DE3710769C1

DE3710769C1 - Magnetic end-face rotary coupling (clutch)

Info

Publication number: DE3710769C1
Application number: DE19873710769
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Rer Pol Datz
Original assignee: Datz Hermann Dr
Current assignee: DATZ, FALK WILHELM, 56626 ANDERNACH, DE DATZ, GEB.
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-09-29

Abstract

The invention describes a magnetic coupling, consisting of few parts, for transmitting a limitable torque upon overshooting of which the transmission of force is interrupted. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Stirndreh-Kupplung zur Übertragung von Drehmomenten mit wählbarer Begrenzung.The invention relates to a magnetic Face turning clutch for the transmission of torques with selectable limitation.

Die magnetische Stirndreh-Kupplung findet vorwiegend Anwendung in Zuammenhang mit motorisch angetriebenen Werkzeugen, mittels welcher mit Gewinde versehene Gegenstände in einen beliebigen Werkstoff einschraubbar oder auf andere mit Gewinde versehene Gegenstände aufschraubbar sind, wobei bei entsprechender Begrenzung eines zu übertragenden Drehmoments ein Überdrehen und damit eine Zerstörung von Werkstücken und Werkstoffen und von Gewinden oder Verschließ-Nocken mit Sicherheit vermieden werden soll.The magnetic face-turning clutch predominantly takes place Application in connection with motor driven Tools by means of which threaded Objects can be screwed into any material or other threaded objects can be screwed on, with corresponding limitation of a torque to be transmitted, an overturning and thus destruction of workpieces and materials and of threads or locking cams with certainty should be avoided.

Nach der DE-AS 11 14 917 ist eine Magnetkupplung bekannt, bei der der Spalt zwischen den mit Form-Magnetkörpern bestückten Kupplungsscheiben durch Verdrehen der Abtriebswelle gegenüber der abtriebsseitigen Kupplungs scheibe einstellbar ist, wobei sich die Kupplungsscheiben über ein Axial-Kugellager gegeneinander abstützen. Die bekannte Magnetkupplung hat den Nachteil, daß der Rückschluß der Kraftlinien der Magnetkörper in beiden Kupplungsscheiben vorgesehen ist, wobei diese aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehen. Diese bekannte Konstruktion läßt einen optimalen Kraftlinien-Rückschluß nicht zustandekommen, auch dann nicht, wenn nur eine der beiden Kupplungsscheiben aus magnetisierbarem Werkstoff bestehen würde. Die Begrenzung des Minimalluftspaltes zwischen den Kupplungsscheiben bedarf besonderer Sorgfalt und Kenntis der Konstruktion der Mechanismen zur Einstellung und eine ständige Überwachung durch erfahrene Fachkräfte. Für den mitunter rauhen praktischen Betrieb ist die bekannte Kupplung nicht geeignet, da die Gefahr besteht, daß sich bei den Relativbewegungen zwischen den Kupplungsscheiben bei Eintritt des gewünschten Abbruchs der Drehmoment-Übertragung, insbesondere bei einem Betrieb bei minimalem Luftspalt, der Sicherheits-Abstand zwischen der freien Kante des Sicherheitsmantels und dem abtriebsseitigen Kupplungsgehäuse bei Abnutzung der Sicherheitsmantel-Kante verringert. Bei fortgeschrittener Abnutzung besteht die Gefahr eines Pol-Kurzschlusses, bei dem die Funktion der Kupplung außer Kraft gesetzt wird. Zur Bestückung der beiden Kupplungsscheiben sind sehr kompliziert und kostenaufwendig herzustellende, nur für einen speziellen Bedarfsfall bestimmte, handelsüblich nicht erhältliche Magnet-Formkörper erforderlich.According to DE-AS 11 14 917, a magnetic coupling is known where the gap between the with magnetic form bodies equipped clutch discs by turning the Output shaft opposite the clutch on the output side disc is adjustable, with the clutch discs Support each other using an axial ball bearing. The known magnetic coupling has the disadvantage that the Inference of the lines of force of the magnetic body in both Clutch plates is provided, which consists of a magnetizable material exist. This well-known Construction leaves an optimal line of force inference failed, even if only one of the two clutch disks made of magnetizable material would exist. The limitation of the minimum air gap special care is required between the clutch discs and knowledge of the construction of the mechanisms for Attitude and constant monitoring by experienced Professionals. For the sometimes rough, practical operation the known coupling is not suitable because of the danger there is that in the relative movements between the Clutch disks when the desired termination occurs the torque transmission, especially with one Operation with minimal air gap, the safety distance between the free edge of the safety jacket and the output side clutch housing when the Safety jacket edge reduced. With advanced Wear there is a risk of a pole short circuit which the function of the clutch is overridden. To equip the two clutch plates are very complicated and expensive to manufacture, only for determined a special need, customary in the trade Magnetic moldings not available are required.

