DE4124753A1 - Elektromagnetisch betaetigte federkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Federkupplung und insbesondere eine Kupplung des allge­ meinen Typs wie in dem US-Patent No. 42 63 995 beschrie­ ben ist.

In einer solchen Kupplung wird eine Drehmoment übertragen­ de Kupplungs-Schraubenfeder, die auf einer rotierenden Eingangsnabe abgestützt ist, veranlaßt, sich abzuwickeln auf eine axial angrenzende Ausgangsnabe mit Hilfe eines an­ gelegten Magnetfeldes. Solche Kupplungen werden verwendet im gesteuerten intermittierenden Betrieb von zahlreichen mechanischen Vorrichtungen wie z. B. den Papierzuführein­ richtungen von Büro-Kopiermaschinen.

Das Magnetfeld wird durch einen Elektromagneten erzeugt, der eine Wicklung hat, die, wenn sie erregt ist, einen mag­ netischen Fluß erzeugt. Der Fluß verläuft durch die Kompo­ nenten der Kupplung und dient dazu, ein Steuer-Teil axial in Eingriff mit einem Polschuh des Magneten zu ziehen. Ein solcher Eingriff bewirkt, daß das Steuerungsteil etwas relativ zur Eingangsnabe der Kupplung rotiert und er bewirkt weiter, daß sich die Feder auf die Ausgangsnabe wickelt, um die zwei Naben für gleichlaufende Drehung zu kuppeln.

Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Kupp­ lung dieses vorgenannten Typs weiterzubilden, wobei der mag­ netische Fluß durch die Kupplungs-Teile in neuartiger Weise hindurchgeleitet werden soll, so daß die Kupplung leistungs­ fähig und möglichst wartungsfrei arbeitet und eine lange Be­ triebsdauer aufweist.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 im Schnitt eine elektromagnetisch be­ tätigte Federkupplung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Erfindung ver­ körpert in einer elektromagnetisch betätigten Federkupp­ lung 10 zum Übertragen eines Drehmomentes von einem Ein­ gangselement 11 auf ein Ausgangselement 12. Das Ausgangs­ element 12 hat hier die Form einer rohrförmigen Welle, deren Achse mit der zentralen Achse der Kupplung 10 zu­ sammenfällt. Das Eingangselement 10 kann die Form eines ringförmigen Flansches 13 haben, der eine Umfangsverzahnung hat und der durch einen Zahnriemen oder dgl. angetrieben werden kann (nicht gezeigt).

Der Flansch 11 ist befestigt an und bildet einen Teil ei­ ner Eingangsnabe 13 mit abgestuftem Durchmesser, die ihrer­ seits auf der Welle 12 drehbar gelagert ist. Ein Schnapp­ ring 14 an einem Endabschnitt der Welle hält die Eingangs­ nabe axial auf der Welle.

In kleinem Abstand vom inneren Ende der Eingangsnabe 13 ist eine eine Ausgangsnabe 14 eingebaut, die fest auf der Welle 12 zur Drehung mit dieser sitzt. Eine Schraubenfeder 15 um­ gibt die beiden Naben und überbrückt den axialen Spalt zwi­ schen den Naben. Die Feder ist so bemessen, daß einer ihrer Endabschnitte eng um die Eingangsnabe 13 zusammengezogen oder gewickelt ist, während ihr anderer Endabschnitt nor­ malerweise frei von und im Abstand radial von der Aus­ gangswelle 14 verläuft. Ein kurzes Endstück oder eine Zunge (nicht gezeigt) der Feder kann an der Eingangs­ nabe in üblicher Weise verankert sein.

Über die Feder 15 ist teleskopartig verschiebbar eine hülsenförmige Steuer-Büchse 16 geschoben. Ein radial verlaufendes Endstück oder eine Zunge 17 der Feder 15 paßt und greift in eine sich axial öffnende Nut 18 in der Büchse und auf diese Weise koppelt die Feder die Büchse 16 zur Drehung mit der Eingangsnabe 13. Wenn die Büchse 16 etwas relativ zur Eingangsnabe 13 gedreht wird, wirkt die Büchse 16 über die Zunge 17 und veranlaßt die Feder 15, sich enger zu wickeln bzw. eng um die Aus­ gangsnabe 14 zusammenzuziehen bzw. sich an diese anzule­ gen. Wenn sich die Feder so zusammengezogen oder ange­ legt hat, koppelt sie die Ausgangsnabe 14 und die Welle zur Drehung im Gleichlauf mit der Eingangswelle 13.

