DE4135534A1 - Elektromagnetische kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine elektromagne­ tische Kupplung, um selektiv ein Drehmoment zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle zu über­ tragen.

Eine solche elektromagnetische Kupplung hat einen Rotor, der mit einer Welle drehbar ist, einen An­ ker, der mit der anderen Welle drehbar ist, und eine Feldanordnung mit einer selektiv erregbaren Spule zur Erzeugung eines magnetischen Flusses durch ein Gehäuse. Wenn die Spule erregt ist, verläuft der Fluß über Luftspalte zwischen dem Gehäuse und dem Rotor und einen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Anker, um den Anker axial in Reibungseingriff mit dem Rotor zu ziehen und dadurch die beiden Wel­ len zum Gleichlauf miteinander zu kuppeln.

Obgleich die erfindungsgemäße Kupplung in vielerlei Weise angewendet werden kann, eignet sie sich beson­ ders als Synchronisierungskupplung für zwei Wellen, die praktisch mit derselben Drehzahl rotieren sollen, ehe Zahnräder, Keilverzahnungen oder andere Zahnele­ mente auf den Wellen in Eingriff miteinander gebracht werden, um einen Zwangsantrieb zwischen den beiden Wellen zu schaffen. In dem US-Patent 45 61 520 ist eine elektromagnetische Synchronisierungskupplung in Verbindung mit einem Übertragungsgehäuse eines vierrad­ getriebenen Fahrzeuges beschrieben. Während diese Kupp­ lung bewirkt, daß die beiden Wellen praktisch mit der­ selben Drehzahl rotieren vor dem Schalten der Zahn­ räder in Eingriff miteinander, erfolgt die Schaltung selbst mittels eines üblichen mechanischen Gestänges.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue und ver­ besserte elektromagnetische Kupplung zu schaffen, die sowohl in der Lage ist, eine Ausgangswelle und eine Eingangswelle auf praktisch dieselbe Drehzahl zu brin­ gen, als auch physisch die verzahnten Teile an den bei­ den Wellen in Eingriff miteinander zu bringen.

Dies soll insbesondere erreicht werden mittels einer elektromagnetischen Kupplung, bei der die magnetische Kraft zunächst den Anker axial in Eingriff mit dem Rotor schaltet, um die Ausgangswelle etwa auf die Drehzahl der Eingangswelle zu bringen, worauf der Rotor und der Anker axial als Einheit geschaltet wer­ den, um die Zahnteile, z. B. die Zahnräder, in Eingriff miteinander zu bringen.

Hierbei soll insbesondere ein glatter gleichmäßiger und schneller Eingriff der Zahnräder miteinander erreicht werden, indem eines der Zahnräder oder verzahnten Ele­ mente über einen begrenzten Bereich relativ zum an­ deren Zahnrad sich drehen kann, nachdem die beiden Wel­ len eine synchrone Drehzahl erreicht haben und die Zahn­ räder dann in Eingriff miteinander geschaltet werden.

Der Rotor und das Gehäuse sollen zweckmäßigerweise in einer Art aufgebaut sein, daß der magnetische Fluß zuerst den Anker axial in Eingriff mit dem Rotor schaltet, worauf der Rotor und der Anker axial als Einheit ge­ schaltet werden und indem eine relativ geringe Energie an die Spule gelegt wird, der Rotor und der Anker in ihren axial geschalteten Positionen gehalten werden.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, eine einzige Spule zu verwenden zur Erzeugung des Magnetflusses zum wirksamen axialen Schalten des Ankers relativ zum Rotor und zur axialen Schaltung des Rotors und des Ankers als eine Einheit.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Getriebe zeigt, das mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Kupplung ausgerüstet ist.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt aus Fig. 1, wobei die Kupplung voll ausgerückt dargestellt ist und die Eingangswelle des Getriebes unabhängig von der Ausgangswelle rotieren kann.

Fig. 3 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2, wobei der Anker der Kupplung in Eingriff mit dem Ro­ tor dargestellt ist, damit die Ausgangswelle annähernd mit derselben Drehzahl wie die Eingangswelle rotiert.