Nach der US-PS 26 38 558 ist eine Vorrichtung zur magnetischen Kraftübertragung bekannt, bei der in den Kupplungsscheiben Bohrungen zur Aufnahme zylindrischer Magnetkörper angeordnet sind. An den in der antriebs seitigen Kupplungsscheibe angeordneten Magnetkörpern sind mittels Schrauben Eisenrückschlußplatten befestigt. Der Beschreibung der bekannten Kupplung ist nicht zu entnehmen, daß bei Einhaltung besonderer Maße bei der Auswahl der Magnetkörper und der Eisenrückschlußplatten eine optimale Konzentration des Rückschlusses der Kraftlinien erzielbar ist. Mittels der bekannten Kupplung ist nur eine eng begrenzte Übertragung von Drehmomenten möglich. Die bekannte Kupplung besteht aus einer Vielzahl von schwierig herzustellenden Einzelteilen. Die Justierung und Wartung der Kupplung ist in besonderem Maße kompliziert. Die bekannte Kupplung weist den Nachteil auf, daß der für einen Sonderzweck ausgelegte Luftspalt zwischen den Kupplungsscheiben nicht variiert werden kann, damit kann die Kupplung den sich aus unterschiedlichen Betriebs bedingungen ergebenden Forderungen nicht angepaßt werden.According to US-PS 26 38 558 is a device for magnetic power transmission known in the Coupling disc bores for receiving cylindrical Magnetic body are arranged. On the in the drive side clutch disc arranged magnetic bodies are attached by means of iron yoke plates. The description of the known clutch is not too derive from the fact that with special measures with the Selection of magnetic bodies and iron yoke plates an optimal concentration of the conclusion of the Lines of force can be achieved. By means of the known clutch is only a narrowly limited transmission of torques possible. The known clutch consists of a variety of difficult to manufacture individual parts. The adjustment and maintenance of the clutch is particularly complicated. The known clutch has the disadvantage that the air gap designed for a special purpose between the Clutch disks cannot be varied so that can the clutch derives from different operating requirements resulting from conditions are not adjusted.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine einfach herzustellende, stabile und hochgenaue Konstruktion für die Kupplungsscheiben einer magnetischen Stirndreh-Kupplung zur Übertragung von Drehmomenten mit wählbarer Begrenzung zu schaffen.The object underlying the invention is an easy to manufacture, stable and highly accurate Construction for the clutch discs of a magnetic Face turning clutch for the transmission of torques with create selectable limit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the im Characteristics of the features specified solved.

