DE2753012A1 - Elektromagnetische federkupplung - Google Patents

Description

Elektromagnetische Federkupplung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Federkupplung, wobei eine schraubenförmige, drehmomentenübertragende Kupplungsfeder, die von einer drehbaren Nnbe getragen wird, durch Aufbringung eines magnetischen Feldes dazu veranlaßt wird, sich auf eine axial benachbarte Nabe aufzuwickeln. Derartige Kupplungen sind beim gesteuerten intermittierenden Betrieb von verschiedenen mechanischen Vorrichtungen nützlich, so beispeUsweise bei Druck- oder Kopiermaschinen oder anderen Papierzuführungsvorrichtungen.

In der US-PS 3 926 206 ist beispielsweise eine Kupplung mit einer schraubenförmigen Feder gezeigt, bei der die Feder bei Betätigung aus ihrem anfänglichen Antriebskontakt mit der Eingangsnabe vermittels einer fliegend gelagerten äußeren Hülse gelöst wird, die mit dem freien Ende der Feder in Kontakt steht. Eine Beendigung der Drehung der Hülse expandiert die Feder bzw. wickelt sie ab, so daß das Drehmoment nicht weiter an din Ausgangsnabe übertragen wird.

Analoge Systeme, bei denen die Wirkung der Hülne verwendet wird, um ein Anziehen anstatt eines Lösens der Feder zu bewirken, sind ebenfalls bekannt. Eine derartige Vorrichtung, bei der die Betätigung der Hülse auf elektromagnetische Weise bewerkstelligt wird, ist in der US-P'3 3 HJ5 276 gezeigt. Bei dieser Vorrichtung wird die magnetische Anziehung zwischen den feststehenden und

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drehenden Bauteilen axial zwischen den Polen eines feststehenden Elektromagneten und einem radial vorstehenden Ende der Dmhsteuerhülse aufgebracht. Demzufolge wird eine Reibung zwischen den feststehenden und drehenden Bauteilen eingeführt, was schließlich zu einem verringerten Wirkungsgrad und eventuell zu einer Abnutzung durch Reibung führt.

Es hat sich nun in bezug auf kleine elektromagnetisch betätigte Federkupplungsmechanismen als möglich erwiesen, die Reibung und Abnutzung zu verringern, den Wirkungsgrad zu erhöhen und gleichzeitig den Aufbau zu vereinfachen und zu verbessern, indem air. Federsteuerelement ein ferromagnetische Ring verwendet wird, der unmittelbar neben dem freien Fnde der Spule einer schraubenförmigen Feder angeordnet und daran befestitjt ist., und indem der magnetische FIuO radial zwischen den feststehenden und drehenden Komponenten aufgebracht wird, wie dies im nachfolgenden näher beschrieben wird.

Ein Ausführungsbeinpiel der vorliegenden Erfindung «wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In diesen ist

Fig. 1 ein Längsschnitt durch ein Asuführungsheispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein Axialschnitt, wobei vier verschiedene Quadranten gezeigt

werden, wie dies in Fig. 1 angeduptet ist, und Fig. 3 ein Ausschnitt aus einer abgewandelten Ausführungsform.

In der Ausführungnform der Fi(J. 1 und 2 weist die magnetische Kupplung H) eine röhrenförmige Achse 11, nine feststehende reihenanordnung 12, eines ko-

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axial angeordnete drehbare Nntio 13, eint; schraubenförmige Kupplunqsfeder 14, die an der Nabe 13 befestigt ist und über einen Teil der Nabenannrdnung 12 hinausragt, einen Steuerrintj 1 '> und eine ringförmige riektromagnetanordnung 16 auf.

Die röhrenförmige Achse Il ist mit einer Nut 17 /um Verkeilen mit einer niehtgezeiqten Achse versehen, die in tlie röhrenförmige Achse 1 I einzusetzen ist, um das Drehmoment von ihr zu übernehmen.

Die feststehende Nabenannrdnunq 12 besteht au:; einem inneren röhrenförmigen Element IH mit einer zylindrischen auüeren Oberfläche 19 und einem radial vorstehenden ferromagnetische!! King 20, wobei diese beiden Bauteile fest zusammengefügt sind. Die zweiteilige Struktur vereinfacht die Herstellung und macht die Verwendung eines niehtmaqnetischen Materials für das röhrenförmige Element möglich. Die beiden Teile können, auch wenn dies weniger wünschenswert ist, in einer einheitlichen ferrnmnqnetischen Struktur kombiniert werdein. Der RinqabsehnitL ist am inneren Rand 2\ wie dargestellt unterschnitten, UiTi einen FTnUasrunqshohlraum vorzusehen. Die Nabenannrdnung ist auf der Achse 11 dicht passend befestigt, und zwar entweder durch eine Keil-Nut Veibindung oder vorzugsweise durch eine PreOpa.^f;:;unq.