Eine relative Drehung der Büchse 16 relativ zur Eingangs­ nabe 13 wird bewirkt aufgrund der Erregung eines Elektro­ magneten 20. Der Elektromagnet hat hier eine ringförmige Wicklung 21, die radial im Abstand und konzentrisch zur Büchse 16 eingebaut ist. Die Wicklung ist in einem allge­ mein tassenförmigen Gehäuse 22 gehalten, das seinerseits durch ein Kunststofflager 23 abgestützt ist, das auf der Welle 12 angebracht ist. Ein Endabschnitt des Gehäuses ist mit einem radial einwärts verlaufenden Flansch 24 versehen, der sich längs der inneren Fläche des Lagers erstreckt. Das andere Ende des Gehäuses ist teilweise geschlossen durch eine Scheibe 25, die in das Gehäuse mit Preßsitz eingesetzt ist, nachdem die Wicklung 21 im Gehäuse einge­ baut worden ist.

Die Kupplung 10 wird vervollständigt durch einen Flansch 26, der so angebracht ist, daß er mit der Welle 12 ro­ tiert und angrenzend an das Lager 23 angeordnet ist, wobei der Flansch 26 radial einwärts einen Abstand vom Flansch 24 des Gehäuses 22 hat. Ferner ist ein Distanz­ ring 27 eng auf die Eingangsnabe 13 gepreßt angrenzend an das Ende der Büchse 16, und er paßt und sitzt drehbar und verschiebbar innerhalb des Ringes 25, so daß er als Lager zwischen der Eingangsnabe und dem Gehäuse 22 dient.

Erfindungsgemäß sind die verschiedenen Teile der Kupplung 10 magnetisch, so daß ein durch die Wicklung 21 erzeugter Magnetfluß radial zwischen dem Flansch 24 des Gehäuses 22 und dem Flansch 26 der Welle 12, ferner axial zwischen dem Flansch 26 und dem angrenzenden Ende der Büchse 16, radial zwischen der Büchse 16 und der Eingangsnabe 13 über die Feder 15, sowie zwischen der Eingangsnabe 13 und dem Flansch 11, und axial zwischen dem Flansch 11 und dem Ring 25 des Gehäuses 22 durchgeht. Wie noch erläutert wird, wird durch den Verlauf des Magnetflusses längs einer solchen Bahn die Büchse 16 an den Flansch 26 angezogen, ohne daß axiale Kräfte auf die Lager 23 und 27 ausgeübt werden. Darüber hinaus wird verhindert, daß axiale Kräfte auf das Lager 27 ausgeübt werden infolge des Gleitsitzes zwischen diesem Lager und dem Ring 25 des Gehäuses 20.

Um den gewünschten Verlauf des Magnetflusses zu erreichen, bestehen die Eingangsnabe 13, die Feder 15, die Büchse 16 und das Gehäuse 22 alle aus einem ferromagnetischen Material mit niedriger Reluktanz für den Durchgang des Magnetflusses. Ferner sind der Flansch 11 der Eingangsnabe 13, der Flansch 26 auf der Welle 12 und die Scheibe 25 des Gehäuses 22 eben­ falls aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Im Gegensatz hierzu besteht die Welle 12, die Ausgangsnabe 14, das Lager 23 und der Distanzring 27 alle aus einem nicht­ ferromagnetischen Material, das eine hohe magnetische Reluktanz hat.

Mit der vorbeschriebenen Anordnung verläuft der von der Wicklung 27 erzeugte magnetische Fluß längs eines Pfades, der durch die Pfeile in Fig. 1 bezeichnet ist, wenn die Spule durch eine Gleichspannung erregt wird und so gepolt ist, daß der Fluß in Richtung der Pfeile verläuft. Spezifisch verläuft der Fluß radial vom Flansch 24 des Gehäuses 22 und über einen Luftspalt 30 zum Flansch 26 der Welle 12 wie durch die Pfeile 31 dargestellt ist. Die nicht-ferromagnetische Welle 12, die Ausgangsnabe 14 und das Lager 23 stellen Sperren für den Magnetfluß dar, der deshalb gezwungen ist, axial vom Flansch 26 zum benachbarten Ende der Büchse 16 über einen Luft­ spalt 32 und in Richtung des oberen Pfeiles der Schnitt­ linie 2-2 weiterzulaufen. Der über den Luftspalt 32 ver­ laufende Magnetfluß zieht die Büchse 16 axial in Reibungs­ eingriff mit dem Flansch 26, und da der Flansch zum Zeit­ punkt des Anfangs-Eingriffs rotationsmäßig stationär ist, wird durch einen solchen Eingriff die Drehung der Büchse 16 verzögert und weiterhin bewirkt, daß die Büchse 16 sich relativ zur Eingangsnabe 13 über eine ausreichende Strecke dreht, um eine Zusammenziehung der Feder 15 um die Ausgangs­ nabe 14 zu bewirken. Als Folge hiervon rotieren die Eingangs­ nabe 13, die Ausgangsnabe 14, die Welle 12, der Flansch 26, die Feder 15 und die Steuer-Büchse 16 alle im Gleichlauf.

