DE3934920C2 - Verfahren zum Herstellen einer mehrpoligen Kupplungsscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mehrpoligen Kupplungsscheibe für eine elektromagnetische Kupplungseinrichtung, wie z. B. eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 4 685 202 ist es bereits bekannt, in einer Kupplungsscheibe Schlitze unter Verwendung eines Laserstrahls herzustellen. Bei diesem bekannten Verfahren bildet ein Laserstrahl kontinuierliche Schlitze aus, die sofort wieder mit unmagnetischem Material gefüllt werden.

Außerdem besteht die Möglichkeit, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete gekrümmte, d. h. längs konzentrischer Kreisringe angeordnete Schlitze herzustellen, die durch unmagnetische Brücken getrennt sind, welche durch Füllen der betreffenden Schlitzbereiche mit einem unmagnetischen Material erhalten werden.

Das in der US-PS 4 685 202 beschriebene Verfahren stellt hinsichtlich der Herstellung magnetischer Kupplungs­ scheiben eine beachtliche Verbesserung dar. Selbst dieses modernste Verfahren leidet jedoch an gewissen Einschränkungen. Beispielsweise ist es schwierig Schlitze mit beträchtlicher radialer Breite in einem einzigen Durchlauf und mit hoher Produktionsgeschwindigkeit herzustellen, ohne sehr energie­ reiche Laser einzusetzen, die einen Laserstrahl beträcht­ lichen Durchmessers erzeugen.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend er­ läuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Kupplungsscheibe unter Verwendung eines Lasers anzugeben und dabei bei Einsatz eines Lasers mit vergleichsweise geringer Leistung die Herstellung relativ breiter Schlitze in einer Scheibe zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei darin, daß durch Defokussieren des Laserstrahls hinsichtlich seines Auftreffbereichs an der Scheibe ein größerer Strahldurchmesser an der Scheibe erreicht wird und daß die damit verbundene Verringerung der Energie zum Aufschmelzen des Scheibenmaterials dadurch ausgeglichen wird, daß ein Druckgasstrahl eingesetzt wird, um das geschmolzene bzw. das erweichte Metall der Scheibe wegzublasen bzw. kraftvoll wegzuschleudern, so daß mit einem Laserstrahl vorgegebener Energiedichte breitere Schlitze in die Scheibe geschnitten werden können, als dies bisher möglich war.

Aus der JP 59-87996 A und der US-PS 4,461,947 ist es zwar grundsätzlich bereits bekannt, mit einer Kombination von Laserstrahl und Druckgasstrahl zu arbeiten - gemäß der an erster Stelle genannten japanischen Druckschrift wird in einer Trenn/Schweiß-Einrichtung mit einem Sauerstoffstrahl gearbeitet und gemäß der an zweiter Stelle genannten US-Druckschrift mit Luft als Druckgas; in beiden Fällen wird indes ein auf die Einwirkstelle des Laserstrahls fokussierter Laserstrahl verwendet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Kupplungsscheibe, in der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Schlitze hergestellt werden;

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1 und

Fig. 4 eine schematisierte Querschnitts­ darstellung zu Erläuterung der Herstellung von Schlitzen in einer Scheibe mit Hilfe eines defoku­ sierter Laserstrahls.

Im einzelnen dienen die Zeichnungen der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Erläuterung der Herstellung einer Kupplungsscheibe 10 zur Verwendung in einer elektromagnetischen Kupplungseinrichtung, wie z. B. einer elektromagnetischen Bremse oder Kupplung. Während die Kupplungsscheibe 10 im Prinzip auch ein Anker sein könnte, ist sie in den Zeichnungen ferner als Bestand­ teil eines Kupplungsrotors 11 dargestellt, wie er beispielsweise in der eingangs zitierten US-PS 4 187 939 für eine typische elektromagnetische Kupplung beschrieben ist. Im vorliegenden Fall hat der Rotor speziell eine kreisrunde Form und umfaßt einen sich in axialer Richtung erstreckenden äußeren Flansch 12 und eine sich in axialer Richtung erstreckende innere Nabe 13, wobei diese beiden Elemente 12 und 13 vorzugsweise einstückig an einer der Flächen, nämlich der Fläche 14 (Fig. 2), der nachstehend einfach nur noch als Scheibe bezeichneten Kupplungsscheibe 10 angeformt sind. Die gegenüberliegende Fläche der Scheibe 10 bildet die Arbeitsfläche des Rotors 11 (das heißt, die Kupplungs- bzw. Bremsfläche) und ist dazu geeignet, den Anker der Kupplungseinrichtung reibschlüssig zu erfassen. In üblicher Weise besteht der Rotor 11 aus einem magnetisierbaren Material mit niedriger Reluktanz, beispielsweise aus Stahl des US-Typs AISI 1010.