Fig. 4 ist ebenfalls ein Schnitt ähnlich Fig. 2, wobei der Anker und der Rotor in axial ge­ schalteter Stellung dargestellt sind, um die Verzahnung der Kupplung in Eingriff mit der Verzahnung der Eingangswelle zu bringen.

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 1.

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 1.

Fig. 7 zeigt schematisch die Zahnelemente der Ein­ gangswelle und der Kupplung vor dem Schalten in kämmenden Eingriff.

Fig. 8 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 7, wobei die Zahnelemente in Eingriff mit­ einander geschaltet sind.

Fig. 9 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2, wobei eine weitere Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kupplung dargestellt ist.

Fig. 10 ist eine Stirnansicht der Kupplung nach Fig. 9.

Fig. 11 ist ein Schnitt längs der Linie 11-11 von Fig. 9.

Fig. 12 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 11, wobei eine der Komponenten in einer anderen Po­ sition dargestellt ist.

Fig. 13 und 14 sind Ansichten ähnlich Fig. 7 und 8, beziehen sich jedoch auf die Ausführungs­ form der Kupplung nach den Fig. 9-12.

Die elektromagnetische Kupplung 20 nach der Erfindung ist in der Zeichnung in Verbindung mit einem Übertragungs­ gehäuse 21 eines vierradgetriebenen Fahrzeuges darge­ stellt und sie wird verwendet, um ein Drehmoment selek­ tiv zwischen der Eingangswelle 22 und der Ausgangswelle 23 des Übertragungsgehäuses zu übertragen. Das Gehäuse selbst ist in vereinfachter Modellform dargestellt und es umfaßt ein Stirnelement 24 mit einem Paar Lager 25, in denen die Eingangswelle 22 drehbar gelagert ist. Ein Lager 26 in einem entgegengesetzten Stirnelement 27 stützt drehbar die Ausgangswelle 23 ab. Die Letztere hat ein Endstück 28 mit reduziertem Durchmesser, das in eine Bohrung 29 im angrenzenden Ende der Eingangswelle eingeführt und darin mittels eines Lagers 30 drehbar gelagert ist. Die Ausgangswelle kann auch in Form eines Kettenrades ausgebildet sein, das drehbar auf einem Ansatz der Eingangswelle gelagert ist und mittels ei­ ner Kette mit einer parallelen Welle verbunden ist, die dann die eigentliche Ausgangswelle bildet.

Die Kupplung 20 hat eine Feld-Anordnung mit einem Feld- Gehäuse 31, das an dem Deckel 24 mittels einem Paar Halteplatten 32 befestigt ist. Das Feld-Gehäuse 31 besteht aus Stahl oder einem anderen Material mit niedriger magnetischer Reluktanz, und es ist mit inne­ ren und äußeren radial beabstandeten Polringen 33 und 34 versehen (Fig. 2). Eine ringförmige Wicklung 35 bestehend aus einer Vielzahl von Windungen ist zwischen die Polringe eingesetzt und kann an eine Gleichspannungs­ quelle mittels Kabeln 37 angeschlossen werden. Wenn die Wicklung erregt wird, wird ein Magnetfluß im Feld- Gehäuse 31 erzeugt, der einen noch zu beschreibenden Weg folgt.