Der Magnetfluß in der Büchse 16 verläuft radial über die Feder 15 und in die Eingangsnabe 13, wie durch die Pfeile 35 angedeutet ist. Wegen des nicht-ferromagnetischen Lagers 27 am rechten Ende des Bundes 16 ist der Magnetfluß in der Büchse 16 daran gehindert, axial in den Flansch 11 einzu­ treten und als Folge hiervon erzeugt der Magnetfluß eine Netto-Kraft, durch welche die Steuer-Büchse 16 nach links in Eingriff mit dem Flansch 26 auf der Welle 12 gezogen wird.

Der Fluß, der radial in die Eingangsnabe 13 eintritt, läuft durch diese Nabe und dann axial über einen Luftspalt 36 zwi­ schen dem Flansch 11 der Nabe und dem Ring 25 des Gehäuses 22, wie durch den Pfeil 37 angedeutet, wodurch der Magnet­ fluß-Kreis vervollständigt wird. Da das Lager 27 aus einem nicht-ferromagnetischen Material besteht, wird der Magnet­ fluß gezwungen, axial über den Luftspalt 36 zu springen und er wird daran gehindert, radial von der Nabe 13 zum Lager 27 zu laufen.

Wegen des oben beschriebenen Weges des Magnetflusses, und weil das Lager 27 im Ring 25 des Gehäuses 20 verschiebbar ist, werden keine merklichen axialen Belastungen auf die Lager 23 und 27 ausgeübt. Dies erlaubt einen störungsfreien Betrieb der Kupplung 10 über eine lange Betriebsdauer.

Claims (8)

1. Elektromagnetisch betätigbare Federkupplung mit einer drehbaren Welle, einer ersten Nabe, die mit der Welle drehbar ist, einer zweiten Nabe, die axial angrenzend an die erste Nabe angeordnet ist und auf der Welle rotieren kann, eine Schrauben­ feder, die Teile der beiden Naben umschließt und die normalerweise frei um die erste Nabe und zusam­ mengezogen um und drehbar mit der zweiten Nabe ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer-Büchse (16) teleskopartig über die Feder geschoben ist und erste und zweite gegenüberliegende Endabschnitte angrenzend an die erste und die zweite Nabe hat, daß die Feder ein Endstück hat, das am ersten Endabschnitt der Büchse befestigt ist, um die Steuer-Büchse (16) zu veranlassen, mit der Feder und der zweiten Nabe zu rotieren, ferner mit Einrichtungen zum Drehen der Steuer-Büchse (16) relativ zur zweiten Nabe, um zu bewirken, daß sich die Feder um die erste Nabe zu­ sammenzieht, wobei diese Einrichtungen eine Wicklung aufweisen, welche die Büchse (16) umgibt und bei Er­ regung einen Magnetfluß erzeugt, ferner durch ein in Umfangsrichtung stationäres Gehäuse, das die Wick­ lung umgibt und erste und zweite Endabschnitte hat, einem ersten Flansch, der an der Welle befestigt und mit dieser drehbar ist und der einen ersten Abschnitt hat, der radial im Abstand zum ersten Endabschnitt des Gehäuses liegt und der einen zweiten Abschnitt hat, der in axialem Abstand zu dem ersten Endabschnitt der Steuer- Büchse (16), ferner durch einen zweiten Flansch, der mit der zweiten Nabe drehbar ist und in axialem Abstand zum zweiten Endabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, das ferner die Welle und die erste Nabe aus einem nicht-ferromagnetischen Material, dagegen die zweite Nabe, die Feder, die Steuer-Büchse (16), das Gehäuse und die Flansche aus einem ferromagnetischen Material bestehen, so daß der durch die Wicklung erzeugte Mag­ netfluß radial zwischen dem ersten Endabschnitt des Gehäuses und dem ersten Flansch, axial zwischen dem ersten Flansch und der Steuer-Büchse (16), radial zwischen der Steuer-Büchse (16) und der zweiten Nabe über die Feder verläuft und dann weiter zwischen der zweiten Nabe und dem zweiten Flansch und dann axial zwischen dem zweiten Flansch und dem zweiten Endab­ schnitt des Gehäuses und danach axial zwischen dem ersten Flansch und der Steuer-Büchse (16), wodurch die Letztere axial auf den ersten Flansch zu angezogen wird und dadurch die Steuer-Büchse (16) relativ zur zweiten Nabe gedreht wird, um die Feder um die erste Nabe zu verengen bzw. ihre Windungen an die erste Nabe anzulegen.

2. Federkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichet durch ein Lager aus einem nicht-ferromagnetischen Material, durch welches die Welle abgestützt ist, so daß sie re­ lativ zum Gehäuse rotieren kann, und daß dieses Lager axial angrenzend an den ersten Flansch eingebaut ist.

3. Federkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Lager auf der Welle befestigt ist.

4. Federkupplung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen nicht-ferromagnetischen Distanzring zwischen dem zweiten Flansch und dem zweiten Endabschnitt der Steuer-Büchse (16), um einen Magnetfluß axial zwi­ schen dem zweiten Flansch und dem zweiten Endabschnitt der Steuer-Büchse (16) zu verhindern.

5. Federkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus ersten und zweiten Komponenten be­ steht, daß die erste Komponente einen rohrförmigen Endabschnitt hat, daß die zweite Komponente eine ferromagnetische Scheibe aufweist, die innerhalb des rohrförmigen Endabschnittes des Gehäuses eingebaut ist und diesen zweiten Endabschnitt des Gehäuses bildet, und daß die Scheibe den Distanzring umgibt.

6. Federkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring mit der zweiten Nabe rotiert und ein Lager bildet, das innerhalb der Scheibe rotiert.

7. Federkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring so abgestützt ist, daß er axial innerhalb der Scheibe gleiten kann.

8. Elektromagnetisch betätigbare Federkupplung mit einer drehbaren Welle, einer ersten Nabe, die mit der Welle drehbar ist, einer zweiten Nabe, die axial angrenzend an die erste Nabe angeordnet ist und auf der Welle dreh­ bar ist, einer Schraubenfeder, welche Teile beider Naben umschließt, wobei die Feder normalerweise frei von der ersten Nabe ist und um die zweite Nabe angelegt und dreh­ bar mit dieser ist, einer Steuer-Büchse (16), die teleskopartig über die Feder geschoben ist und er­ ste und zweite gegenüberliegende Endabschnitte hat angrenzend an die erste und die zweite Nabe, daß die Feder ein Endstück hat, das an dem ersten End­ abschnitt der Steuer-Büchse (16) befestigt ist, um die Büchse (16) zusammen mit der Feder und der zwei­ ten Nabe zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß Ein­ richtungen zum Drehen der Steuer-Büchse (16) relativ zur zweiten Nabe vorgesehen sind, um die Feder eng um die erste Nabe anzulegen, daß diese Einrichtungen eine Spule aufweisen, welche die Steuer-Büchse (16) umgibt und bei Erregung einen magnetischen Fluß er­ zeugt, ferner durch ein rotationsmäßig stationäres Gehäuse, welches die Spule umgibt und erste und zwei­ te Endabschnitte hat, einem ersten Flansch, der an der Welle befestigt und mit diesem drehbar ist und der einen ersten Abschnitt hat, der einen radialen Abstand zum ersten Endabschnitt des Gehäuses hat und der einen zweiten Abschnitt hat, der einen axialen Abschnitt zum ersten Endabschnitt der Steuer-Büchse (16) hat, einen zweiten Flansch, der mit der zweiten Nabe drehbar ist und in axialem Abstand zum zweiten Endabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, daß ferner die Welle und die erste Nabe aus einem nicht-ferromag­ netischen Material bestehen, während die zweite Nabe, die Feder, die Steuer-Büchse (16), das Gehäuse und die Flansche aus einem ferromagnetischen Material be­ stehen, so daß ein durch die Spule erzeugter Magnet­ fluß radial zwischen dem ersten Endabschnitt des Ge­ häuses und dem ersten Flansch, axial zwischen dem er­ sten Flansch und der Steuer-Büchse (16), radial zwi­ schen der Steuer-Büchse (16) und der zweiten Nabe über die Feder verläuft, dann weiter zwischen der zweiten Nabe und dem zweiten Flansch, axial zwischen dem zweiten Flansch und dem zweiten Endabschnitt des Gehäuses, danach axial zwischen dem ersten Flansch und der Steuer-Büchse (16), wodurch die Steuer-Büchse (16) axial an den ersten Flansch an­ gezogen und relativ zur zweiten Nabe gedreht wird, wodurch die Feder um die erste Nabe verengt wird, ferner durch ein erstes Lager aus eine nicht-ferro­ magnetischen Material, das die Welle so lagert, daß sie relativ zum Gehäuse rotieren kann, daß ferner die­ ses Lager axial angrenzend an den ersten Flansch an­ geordnet ist, ferner durch ein zweites Lager aus ei­ nem nicht-ferromagnetischen Material, das zwischen dem zweiten Flansch und dem zweiten Ende der Steuer- Büchse (16) eingebaut ist, um eine axiale Magnetfluß- Sperre dazwischenzubilden, und daß das zweite Lager verschiebbar und drehbar mit dem Gehäuse ist und ein Lager für die zweite Nabe zur Drehung relativ zu dem Gehäuse bildet.