Erfindungsgemäß ist erreichbar, daß die Übertragung von Drehmomenten auf Drehwerkzeuge, zum Beispiel Schrauber, mit wählbarer Begrenzung zuverlässig und mühelos erfolgen kann, so daß Schäden an Werkstoffen und Gegenständen, in die mit Gewinde versehenen Teile einschraubbar sind, und an den Gewinden oder Verschließ-Nocken der miteinander zu verbindenden Teile mit Sicherheit vermieden werden, daß die Kupplung eine hochgenaue Konstruktion aufweist, stabil ist und aus nur wenigen, einfach herzustellenden Teilen besteht und daß zur Bestückung der Kupplungsscheiben einfache handelsübliche zylindrische Magnetkörper benötigt werden, wobei die Einhaltung der Maße bei der Ausgestaltung der Eisenrückschlußplatten keine Schwierigkeiten bereitet, um den optimal erzielbaren Kraftlinien-Rückschluß zwecks Übertragung möglichst hoher Drehmomente zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße magnetische Stirndreh-Kupplung ist den erforderlichen betrieblichen Gegebenheiten leicht anpaßbar, wobei Bedienungsfehler, etwa die Herbeiführung eines Pol-Kurzschlusses mit Sicherheit ausgeschlossen sind.According to the invention it can be achieved that the transmission of Torques on turning tools, e.g. screwdrivers, done reliably and effortlessly with selectable limitation can, so that damage to materials and objects, in the threaded parts can be screwed in, and on the threads or locking cams of each other connecting parts can be avoided with certainty that the coupling has a high-precision construction, stable and from just a few, easy to manufacture parts exists and that for equipping the clutch discs simple commercially available cylindrical magnetic body required be, observing the dimensions in the design the iron return plates pose no problems, for the optimally achievable line of force inference To ensure transmission of the highest possible torque. The magnetic rotary face coupling according to the invention is the required operational conditions easily adaptable, with operating errors, such as induction a pole short circuit are definitely excluded.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an embodiment of the Invention shown. It shows

Fig. 1 die magnetische Stirndreh-Kupplung im Längsschnitt; Figure 1 shows the magnetic face clutch in longitudinal section.

Fig. 2 die Anordnung der Permanent-Magnete in den beiden Kupplungsscheiben verdeutlicht im Schnitt mit der Darstellung der Abstandskugel anstelle eines Sicherheits-Abstandsringes. Fig. 2 illustrates the arrangement of the permanent magnets in the two clutch discs in section with the representation of the spacer ball instead of a safety spacer ring.

Mit 1 ist das antriebsseitige Kupplungsgehäuse bezeichnet, das mit dem Kupplungsgehäuse 2 verschraubbar ist, in dem die Abtriebswelle 3 drehbar und in Längsrichtung unverschieblich gelagert ist. Mit dem Kupplungsgehäuse 1 ist die Kupplungsscheibe 4 fest verbunden. Die Abtriebswelle 3 ist mit einem Flansch 6 versehen, mit dem die Kupplungsscheibe 5 fest verbunden ist. Die Lagerung der Abtriebswelle 3 erfolgt in Wälzlagern 7 mit geringstmöglichem Radial- und Axialspiel, damit der durch ein Verdrehen des Kupplungsgehäuses 2 gegenüber dem Kupplungsgehäuse 1 einstellbare Spalt zwischen den Kupplungsscheiben 4 und 5 während des Betriebes erhalten bleibt. Die Kupplungsscheiben 4 und 5 bestehen aus einem unmagnetischen Werkstoff und sind peripherisch mit axial magnetisierten Permanent-Magneten 8 bestückt, die in in den Kupplungsscheiben angebrachten Aufnahme bohrungen 9 eingelassen und befestigt sind, wobei im Ausführungsbeispiel sämtliche in der antriebsseitigen Kupplungsscheibe 4 angeordneten Magnetkörper 8 einheitlich mit dem Nordpol der gegenüberstehenden abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 5 und sämltliche in der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 5 angeordneten Magnetkörper 8 mit dem Südpol der Kupplungsscheibe 4 zugewandt sind. 1 with the drive-side clutch housing is referred to, which can be screwed to the clutch housing 2 , in which the output shaft 3 is rotatable and non-displaceably mounted in the longitudinal direction. The clutch disc 4 is firmly connected to the clutch housing 1 . The output shaft 3 is provided with a flange 6 , with which the clutch disc 5 is fixedly connected. The output shaft 3 is supported in roller bearings 7 with the least possible radial and axial play, so that the gap between the clutch discs 4 and 5, which can be adjusted by rotating the clutch housing 2 relative to the clutch housing 1 , is retained during operation. The clutch disks 4 and 5 are made of a non-magnetic material and are equipped peripherally with axially magnetized permanent magnets 8 , which are inserted and fastened in the receiving disk holes 9 in the clutch disks, all of the magnet bodies 8 arranged in the drive-side clutch disk 4 being uniform with the north pole of the opposite clutch disc 5 on the output side and all the magnetic bodies 8 arranged in the clutch disc 5 on the output side face the clutch disc 4 with the south pole.