Mit der Eingangswelle 22 drehbar ist ein Rotor 40, der eine Montagenabe 41 hat, einen inneren Polring 43 und einen radial beabstandeten äußeren Polring 44. Ein End­ stück des inneren Polringes 43 liegt einwärts und in geringem Abstand von der Innenfläche des inneren Pol­ ringes 33 des Gehäuses 31, während ein Endstück des äußeren Polringes 44 in einem Abstand um die Außen­ fläche des äußeren Polringes 34 des Gehäuses 31 verläuft. An ihren entgegengesetzten Enden sind die Polringe 43 und 44 umfaßt oder überbrückt durch eine Stirnplatte, die einen Teil des Rotors bildet. Die Stirnplatte wird gebildet teilweise durch einen Bund 45, der radial zum inneren Polring 43 nach außen vorsteht, und sie wird teilweise durch einen Ring 46 gebildet, der zwischen und in radialem Abstand von dem Bund und dem äußeren Polring 44 angeordnet ist. Im Winkel versetzte Schweiß­ nähte 47 und 48 (Fig. 6) aus einem nicht magneti­ schen Material am inneren und äußeren Umfang des Ringes 46 halten den Letzteren am Bund 45 und am äußeren Polring 44. Als Folge hiervon ist die Stirn­ fläche des Rotors mit zwei radial beabstandeten Reihen von im Winkel versetzten Schlitzen 49 und 50 versehen, die sich durch die Stirnfläche erstrecken.

Axial entgegengesetzt zur Stirnfläche des Rotors 40 ist ein Anker 55 aus Stahl angeordnet, der mit der Ausgangswelle 23 rotiert. In dieser Ausführungsform besteht der Anker aus drei Komponenten, nämlich einer inneren Scheibe 56 (Fig. 2 und 5) mit einer zentra­ len Öffnung 57, einem Zwischenring 58 und einem Außen­ ring 59. Der innere Umfang des Zwischenringes 58 liegt am Außenumfang der Scheibe 56 an und ist an dieser mittels im Winkel beabstandeter Schweißnähte 60 be­ festigt. Der Außenumfang des Zwischenringes 58 ist im Abstand einwärts vom Innenumfang des Außenringes 59 angeordnet und mit diesem mittels einer Reihe von im Winkel beabstandeter Schweißungen 61 aus nicht magne­ tischem Material verbunden. Somit ist eine im Winkel beabstandeter Reihe von durchgehenden Schlitzen 62 im Anker zwischen den Ringen 58 und 59 vorhanden. Die Schlitze 62 des Ankers sind in radialer Richtung im wesentlichen mittig zwischen den beiden Reihen aus Schlitzen 49 und 50 des Rotors 40 angeordnet.

Wenn die Wicklung 35 entregt ist, hat der Anker 55 einen kleinen axialen Abstand (z. B. 1 mm) von der Stirnplat­ te des Rotors 40, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Beim Erregen der Wicklung verläuft der Magnetfluß längs einer Bahn 63, die in Fig. 2 durch gestrichelte Li­ nien dargestellt ist, und zieht den Anker axial in Ein­ griff mit dem Rotor. Der Magnetfluß verläuft radial über einen ringförmigen Luftspalt 64 zwischen dem äußeren Polring 34 des Gehäuses 31 und dem äußeren Polring 44 des Rotors 40, dann axial zurück und vor in einer Zick-Zack-Bahn über einen axialen Luftspalt 65 zwischen dem Rotor und dem Anker, dann radial über einen ringförmigen Luftspalt 66 zwischen dem inneren Polring 43 des Rotors und dem inneren Polring 33 des Gehäuses 31. Aufgrund der magnetischen Anziehung und der Reibung wird der Anker 55 durch den Rotor 40 in Drehung versetzt, womit die Ausgangswelle 23 durch die Eingangswelle 22 angetrieben wird.

Die in soweit beschriebene elektromagnetische Kupplung 20 ist im wesentlichen konventionell. Die Kupplung ist in der Lage, ein Drehmoment zwischen den Wellen 22 und 23 zu übertragen, sie ist jedoch nicht in der Lage, ein hohes Drehmoment über längere Zeitperioden oder auf Dauer zu übertragen, wie dies bei einem Übertra­ gungsgehäuse für ein Fahrzeug erforderlich ist. Damit das Übertragungsgehäuse 21 ein hohes Drehmoment über­ tragen kann, werden die beiden Wellen positiv mitein­ ander gekoppelt mittels einer Zahnkupplung, wenn ein Drehmoment auf die Ausgangswelle übertragen werden soll.

