DE2753012C3 - Elektromagnetisch betätigbare Schlingband-Federkupplung - Google Patents

Description

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Schulter neben dem Steuerring unterschnitten ist, um einen Entlastungshohlraum (21) vorzusehen (Fig. 3).

9. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring mit Entlastungshohlräumen (25') an seiner Endfläche versehen ist, die mit dem Schulterring (20) in Kontakt steht.

10. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Endstück (27, 29) eine harte abriebfeste Ringhülse (28, 30) umfaßt.

11. Kupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (IS) von der Hülse (11) magnetisch isoliert ist.

Bei einsr bekannten Schlingband-Federkupplung der im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Gattung (US-PS 3974902) erstreckt sich eine Schlingband-Feder in axialer Richtung über zwei Kupplungsnaben, wobei die Schlingband-Feder von der einen Kupplungsnabe im entkuppelten Zustand einen geringen radialen Abstand hat. Um die Schlingband-Feder bzw. um die gesamte Kupplung herum ist eine stationär angeordnete, ringförmige Magnetspule vorgesehen, die außen und seitlich mit Polstükken versehen ist. Bei Erregung der Magnetspule treten die magnetischen Flußlinien im wesentlichen radial aus den Polstücken in die ferromagnetisch ausgebildeten Kupplungsnaben über, wobei die Magnetlinien auch durch das freie Ende der Schlingband-Feder hindurchtreten. Durch die Magnetkräfte zieht sich die Schlingband-Feder gegen die zweite Kupplungsnabe fest und nimmt diese dann mit, d. h. die Kupplung ist dann eingekuppelt. Derartige Kupplungen sind beim gesteuerten intermittierenden Betrieb von verschiedenen mechanischen Vorrichtungen nützlich, so beispielsweise bei Druck- oder Kopiermaschinen oder anderen Papierzuführungsvorrichtungen.

ι Bei der gattungsgemäßen Kupplung, bei der die magnetischen Kräfte unmittelbar auf die Schlingband-Feder wirken, hat es sich als nachteilig herausgestellt, daß eine nicht vernachlässigbare Ansprechverzögerung der Kupplung nach Einschalten der

; Magnetspule auftritt. Außerdem besitzt die Magnetspule cine erhebliche Größe, da zur Aktivierung der Schlingband-Feder erhebliche Magnetkräfte vorgesehen werden müssen, da das Federmaterial gewöhnlich schlechte ferromagnetische Eigenschaften besitzt.

ι Aus der US-PS 3 185276 ist es bekannt, das freie Ende einer Schlingband-Feder mit einem Steuerring zu versehen. Dieser Steuerring wird von einer feststehend angeordneten Magnetspule in axialer Richtung angezogen. Der Steuerring bringt zwar den Vorteil

-, mit sich, daß eine höhere Ansprechgeschwindigkeit der Kupplung erreicht wird, hat aber bei feststehendem Elektromagneten den Nachteil, daß auf die Kupplung zusätzliche Axialkräftc ausgeübt werden.

die von den Lagern etc. aufgenommen werden müssen. In einer Ausführungsform der FR-PS 969 833 ist ebenfalls eine stationäre Magnetspule vorgesehen, in einer anderen Ausführungsform ist jedoch die Schwierigkeit der zusätzlichen Axialbeiastung dadurch vermieden, daß die Magnetspule mit dem Steuerring umlaufend angeordnet ist, so daß die erzeugten Axialkräfte zwischen dem Steuerring und der Magnetspule sich gegenseitig aufheben. Eine solche Anordnung hat aber den zusätzlichen Nachteil, daß die to Energiezufuhr zur Magnetspule über Schleifringe vorgenommen wird, was andere Probleme nach sich zieht.

Es ist demnach die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Kupplung der gat- r> tungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß zwar eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit der Kupplung erreicht wird, andererseits aber keine zusätzlichen Axialkräfte auf die Kupplung im erregten Zustand aufgebracht werden. :ί>

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung durch die im Kennzeichen formulierten Merkmalsgruppen a) und b) gelöst.

Das Merkmal a) aus dem Kennzeichen des Haupt- r> anspruches ist wie schon angedeutet bereits bei den eingangs genannten Kupplungen nach der US-PS 3185276 bzw. der FR-PS 969833 bekannt.