Um einen Kontakt der sich gegenüberstehenden Magnetkörper 8 und damit einen Pol-Kurzschluß auszuschließen, kann zwischen den Kupplungsscheiben 4 und 5 ein Sicherheits- Abstandsring 10 vorgesehen werden.In order to exclude contact between the opposing magnetic bodies 8 and thus a pole short circuit, a safety spacer ring 10 can be provided between the clutch disks 4 and 5 .

Da bei einem unsachgemäßen Zusammenschrauben der beiden Kupplunggehäuse 1 und 2 über den Abstandsring 10 eine unerwünschte Drehmoment-Übertragung herbeiführbar ist, wobei sich die Höhe des Abstandsringes infolge eines Verschleißes so weit verringert, daß bei einem weiteren unsachgemäßen Zusammenschrauben der Kupplungsgehäuse der Luftspalt zwischen den Kupplungsscheiben der zu vermeidende Pol-Kurzschluß infolge einer Berührung der beiden Kupplungsscheiben eintritt, ist erfindungs gemäß vorgesehen, anstelle des Abstandsringes in der Mitte der Oberfläche, zum Beispiel der Kupplungsscheibe 5, in einer Bohrung eine mit einem Abschnitt aus dem Profil der Oberfläche der Kupplungsscheibe herausragende Abstandskugel 16 unverlierbar zu befestigen, wie in Fig. 2 dargestellt. Bei einer Berührung des Poles der Abstands kugel 16 mit der ebenen Fläche der gegenüberstehenden Kupplungsscheibe ist eine unerwünschte Übertragung des Drehmoments und eine die Funktion der Kupplung störende nicht beabsichtigte Annäherung der beiden Kupplungs scheiben mit Sicherheit vermeidbar.Since improper screwing of the two clutch housings 1 and 2 can cause undesirable torque transmission via the spacer ring 10 , the height of the spacer ring being reduced as a result of wear and tear so that when the clutch housing is improperly screwed together, the air gap between the clutch discs is reduced The pole short circuit to be avoided as a result of a contact between the two clutch disks is provided according to the invention, instead of the spacer ring in the middle of the surface, for example the clutch disk 5 , in a bore a spacer ball 16 projecting with a section from the profile of the surface of the clutch disk to be captively attached, as shown in Fig. 2. When touching the pole of the spacer ball 16 with the flat surface of the opposing clutch disc, an undesirable transmission of the torque and a disruptive approach to the function of the clutch disruptive approach of the two clutch discs can be avoided with certainty.

Die mit dem Nordpol der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 5 zugewandten Magnetkörper werden erfindungsgemäß mit aus Reineisen oder St 37 bestehenden Eisenrückschlußplatten 15 auf ihre Südpolseite bestückt. Dadurch wird eine erhebliche Erhöhung der Magnet-Kraftliniendichte infolge einer dadurch bewirkten Umlenkung und Konzentration des Magnetflusses auf deren Nordpolseite erreicht. Der Durchmesser der Eisenrückschlußplatten 15 entspricht dem Durchmesser der Magnetkörper 8 und die mit H 2 bezeichnete Höhe der Eisenrückschlußplatten 15 ist um ein Drittel höher bemessen als die Höhe H 1 der Magnetkörper 8.The magnetic bodies facing the north pole of the clutch disc 5 on the output side are, according to the invention, equipped with iron return plates 15 consisting of pure iron or St 37 on their south pole side. As a result, the magnetic force line density is increased considerably as a result of a deflection and concentration of the magnetic flux on the north pole side thereof. The diameter of the iron return plates 15 corresponds to the diameter of the magnetic bodies 8 and the height of the iron return plates 15 denoted by H 2 is dimensioned one third higher than the height H 1 of the magnetic bodies 8 .