Der Einfachheit halber bildet der spezielle Rotor 11, der in Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, einen Bestandteil einer vierpoligen Kupplungseinrichtung, und die Scheibe 10 besitzt daher innere und dazu konzentrische äußere, nicht­ magnetische Widerstands- bzw. Sperrbereiche. Beim Ausführungsbeispiel werden die nicht-magnetischen Sperr­ bereiche durch eine innere und eine radial im Abstand davon angeordnete äußere Reihe, bzw. durch zwei Ringe von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Schlitzen 20 gebadet. Dabei wird ein Magnet durch den Bereich der Scheibe 10 gebildet, der innerhalb des inneren Ringes von Schlitzen liegt. Zwei Pole werden durch die Fläche zwischen den Ringen gebildet, und der vierte Pol wird durch die Fläche außerhalb des äußeren Ringes gebildet. Durch Anbringen eines dritten Ringe s von Schlitzen in der Scheibe 10 könnte der Rotor 11 als Element einer sechspoligen Kupplungseinrichtung ausgebildet werden.

Die Schlitze 20 jedes Ringes sind voneinander jeweils durch in Umfangsrichtung im Abstand voneinander ange­ ordnete magnetische Brücken 21 (Fig. 3) getrennt, welche zwischen den Schlitzen 20 stehen bleiben, um den kon­ struktiven Zusammenhalt bzw. die Einstückigkeit der Scheibe 10 aufrecht zu erhalten. Jeder der Schlitze 20 wird ge­ wöhnlich als "Bananen-"Schlitz bezeichnet, da er derart ausgebildet ist, daß er eine längliche bogenförmige Außenseite und eine längliche, dazu konzentrische Innen­ seite und zwei mit einem Radius abgerundete Enden auf­ weist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schlitze 20 in der Scheibe 10 mit Hilfe eines Laserstrahls 25 hergestellt, welcher in der Lage ist, relativ breite Schlitze herzustellen, obwohl er nur eine relativ geringe Energie bzw. Leistungs­ dichte besitzt. Zu diesem Zweck wird der Laserstrahl bezüglich der Scheibe 10 defokusiert bzw. aufgefächert, während gleichzeitig, in Verbindung mit dem Laserstrahl mit einem Druckgasstrahl gearbeitet wird. Wie aus der nachfolgenden Erläuterung deutlich werden wird, ermöglicht der kombi­ nierte Einsatz eines aufgefächerten Laserstrahls und eines Druckgasstrahles bei Einsatz eines Lasers mit vorgegebener Leistung die Schaffung eines Schlitzes der breiter ist, als dies sonst möglich wäre.

Wie die Zeichnung zeigt, wird der Laserstrahl 25 durch eine fokusierende Spitze 26 am unteren Ende eines Laserkopfes 27 hindurch nach unten gerichtet. Dabei sind die Scheibe 10 und der Laserkopf 27 derart montiert, daß sie relativ zueinander um eine mit dem Mittelpunkt der Scheibe 10 zusammenfallende Achse verdrehbar sind, wobei im hier speziell betrachteten Fall die Relativdrehung be­ wirkt wird, indem der Laserkopf 27 fest in seiner räum­ lichen Lage gehalten wird, während der Rotor 11 um seine Achse gedreht wird. Dabei versteht es sich, daß statt dessen der Rotor in einer festen Lage gehalten werden könnte und daß in diesem Fall der Laserkopf 27 längs einer kreisförmigen Bahn um die Achse des Rotors be­ wegt werden könnte.

Die Spitze 26 fokusiert den Strahl 25 derart, daß der Durchmesser des Laserstrahls an einem Brennpunkt 35 mit minimalem Querschnitt in der Größenordnung von etwa 0,254 bis 0,508 mm liegt. In diesem Bereich minimalen Querschnitts ist die Energiedichte des Laserstrahls am größten und beträgt bei einem typischen Laser etwa 1,55 × 10⁶ W/cm². Bei dieser Energie­ dichte und bei in der Ebene der Scheibe 10 liegendem Brennpunkt 35 kann der Laserstrahl niedrig legierten Kohlenstoffstahl schnell schneiden, wobei jedoch bei einem Durchlauf nur Schlitze mit einer relativ geringen Breite in der Größenordnung von etwa 0,254 bis 0,508 mm geschnitten werden können.