Durch die jetzt angegebene Lösung wird trotz Verwendung einer stationären Magnetspule in Verbin- jii dung mit einem Steuerring, was zu einer höheren Ansprechgeschwindigkeit führt, keine axiale Belastung der Kupplungsanordnung erzeugt, weil der Übergang der Magnetlinien von den stationären Polstücken der Magnetspule zu den sich drehenden Teilen (Schulter- r> ring bzw. Steuerring) rein radial erfolgt. Die axiale Anziehung zwischen dem Steuerring und dem Schulterring wirkt sich dabei auf die axiale Belastung der Kupplung nicht aus, weil diese beiden Teile sich im eingeschalteten Zustand der Kupplung aneinander -m abstützen.

Da der magnetische Pfad der Flußlinien nicht mehr durch den schlechten magnetischen Leiter der Schlingband-Feder hindurchtreten muß und auch keine wesentliche Luftspalte zu überbrücken hat, r, kann die gesamte Kupplung gedrängter gebaut werden, weil die Magnetspule nicht mehr so groß zu sein braucht. Die zum Betreiben der erfindungsgemäßen Kupplung benötigte Energie ist wesentlich geringer als bei der gattungsgemäßen Kupplung. Außerdem ->m ergibt sich infolge der Verwendung des Steuerrings eine recht kurze Ansprechzeit.

Ein besonderer Vorteil der Kupplung besteht darin, daß der während der Aktivierung erzeugte Widerstand bzw. die Reibungsverluste minimiert werden. -,-> Die magnetischen Kräfte, die im wesentlichen ausschließlich in radialer Richtung aufgebracht werden und um den Umfang gleichförmig verteilt sind, werden effektiv abgeglichen. Die geringe Größe und die sich daraus ergebende geringe Trägheit des Steuerrings „o trägt ebenfalls dazu bei, den Widerstand zu minimieren.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Kupplung gegenüber demjenigen Stand der Technik, der einen Steuerring benutzt, besteht darin, daß erfin- ₍₁j dungsgemäß keine wesentlichen axialen Kräfte erzeugt werden, wie sie notwendigerweise durch solche Kupplungen erzeugt werden, die eine feststehende Magnetspule besitzen. Indem keine axialen Kräfte erzeugt werden, verringern sich die Reibungsverluste und werden besondere Lagerflächen überflüssig, um derartige Axialkräfte aufzunehmen. Hieraus ergibt sich eine verringerte Abnutzung, eine größere Zuverlässigkeit und eine verlängerte Lebensdauer.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Kupplung gegenüber solchen Kupplungen, die keinen Steuevring besitzen, besteht darin, daß eine größere Effizienz und ein genaueres Ansprechen erzielt wird. Außerdem können die Luftspalte und die Reibflächen besser unter Kontrolle gehalten werden.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt, wobei vier verschiedene Quadranten gezeigt werden, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, und

Fig. 3 eine Teilschnittansicht wichtiger Teile einer abgewandelten Ausführungsform.

In der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 weist die magnetische Kupplung 10 einP röhrenförmige Achse 11, eine feststehende Nabenanordnung 12, eine koaxial angeordnete drehbare Nabe 13, eine schraubenförmige Kupplungsfeder 14, die an der Nabe 13 befestigt ist und über einen Teil der Nabenanordnung 12 hinausragt, einen Steuerring 15 und eine ringförmige Elektromagnetanordnung 16 auf.

Die röhrenförmige Achse 11 ist mit einer Nut 17 zum Verkeilen mit einer nicht gezeigten Achse versehen, die in die röhrenförmige Achse 11 einzusetzen ist, um das Drehmoment von ihr zu übernehmen. ·

Die feststehende Nabenanordnung 12 besteht aus einem inneren röhrenförmigen Element 18 mit einer zylindrischen äußeren Oberfläche 19 und einem radial vorstehenden ferromagnetische!! Ring 20, wobei diese beiden Bauteile fest zusammengefügt sind.