Nach der Erfindung bringt die Kupplung 20 zuerst die Ausgangswelle 23 auf annähernd dieselbe Drehzahl wie die Eingangswelle 22, damit eine Zahn-Kupplung zwischen den beiden Wellen hergestellt werden kann, worauf eine Schaltfunktion ausgeführt wird, um die verzahnten Teile, z. B. die Zahnräder, in Eingriff miteinander zu bringen, ohne daß mechanische Gestänge, Schaltgabeln oder derglei­ chen erforderlich sind. Die Kupplung 20 dient daher nicht nur als Synchronisierungskupplung, um das Schalten einer Zahnkupplung zu ermöglichen, sondern sie bewirkt auch die effektive Schaltung selbst, wodurch der Aufbau des Übertragungsgehäuses 21 deutlich vereinfacht wird und der Schaltvorgang mittels einer elektrischen Steuerung anstatt mittels manueller Kraft ausgeführt werden kann.

Der Anker 55 hat ein verzahntes Element 70 durch das der Anker zur Drehung mit der Ausgangswelle 23 gekop­ pelt werden kann, wobei er jedoch relativ zu dieser axial verschiebbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist das verzahnte Element 70 ein Ring, dessen Innenumfang mit einer Anzahl von axial verlaufenden und im Winkel beabstandeten Zähnen 71 (Fig. 3 und 7) versehen ist. Der Ring 70 umgibt das Endstück der Ausgangswelle 23 und seine Verzahnung 71 steht in Eingriff mit einer entsprechenden Verzahnung 72, die am Endstück der Aus­ gangswelle ausgebildet ist. Im Winkel beabstandete Schweißnähte 73 (Fig. 2 und 5) zwischen dem Außen­ umfang des Zahnringes 70 und der Außenfläche der Anker­ scheibe 56 halten den Ring fest am Anker 55.

Bei der Ausführung der Erfindung wird der Innenumfang der Nabe 41 des Rotors 40 mit im Winkel beabstandeten und axial verlaufenden Zähnen 74 (Fig. 2) versehen, die in entsprechende Zähne 75 (Fig. 2 und 7) am Außenumfang des Endstückes der Eingangswelle 22 ein­ greifen, wobei die Zähne 75 sich bis zum äußersten Ende der Welle erstrecken. Der Rotor 40 ist somit nicht nur gekoppelt zur Drehung mit der Eingangswelle 22, sondern auch so abgestützt, daß er axial längs der Welle verschiebbar ist.

Ferner wird der Rotor 40 vorgespannt, so daß er längs der Eingangswelle 22 auf den Anker 55 zu gleiten kann. Zu diesem Zweck ist eine Schraubenfeder 76 (Fig. 2) über die Eingangswelle geschoben, und sie ist eingespannt zwischen einem Ende der Rotornabe 41 und einer Schulter 77 an der Eingangswelle. Die Feder 76 drückt somit den Rotor 40 von links nach rechts längs der Eingangswelle 22 und sucht den Rotor auf den Anker 55 zu zudrücken. Eine axiale Bewegung des Rotors auf den Anker zu wird begrenzt durch einen Anschlag 78, der hier in Form ei­ nes Schnappringes ausgebildet ist, der um das verzahnte Endstück der Eingangswelle 22 angeordnet und eingerastet ist.

Wenn die Wicklung 35 entregt ist, drückt die Feder 76 die Rotornabe 41 gegen den Schnappring 78, wie in Fig. 2 dargestellt ist, und wie oben erwähnt hat der Anker 55 einen axialen Abstand vom Rotor wenn die Wicklung ent­ regt ist. Wenn der Rotor und der Anker so positioniert sind, hat das Ende des Zahnringes 70 einen Abstand von etwa 1,5 mm vom Ende der Eingangswelle 22, und die Zäh­ ne 71 des Zahnringes liegen daher außer Eingriff mit den Zähnen 75 der Eingangswelle, wie in den Fig. 2 und 7 dargestellt ist. Die Eingangswelle 22 kann sich daher frei drehen, ohne die Ausgangswelle 23 zu drehen.