Gemäß der Erfindung wird nun der Laserstrahl 25 bezüglich der Scheibe 10 aufgefächert, indem man entweder die foku­ sierende Spitze 26 in Richtung auf die Scheibe 10 ab­ senkt oder indem man die Scheibe 10 bezüglich der Spitze 26 anhebt. In beiden Fallen wird der Brennpunkt 35 bzw. die Fläche mit dem minimalem Strahldurchmesser in die Scheibe bzw. unter die Ebene der Scheibe abgesenkt, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, während der Strahl­ durchmesser an der Stelle, an der der Laserstrahl zuerst auf die Fläche 14 der Scheibe 10 auftrifft, beträchtlich erhöht wird. Durch diese Zunahme des Strahldurchmessers wird die Energiedichte des Laserstrahls an der Fläche 14 der Scheibe 10 verringert, wobei diese Verringerung der Energie pro Flächeneinheit jedoch erfindungsgemäß durch den Einsatz eines Druckgasstrahls kompensiert wird.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Druckgasstrahl durch eine Düse 30 gegen die Scheibe 10 gerichtet. Das Gas wird der Düse 30 mit einem Überdruck durch einen Schlauch 31 zugeführt, und die Düse 30 richtet den Druckgasstrahl gegen einen Bereich der Scheibe 10, der unmittelbar an den Bereich angrenzt, der von dem Laserstrahl 25 überstrichen wird. Der Druckgasstrahl bläst das geschmolzene Metall aus den Schlitzen 20 heraus und ermöglicht damit das effektive Schneiden eines breiten Schlitzes mit Hilfe des defoku­ sierter Strahls. Beispielsweise ermöglicht die Verbindung eines Druckluftstrahls in Verbindung mit einem defokusierten Strahl, der eine Energiedichte von etwa 1,55 × 10⁴ W/cm² besitzt, das Schneiden von Schlitzen mit einer Breite bis zu 1,9 mm.

Wenn anstelle eines Luftstrahls ein Sauerstoffstrahl ver­ wendet wird, reagiert der Sauerstoff mit dem erhitzten Stahl der Scheibe 10 und bewirkt ein Schmelzen des Stahls mit einer Geschwindigkeit, die höher ist, als dies bei alleiniger Verwendung eines Laserstrahls der Fall wäre. Hier­ durch wird die Möglichkeit geschaffen, mit dem Laser relativ breite Schlitze mit einer relativ hohen Geschwindigkeit her­ zustellen; der Einsatz von Sauerstoff für die Erzeugung des Druckgasstrahles ermöglicht die Herstellung von Schlitzen mit einer Breite von bis zu etwa 5,08 mm in einem einzigen Schritt, wobei jedoch die Kanten der Schlitze etwas rauher werden, als die Kanten von Schlitzen, die bei Verwendung eines Druckluftstrahls erhalten werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen einer mehrpoligen Kupplungs­ scheibe für eine elektromagnetische Kupplungseinrich­ tung,
bei dem eine Scheibe aus magnetisierbarem Material her­ gestellt wird,
bei dem ein Laserstrahl gegen eine Oberfläche der Scheibe an einer Stelle gerichtet wird, die zwischen der Mitte der Scheibe und dem äußeren Umfang derselben liegt, und
bei dem eine relative Drehbewegung zwischen der Scheibe und dem Laserstrahl herbeigeführt wird, um Teile der Scheibe zu schmelzen und gekrümmte Schlitze in der Scheibe zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl auf eine Stelle der Scheibe gerichtet wird, die sich im Abstand vom Brennpunkt des Laserstrahls befindet, um den Laser­ strahl bezüglich der Scheibe zu defokussieren, und daß während der Erzeugung der Schlitze ein Druckgasstrahl der Einwirkstelle des Laserstrahls eng benachbart gegen die Scheibe gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas für den Druckgasstrahl Luft verwendet wird, welche geschmolzenes Material aus den Schlitzen herausbläst, während die Schlitze von dem Laserstrahl erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas für den Druckgasstrahl Sauerstoff ver­ wendet wird, welcher mit dem Material der Scheibe reagiert und das Aufschmelzen desselben unterstützt, derart daß der aus Sauerstoff bestehende Druckgas­ stahl geschmolzenes Material aus den Schlitzen herausbläst, während diese mit Hilfe des Laserstrahls hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem feststehendem Laserstrahl gearbeitet wird und daß die relative Drehbewegung durch Drehen der Scheibe um eine durch ihren Mittelpunkt hindurch­ gehende und zu der zu bearbeitenden Fläche senk­ rechte Achse herbeigeführt wird.