Die zweiteilige Struktur vereinfacht die Herstellung und macht die Verwendung eines nichtmagnetischen Materials für das röhrenförmige Element möglich. Die beiden Teile können, auch wenn dies weniger wünschenswert ist, in einer einher'ichen lerromagnetischen Struktur kombiniert werden. Der Ringabschnitt ist am inneren Rand 21 wie dargestellt unterschnitten, um einen Entlastungshohlraum vorzusehen. Die Nabenanordnung ist auf der Achse 11 dicht passend befestigt, und zwar entweder durch eine Keil-Nut-Verbindung oder durch eine Preßpassung.

Die Nabe 13, die nicht ferromagnetisch ist, ist bezüglich der Achse 11 und bezüglich des Endes des röhrenförmigen Elements 18 drehbar. Sie hat eine zylindrische Oberfläche 22, die dem Durchmesser der Oberfläche 19 des röhrenförmigen Elementes 18 entspricht und die einen Teil der schraubenförmigen Kupplungsfeder 14 eng passend darauf aufgewickelt trägt. Der übrige Teil der Feder besitzt normalerweise einen etwas größeren Durchmesser, so daß er um das röhrenförmige Element 18 frei drehbar ist. Andererseits kann die Feder einen konstanten Durchmesser besitzen, wobei der Durchmesser der Nabenoberfläche 22 dann entsprechend vergrößert ist, um ciie notwendige dichte Passung \orzusehen. Der freie Abschnitt der Feder endet in einem axial sich erstreckenden Dorn 23. der in eine öffnung 24 hineinpaßt, die in der Seite des Sleueirings 15 vorgesehen ist.

Der Ring 15 paßt mit geringem Spie! aber drehbar auf die zylindrische Oberfläche 19 der Nabenanordnung 12 und befindet sich neben der radial sich erstreckenden Endoberfläche des Ringes 20. Die Endoberfläche 25 des Ringes 15 oder die Oberfläche des Ringes 20, die mit ersterer in Kontakt steht, ist wahlweise leicht aufgerauht oder mit Ritzen oder Nuten versehen, um zusätzliche Entlastungshohlräume vorzusehen, die dazu beitragen, eine geringfügige Ansammlung von Gummiablagerungen oder anderen Bruchstücken an den miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen des Ringes 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 28 aus Hartstahl trägt, ein gegenüberliegendes Endstück 29, das ein Hülsenteil 30 trägt, und eine innere röhrenförmige axiale Verlängerung 31 besitzt, und eine elektromagnetische Spule 32 auf. Die Spule ist innerhalb der ferromagnetischen Anordnung in einer ausgehärteten Hartmatrix 33 eingebettet und ist mit nicht dargestellten Anschlußleitungen versehen, um mit einer Steuerschaltung verbunden zu werden. Ein Sprengring 34 hält die ganze Anordnung zusammen.

In einem Anwendungsfall wird die Achse 11 der Anordnung auf der Achse einer Vorrichtung angeordnet und mit deren Achse verkeilt, wobei es sich beispielsweise um eine Papierfördervorrichtung handeln kann, die intermittierend zu betreiben ist. Die Nabe 13 wird kontinuierlich gedreht, beispielsweise über ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe (nicht gezeigt), das bzw. die an dem freiliegenden, einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt der Nabe befestigt wird. Die Magnetanordnung ist an einem stationären Rahmen mit Hilfe von nicht gezeigten Mitteln befestigt, und die Spule ist über eine geeignete Schaltung mit einer geeigneten Spannungsqueüe verbun-

den. Bei Aktivierung wird ein magnetischer Kreis aufgebaut, und die magnetischen Flußlinien treten radial zwischen dem Endstück und dem Nabenteil 20 zwischen der Verlängerung 31 und dem Ring 15 hindurch. Der Ring 15 wird angezogen und in Kontakt mit dem Teil 20 gehalten, was die rotierende Kupplungsfeder veranlaßt, sich gegen die Oberfläche 19 festzuziehen und diese festzuhalten, was zu einer Drehung der Nabenanordnung 12 und der Achse Il führt. Eine Entregung des Elektromagneten löst den Ring 15 von dem Teil 20, was dem freien Abschnitt der Feder 14 erlaubt, sich wieder auf den normalen Durchmesser auszudehnen, um so außer Eingriff mit der Nabe 12 zu kommen.