Wie in Fig. 2 verdeutlicht dargestellt, sind die Bohrungen 9 tiefer geführt, als dies der Höhe H 1 der Magnetkörper 8 beziehungsweise der Gesamthöhe H 3 der mit den Eisenrückschlußplatten 15 zusammengefügten Magnetkörper 8 entspricht. Im Grund der Bohrungen 9 sind Gewindebohrungen 11 vorgesehen, durch die Stellschrauben 12 bis zur Herstellung eines Kontaktes mit den Rückseiten der in den Bohrungen 9 untergebrachten Magnetkörper 8 beziehungsweise der diesen angehefteten Eisenrückschlußplatten 15 zu deren Justierung einschraubbar sind.As illustrated in FIG. 2, the bores 9 are made deeper than this corresponds to the height H 1 of the magnet body 8 or the total height H 3 of the magnet body 8 joined with the iron yoke plates 15 . In the bottom of the bores 9 , threaded bores 11 are provided, by means of which the set screws 12 can be screwed in to adjust them until contact with the rear sides of the magnetic bodies 8 accommodated in the bores 9 or the iron yoke plates 15 attached to them.

Bei der Montage der Kupplungsscheiben 4 und 5 werden die in einheitlicher Polarität bereitgehaltenen Magnetkörper 8 beziehungsweise mit den Eisenrückschlußplatten 15 bestückten Magnetkörper zunächst in die Bohrungen 9 eingesetzt und nach Auffüllen des freien Zwischenraumes 13 mit einem Kunstharz-Metallkleber mittels der in die Gewindebohrungen 11 einschraubbaren Stellschrauben 12 bis zum Erreichen eines bündigen Abschlusses der Stirnflächen der Magnetkörper 8 mit der jeweiligen Oberfläche der Kupplungsscheibe justiert. Durch das Ein dringen des Kunstharz-Metallklebers in den ringförmigen Spalt zwischen der Aufnahmebohrung 9 und der Mantelfläche der Magnetkörper 8 wird deren Stabilisierung erreicht. When assembling the clutch disks 4 and 5 , the magnetic bodies 8 or magnetic bodies equipped with the iron yoke plates 15 are first inserted into the bores 9 and after filling the free space 13 with a synthetic resin metal adhesive by means of the set screws 12 which can be screwed into the threaded bores 11 until the end faces of the magnetic bodies 8 are aligned with the respective surface of the clutch disc. By penetrating the synthetic resin metal adhesive into the annular gap between the receiving bore 9 and the outer surface of the magnetic body 8 , their stabilization is achieved.

Nach erfolgter Montage werden die Oberflächen der Kupplungsscheiben 4 und 5 mit einem abriebfesten Isolierlack bedeckt oder mit sehr dünnen Glasplatten abgeschlossen, um die Kupplungsscheiben ohne Beschädigung der Magnetkörper reinigen zu können.After assembly, the surfaces of the clutch plates 4 and 5 are covered with an abrasion-resistant insulating varnish or finished with very thin glass plates in order to be able to clean the clutch plates without damaging the magnetic bodies.

Durch eine Verdrehung des Kupplungsgehäuses 2 gegenüber dem antriebsseitigen Kupplungsgehäuse 1 wird Einfluß genommen auf die Bemessung des Spaltes zwischen den Kupplungsscheiben 4 und 5 damit auf das auf die Abtriebswelle 3 zu übertragende Drehmoment. Bei einer bestimmten Spaltbreite wird die Kraftübertragung bei Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen höchstzulässigen Drehmoments abgebrochen, wobei die antriebsseitige Kupplungsscheibe 4 weiter umläuft und die Kupplungsscheibe 5 zum Stillstand kommt.By rotating the clutch housing 2 with respect to the drive-side clutch housing 1 , the dimensioning of the gap between the clutch discs 4 and 5 is influenced, and thus the torque to be transmitted to the output shaft 3 . With a certain gap width, the power transmission is interrupted when a predetermined maximum permissible torque is reached or exceeded, the clutch disk 4 on the drive side continuing to rotate and the clutch disk 5 coming to a standstill.