Die Nabe 15, die vorzugsweise nicht ferromagnetisch ist, ist bezüglich der At hit; I I und bezüglich des f ndes des röhrenförmigon l.lementes IM drehbar. Sie hat eine zylindrische ί ibei flache II, die dein f )urchmosi:er der ()berflache l'J des rnhrenf/innKjen i lirmenh-s IH entspricht uml die einen Teil der schraubenförmigen KiipplungsfediT ! Ί ιίιι| [iassrnd dai'aiil aufgewickelt tragt. Der

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übrige Teil der Feder besitzt normalerweise einen etwas größeren Durchmesser, so daß er um das röhrenförmige Element 10 frei drehbar ist. Andererseits kann die Feder einen konstanten Durchmesser besitzen, wobei der Durchmesser der Nabenoberf lache 22 dann entsprechend vergrößert ist, um die notwendige dichte Pnsaung vorzusehen. Der freie Abschnitt der Feder endet in einem oxial sich erstreckenden Dorn 23, der in eine Öffnung 2Λ hineinpaßt, die in der Seite des Steuerrings 15 vorgesehen ist.

Der Ring 15 paßt mit geringem Spiel aber drehbar auf die zylindrische Oberfläche 19 der Nabcnanordnung 12 und befindet sich neben der radial sich erstreckenden inneren Endoberfläche des Ringes 20. Die Endoberfläche 25 des Ringes 15 oder die Oberfläche des Ringes 20, die mit ersterer in Kontakt steht, ist leicht aufgerauht oder mit Ritzen oder Nuten versehen, um zusätzliche Entlastungshohlräume vorzusehen, die dazu beitragen, eine geringfügige Ansammlung von Gummiablagerungen oder anderen Rruchstücken an den miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen des Ringen und der Nabe zu vermeiden oder zu entfernen.

Die Magnetanordnung 16 weist ein röhrenförmiges Gehäuse 26, ein zentral mit einer Aushöhlung versehenes Endstück 27, das ein Hülsenteil 2B aus Hartstahl tragt, ein gegenüberliegendes Endstück 29, das ein Hiilsenteil 3Π trägt und eine innere röhrenförmige axiale Verlängerung 31 besitzt, und eine elektromagnetische Spule 32 auf. Die Spule ist innerhalb der ferromagnetinchen Anordnung in einer ausgehärteten Harzmatrix 33 eingebettet und ist mit nicht dargestellten Anschlußleitungen versehen, um mit einer Steuerschaltung verbunden zu werden. Ein Sprengring 34 hält die gnnze Anordnung zusammen.

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In einem Anwendungsfall wird din Achse 1 1 der Anordnunq nuf der Achse einer Vorrichtung angeordnet und mit. deren Achse verkeilt, wobei es sich beispielsweise um eine Papierfiirdervnrriohtuny handeln k;uin, dir; intermittierend zu betreiben ist. (Din Nabe 1.3 wird kontinuierlich gedreht, beispielsweise über ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe (nicht gezeigt), das bzw. die an dent freiliegenden, einen grnflen Durehmeser aufweisenden Abschnitt der Nabe befestigt wird. Die lv!;ignetanordnung ist an einem stationären Raltmen mit Hilfe von nicht gezeigten Mit lein befestigt, und die Spule ist über eine geeignete Schaltung mit: eine'· geeigneten Spannungsgiinlle verbunden. Bei Aktivierung wird ein magnetischer Kreis aufgebaut und die magnetischenElui31inien treten radial zwischen dem Endstück und dem Nabenteil 20 zwischen der Verlängerung 3] und dem Ring 1') hindurch. Der Ring T) wird angezogen und in Kontakt mit derm Teil 2ü gehalten, was die rotierende Kupplungsfeder veranlaß, sich gegen die Oberfläche .19 festzuziehen und diese festzuhalten, was zu einer Drehung f)(;r Nabenanordnung 3 2 und der Achse 11 führt. IZine Entregung des Elektromagneten löst den Ring 1*3 von dem T(⁵U 20, was dem freien Abschnitt der Eeder 1Λ erlaubt, sich wieder auf üp\a normalen Durchmeser auszudehnen, um so aufler Eingriff mit der Nabe 12 zu kommen.

Es ist ersichtlich, dnfl auch eine umgekehrte ReI riehswoise möglich ist, bei der die Achse 1.1 und die Nnbenanordnung 12 als Γ ingang und die; Nabe 13 als Ausgang dienen.

I in besonderer Vorteil der beschriebenen Anoidniing besieht darin, d.iH der während der Akt i vierung im /c igt ι■ Widerst and minimiert wird. Hie magnet i- !ichen Ki.itle, dir· im wim'i il I ichi ίι ausnchlicMMch mi einer radialen Rirhtuiu)

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aufgebracht werden und um den Umfant) gleichförmig verteilt sind, wurden insofern effektiv abgeglichen oder neutr.ilir.iert:, als dir; Umführung eines mechanischen Widerstandes betroffen ist. Dir» gerinne Grüflo und die sieh daraus ergebende Träqheit dos rjtouerrinrjs 15 trägt auch da/u Ihm, den Widerstand zu minimieren.