Zur Einleitung des Schaltvorganges wird die Wicklung 35 zunächst erregt mit einem Strom relativ niedriger Stärke. Der Magnetfluß, der längs des Weges 63 verläuft, zieht den Anker 55 axial in Eingriff mit dem Rotor 40, was durch den Schiebesitz zwischen den Zähnen 71 und den Zähnen 72 ( Fig. 3) ermöglicht wird. Als Folge hiervon dreht sich der Anker mit dem Rotor und bewirkt, daß die Ausgangswelle 23 sich praktisch mit derselben Drehzahl dreht wie die Eingangswelle 22. Ein kleiner Schlupf tritt zwischen dem Rotor und dem Anker auf, weshalb die Dreh­ zahl der Ausgangswelle nicht genau mit der Drehzahl der Eingangswelle übereinstimmt.

Wenn der Anker 55 mit dem Rotor 40 in Eingriff tritt, stoppt die Verzahnung 71 des Zahnringes 70 kurz vor der Verzahnung 75 der Eingangswelle 22, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Nachdem der Anker 55 annähernd die­ selbe Drehzahl wie der Rotor 40 erreicht hat, wird die Wicklung 35 mit einem stärkeren Strom erregt. Wenn die Wicklung in dieser Weise erregt ist, folgt der Magnet­ fluß weiterhin der Bahn 63, aber er verläuft darüber hinaus auch längs einer zweiten Bahn 80 (Fig. 2). Der Magnetfluß längs der Bahn 80 zieht den Rotor 40 axial auf das Feld-Gehäuse 31 zu und bewirkt, daß der Rotor axial längs der Eingangswelle 22 gegen die Kraft der Feder 76 verschoben wird, was durch die Verzahnung 74 und 75 ermöglicht wird. Der Anker 55 bewegt sich axial als Einheit mit dem Rotor und zieht die Enden der Ver­ zahnung 71 des Ringes 70 auf die Verzahnung 75 der Ein­ gangswelle 22 zu (Fig. 4). Wenn die Zähne 71 und 75 der beiden Verzahnungen in komplementäre Winkel-Ausrichtung gelangen in dem Augenblick, in dem die Zähne 71 die Zäh­ ne 75 erreichen, dann gleiten die Zähne 71 sofort in kämmenden Eingriff mit den Zähnen 75 und gleiten in voll eingerückte Position, wie in Fig. 8 dargestellt ist, wobei die Zähne 71 in dieser Position durch den Schnapp- Ring 78 angehalten werden. Wenn, was öfters der Fall ist, die Zähne 71 nicht in komplementärer Flucht mit den Zähnen 75 liegen, wie Fig. 7 zeigt, wenn die Zähne 71 zuerst die Zähne 75 erreichen, so werden die Enden der Zähne 71 an den Enden der Zähne 75 momentan anstoßen, bis der Drehzahlunterschied zwischen dem Rotor 40 und dem Anker 55, bis die Drehzahl-Fehlanpassung bzw. der Drehzahlunterschied zwischen dem Rotor 40 und dem Anker 55 die Gruppen von Zähnen in Flucht bringt, so daß die Zähne 71 in die Po­ sition nach Fig. 8, das heißt in vollen Eingriff mit den Zähnen 75 gleiten können.

Die Wicklung 35 wird erregt gehalten, und die Komponen­ ten bleiben in den Positionen, wie in Fig. 4 gezeigt, bis der Antrieb der Ausgangswelle unterbrochen werden soll. Eine solche Unterbrechung wird bewirkt durch Ent­ regen der Wicklung, worauf die Feder 76 den Rotor 40 nach rechts und gegen den Schnapp-Ring 78 zurückschiebt, um die Zähne 71 des Zahnringes 70 außer Eingriff mit den Zähnen 75 der Eingangswelle 22 zu verschieben. Durch das Fehlen eines Magnetflusses längs der Bahn 63 wird der Anker vom Rotor freigegeben, so daß der Rotor und die Eingangswelle unabhängig vom Anker und der Aus­ gangswelle rotieren können.