Es ist auch eine umgekehrte Betriebsweise möglich, bei der die Achse 11 und die Nabenanordnung 12 als Eingang und die Nabe 13 als Ausgang dienen. Die Konzentrizität der Bauteile wird sichergestellt, indem das verhältnismäßig weichere Endteil 27 mit einem etwas geringeren inneren Durchmesser ausgebildet wird als der Ring 28 aus hartem Stahl, um dann das Endstück nachzubearbeiten, um es an den Durchmesser des Ringes anzupassen. Die somit hergestellte zusammengesetzte Lagerfläche besitzt einen gleichmäßigen radialen Abstand, eine genaue Paßform und hat eine hohe Lebensdauer.

In der abgewandelten Ausführungsform der Fig. 3 ist die innere Oberfläche der Verlängerung 31' im Durchmesser über der Kupplungsfeder erhöht, behält jedoch einen kleineren Durchmesser an dem freien Endabschnitt bei, der den größten Teil des Steuerringes 15' umgibt. Die äußere Oberfläche des Ringes 15' besitzt einen verringerten Durchmesser unterhalb des Endes der Verlängerung 31' und erstreckt sich über den Abschnitt der Verlängerung mit dem kleinen Durchmesser hinaus. Mit dieser geringfügig komplizierten Anordnung kann eine weitere Verringerung des Widerstandes erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigbare Schlingband-Federkupplung, mit einer mit einer Kupplungswelle verkeilten Hülse, auf der eine erste, frei drehbare Nabe und eine zweite, mit der Hülse fest verbundene Nabe angeordnet sind, wobei das eine Ende einer Schlingbandfeder mit der ersten Nabe verbunden ist und das andere Ende die zweite ' Nabe in axialer Richtung übergreift und im nicht aktivierten Zustand mit radialem Abstand umschlingt, mit einer stationären, die Schlingbandfeder umgebenden, wahlweise betätigbaren Magnetspule mit einem im radialen Abstand zur ι zweiten Nabe endenden, ferOmagnetiscben ersten Polstück, sowie mit einem die Magnetspule teilweise umgebenden zweiten Polstück, wobei die Enden der Polstücke in bezug auf die rotierenden ferromagnetischen Teile der Kupplung so verlau- : fen, daß der Magnetfluß rein radial übergeht, dadurch gekennzeichnet,

a) daß mit dem freien Ende der Schlingbandfeder (14) ein ferromagnetischer Steuerring (15) verbunden ist, der im nicht erregten Zu- : stand mit der Schlingbandfeder relativ zur zweiten Nabe (18) umläuft;

b) daß auf der zweiten Nabe (18) als radial nach innen weisende Verlängerung für den Magnetfluß des ersten Polstückes (27) ein ferromagnetischer Schulterring (20) befestigt ist, an dessen einer axialen Stirnfläche (bei 25) der Steuerring (15) anliegt, und das zweite Polstück (29) eine axial verlaufende Verlängerung (31) aufweist, die durch einen axialen, den Magnetfluß sperrenden Luftspalt vom ersten Polstück (27) getrennt am Außenumfang des Steuerringes (15) endet.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlingbandfeder (14) in bekannter Weise mit dem freien Ende in einem axial vorspringenden Dorn (23) endet und der Steuerring mit einem Loch versehen ist, um den Dorn aufzunehmen.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (26 bis 29; 31) ein ringförmiges, geschlossenes Gehäuse bilden, das eine ringförmige Magnetspule (32) enthält.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Polstück (27) drehbar auf dem Schulterring (20) der eisten Nabe (18) gelagert ist.

5. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke ein äußeres röhrenförmiges Gehäuse (26), ein mit einer Ausnehmung versehenes erstes, radial verlaufendes Endstück (27), das über den Schulterring (20) paßt und daran anliegt, und ein gegenüberliegendes zweites Endstück (29) umfassen, das über die erste Nabe (13) paßt und daran anliegt und eine innere röhrenförmige axiale Verlängerung (31) besitzt, die über der Feder (14) liegt.

6. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser der axialen Verlängerung (31) über die ganze Länge gleich ist.

7. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser der axialen Verlängerung (31) um die Feder herum größer ist als im Bereich der zentralen Breite des Steuerringes (15'), wobei der Steuerring einen verringerten äußeren Durchmesser neben der Schulter aufweist (Fig. 3).