In der abgewandelten Ausführungsform der Fig. 3 ist die innere Oberfläche der Verlängerung 31' im Durchmesser über der Kupplungs feder erhöht, behält jedoch einen kleineren Durchmesnr an dem freien rndabsehnitt bei, der den größten Teil des Steuerringes IV umgibt. Die äußere Oberfläche des Ringes 15' besitzt einen verringerten Durchmesser unterhalt) des Dules der Verlängerung 31' und erstreckt sich über den Abschnitt der Verlängerung mit dem kleinen Durchmesser hinaus. Mit dieser geringfügig komplizierteren Anordnung kann eine weitere Verringerung des Widerstandes er/ielt werden.

Die Konzentrizität der Bauteile wird sichergestellt, indem das verhältnismäßig weichere Endteil 27 mit einem etwas geringeren inneren Durchmeser ausgebildet wird als der Ring 2Π aus hartem Stahl, um dann da;· Endstück nachzuhearbeiten, um es an den Durchmesser des Ringe« anzupassen. Die somit hergestellte zusainmengesetzte Lagerflache besitzt eine genaue Paßform und hat eine
hohe Lebensdauer. Der gleichmäßige radiale Abstand führt /u einer gleichmässigen magnetischen Anziehung auf dem Umfang, was wiederum da/u führt, daß mechanischer Widerstand b/w. mechanische Abnutzung verringert ruler eliminiert wird.

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L e e r s e i t e

Claims (10)

1. REELL PRECISION MANUFACTURING CORPORATION 1935 West County Road B-2, Saint Paul, Minnesota 55113, V.St.A.

   Patentansprüche

   iL Elektromagnetisch betätigte Federkupplung, gekennzeichnet durch eine Achse (11) und eine erste Nabe (13), die drehbar auf der Achse angeordnet ist, durch eine zweite Nabe (12), die auf der Achse axial neben der ersten Nabe starr befestigt ist und eine radial vorstehende ringförmige ferromagnetische Schulter (20) besitzt, durch eine schraubenförmige Kupplungsfeder (14), die die benachbarten Abschnitte beider Naben überdeckt, an der ersten Nabe befestigt ist und im entlasteten Zustand von der zweiten Nabe einen Abstand aufweist, durch einen ferromagnetischen Steuerring (15), der auf der zweiten Nabe neben der Schulter und zwischen der Schulter und dem freien Ende der Spule der Feder angeordnet ist und in drehmomentübertragender Beziehung zu der Spule mit dem freien Ende steht, durch wenigstens ein Polstück (16)

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   ORIGINAL INSPECTED

   mit einander gegenüberstehende»!) Pulen (27, 31), wobei einer neben der Schulter, der andere neben dem Ring steht und beide winkelmiißig um den Umfang gleichmäßig verteilt sind und einen magnetischen Weg definieren, bei den) die magnetischen Flußlinien radial /wischen dem einen Pol und der Schulter verlaufen und zwischen dem Ring und dem anderen Pol, und durch eine wahlweise betätigbare Einrichtung (32) /mn Hrzeugen der magnetischen Flußlinien.
2. 2. Kupplung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule mit dem freien Ende in einem axial vorspringenden Dorn (23) endet und der Steuerring mit einem Loch versehen ist, um den Dorn aufzunehmen.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück ein Ripg ist und eine ringförmige Magnetspule enthält.
4. 4. Kupplung nach Anspruch) 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück drehbar auf der Schulter und der ersten Nabe gelagert ist, um die Feder und den Ring zu überdecken und zu umschließe!).
5. 5. Kupplung nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück ein äußeres röhrenförmiges Gehäuse (26), ein zentral mit einer Ausnehmung versehenes erstes Endstück (27), das über die Schulter paßt und daran anliegt, und ein gegenüberliegendes Endstück (29) umfaßt, das über die erste Nabe paßt und daran anliegt und eine innere röhrenförmige axiale Verlängerung (31) besitzt, die über der Feder liegt und um den Ring herum endet und von dem ersten Endstück einen Abstand aufweist.

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6. 6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere [Durchmesser der axialen Verlängerung (über die ganze Liiitrjr.') gleichförmig ist.
7. 7. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser der axialen Verlängerung um die Feder herum größer ist als im Bereich der zentralen Breit»; tli;3 Ringes, wobei der Ring einen verringerten äußeren Durchmesser neben der Schulter aufweist.
8. 8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Schulter neben dem Ring unterschnitten ist, um einen Entlastungshohlraum (21)vorzusehen.
9. 9. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mit Entlastungshohlräumen (25¹) an der Endfläche versehen ist, die mit der Schulter in Kontakt steht.
10. 10. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Endstück eine harte abriebsfeste Ringhülse (28, 30) umfaßt.

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