrisch zu dem inneren Ringelement und drehfest mit diesem angeordnet ist, und ein Ringelement (30) aufweist, das zwischen dem inneren und dem äußeren Ringelement angeordnet ist und isolierende Eigenschaften hat, um die Bildung eines Magnetflusses zwischen dem inneren und dem äußeren Ringelement zu ermöglichen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung zur Drehmomentübertragung ein Vorspannungselement (70) zum Vorspannen des Ankers (60)aufweist, das zwischen der Eingangseinrichtung (10) und dem Anker (60) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein Lager (50) aufweist, das zwischen der Eingangseinrichtung (10) und der Betätigungseinrichtung angeordnet ist, sowie eine Halteeinrichtung (55), um die Betätigungseinrichtung an der Eingangseinrichtung zu halten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (30) aus elastischem Material besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung eine Druckfeder ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (50) ein Haltering ist.

18. Elektromagnetische Kupplung, bei der ein Drehmoment von einer Eingangseinrichtung zu einer Ausgangseinrichtung bei Erregung einer Betätigungseinrichtung mit einer elektromagnetischen Wicklung übertragen wird und die einen Anker mit einer Stirnfläche und einer gegenüberliegenden Stirnfläche hat, die koaxial und senkrecht zur Kupplungsachse zur Verbindung mit Magnetpolflächen an der Eingangseinrichtung angeordnet ist, und bei der das eine Ende der Ausgangseinrichtung koaxial und senkrecht zur Kupplungsachse nahe der, jedoch getrennt von der Stirnfläche des Ankers angeordnet ist, gekennzeichnet durch erste kreisförmige Ausnehmungen (67) mit im wesentlichen Querschnitt, die in der Stirnfläche des ringförmigen Ankers (60) radial außerhalb der Zentralachse des Ankers angeordnet sind, zweite kreisförmige Ausnehmungen (80) mit im wesentlichen konischen Querschnitt, die an dem einen Ende der Ausgangseinrichtung (15) symmetrisch qegenüber den ersten Ausnehmungen (67) angeordnet sind, und im wesentlichen kugelförmige Elemente (85), die in den ersten und zweiten Ausnehmungen (67, 80) angeordnet und in der Lage sind, gleichzeitig am Anker (60) und dem einen Ende der Ausgangseinrichtung (15) anzugreifen, und eine maximale direkte Drehmomentübertragung von der Eingangseinrichtung (10) auf die Ausgangseinrichtung (15) über die Kugelelemente zu bewirken, wenn die elektromagnetische Einrichtung erregt wird, so daß, wenn die Betätigungseinrichtung erregt wird, ein Magnetfluß zwischen dem Anker hervorgerufen wird, der eine axiale Bewegung des Ankers gegen die Betätigungseinrichtung hervorruft und den Anker mit einem Drehmoment beaufschlagt, wobei die axiale Bewegung des Ankers eine Bewegung der Kugelelemente längs

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der geneigten Flächen der konischen Ausnehmungen (67, 80) zuläßt, so daß eine axiale Kraft hervoraerufen wird, die zu dem erzeugten Drehmoment direkt proportional ist und dadurch das maximale Drehmoment, das von der Eingangseinrichtung erzeugt wird, über die Betätigungseinrichtung auf die Ausgangseinrichtung direkt übertragen wird.

709848/1065