Der durch das Verschrauben des Kupplungsgehäuses 2 mit dem Kupplungsgehäuse 1 einstellbare Luftspalt zwischen den Kupplungsscheiben 4 und 5 wird mittels der auf dem Außengewinde des Kupplungsgehäuses 2 vorgesehenen Gegenmutter 14 gegen eine Veränderung während des Betriebes gesichert.The adjustable by the screwing of the clutch housing 2 with the coupling housing 1 air gap between the clutch discs 4 and 5 is secured against movement during the operation by means of the provided on the external thread of the coupling housing 2 locknut fourteenth

Nach dem Ausführungsbeispiel laufen die beiden Kupplungsgehäuse 1 und 2 während des Betriebes angetrieben um. Falls es erwünscht ist, daß das gesamte Kupplungsgehäuse während des Betriebes feststeht, kann das antriebsseitige Kupplungsgehäuse 1 mit einem an ein Motorgehäuse fest zu verbindenden Flansch versehen werden, wobei in dem antriebsseitigen Kupplungsgehäuse 1 eine mit der Kupplungsscheibe 4 verbundene Antriebswelle, entsprechend der Abtriebswelle 3, drehbar und in Längsrichtung unverschieblich gelagert, anzuordnen wäre.According to the embodiment, the two clutch housings 1 and 2 are driven in rotation during operation. If it is desired that the entire clutch housing is fixed during operation, the drive-side clutch housing 1 can be provided with a flange which is to be fixedly connected to a motor housing, in the drive-side clutch housing 1 a drive shaft connected to the clutch disc 4 , corresponding to the output shaft 3 , would be rotatable and mounted in the longitudinal direction immovable.

Claims

1. Magnetic face turning coupling for transmission of torques with selectable limitation with the following features:

a) a multiplicity of axially magnetized permanent magnet bodies ( 8 ) is arranged peripherally on the clutch disks ( 4, 5 ),
b) the one clutch disc is axially supported relative to the other clutch disc by at least one rotary bearing and axially adjustable by a thread,

characterized by the following features:

c) the magnetic bodies ( 8 ) are mounted in the non-magnetic coupling disks ( 4 and 5 ) in the mounting holes ( 9 );
d) the receiving bores ( 9 ) have a greater depth than this corresponds to the height (H 1 ) of the magnet body ( 8 ) or the total height (H 3 ) of the magnet body ( 8 ) equipped with iron yoke plates ( 15 );
e) in the bottom of the receiving bores ( 9 ) are threaded bores ( 11 ) through which set screws ( 12 ) for adjusting the magnetic bodies ( 8 ) can be inserted;
f) the free space ( 13 ) between the bottom of the receiving bore ( 9 ) and the back of the magnetic body with and without iron return plates ( 15 ) is filled with a synthetic resin metal adhesive;
g) the outwardly facing surfaces of the magnetic body ( 8 ) are precision machined;
h) the surfaces of the clutch discs ( 4 and 5 ) are finely machined and are flush with the surfaces of the magnetic bodies ( 8 );
i) the diameter of the iron yoke plates ( 15 ) consisting of pure iron or St 37 corresponds to that of the magnetic body ( 8 ) and the height (H 2 ) of the iron yoke plates ( 15 ) exceeds the height (H 1 ) of one of the clutch plates ( 4, 5 ) arranged magnetic body ( 8 ) by a third.

2. Magnetic rotary face coupling according to claims 1, characterized in that the surfaces of the clutch discs ( 4, 5 ) with the magnetic bodies ( 8 ) inserted therein are covered with an abrasion-resistant insulating lacquer;

3. Magnetic face-turning coupling according to claims 1 and 2, characterized in that in the middle of the surface of one of the clutch discs ( 4 or 5 ) in a bore with a portion projecting from the surface of the clutch disc spacer ball ( 16 ) is captively attached , the pole of which comes into contact with the surface of the opposite clutch disk when a minimum distance between the two clutch disks is reached.