Die Polringe 34 und 44 sind zweckmäßigerweise so gestal­ tet, daß die Stärke des Stromes, der der Wicklung 35 zugeführt wird, reduziert werden kann, sobald der Rotor 40 in die geschaltete Position nach Fig. 4 gebracht worden ist. Hierzu ist die äußere Polfläche 85 (Fig. 3) des äußeren Polringes 34 des Feld-Gehäuses 31 in einem spitzen Winkel relativ zur Längsachse der Kupplung 20 geneigt ausgebildet. Die innere Polfläche 86 des äuße­ ren Polringes 44 des Rotors 40 ist in derselben Richtung und um denselben Winkel geneigt. Die innere Polfläche 87 (Fig. 3) des inneren Polringes 33 des Gehäuses 31 und die innere Polfläche 88 des inneren Polringes 43 des Rotors 40 sind vorzugsweise zylindrisch und konzentrisch um die Achse der Kupplung. Jede der Polflächen 85, 86 ist somit geneigt oder abgeschrägt ausgebildet, weil diese Polflächen als kegelstumpfförmige Flächen ausgebildet sind, wobei die Polfläche 85 sich verjüngt in Richtung auf das freie Ende des Polringes 34, während die Pol­ fläche 86 sich verjüngt in einer Richtung weg von dem freien Ende des Polringes 44.

Mit den wie oben beschrieben abgeschrägten Polflächen 85 und 86 wird der Luftspalt 64 zwischen den Polflächen progressiv schmaler, wenn der Rotor 40 aus der Position nach Fig. 3 in die Position nach Fig. 4 geschaltet wird. Als Folge einer Verschmälerung des Luftspaltes wird der Strom reduziert, der erforderlich ist, um den Anker 55 in Eingriff mit dem Rotor zu halten. Die Stärke des Stromes, der der Wicklung 35 zugeführt wird, kann so­ mit reduziert werden, sobald der Rotor in die Position nach Fig. 4 geschaltet worden ist. Da der Luftspalt 64 relativ breit ist bevor der Rotor geschaltet worden ist, kann der Rotor über einen verhältnismäßig langen Hub ver­ schoben und geschaltet werden.

Die elektromagnetische Kupplung 20 nach der Erfindung, synchronisiert im wesentlichen die Drehzahlen der Ausgangs­ welle und der Eingangswelle, bewirkt aber darüber hinaus auch noch den Schaltvorgang. Die gesamte Schaltoperation kann daher durchgeführt werden durch Betätigen einer elektrischen Steuerung und ohne Schaltung eines mecha­ nischen Gestänges. Die Form der Polflächen 85 und 86 er­ laubt es, die Kupplung in der geschalteten Stellung bei einer relativ niedrigen Stromzufuhr zu der einzigen Wick­ lung 35 zu halten. Während die Kupplung speziell in Ver­ bindung mit einer einzigen Wicklung beschrieben wurde, die mit einem veränderbaren Strom gespeist wird, soll darauf hingewiesen werden, daß auch eine Wicklung ver­ wendet werden kann zum Anziehen des Ankers 55 in Eingriff mit dem Rotor 40 und eine zweite Wicklung zum Schalten des Rotors und des Ankers in axialer Richtung als eine Einheit. Durch geeignete Gestaltung der Polflächen an den äußeren Polringen 34 und 44 kann die zweite Wicklung entregt und der Rotor in seiner geschalteten Position ge­ halten werden durch einen von der ersten Wicklung er­ zeugten Magnetfluß sobald der Rotor in seine geschaltete Position bewegt worden ist.

Wenn die Kupplung 20 die Ausgangswelle auf annähernd die­ selbe Drehzahl wie die Eingangswelle 22 bringt, können die Zähne 71, wie oben erwähnt, im Winkel etwas versetzt zu den Zähnen 75 sein. Durch den Drehzahlunterschied zwi­ schen den beiden Wellen können die beiden Zahngruppen je­ doch in Flucht gebracht werden, so daß die Zähne in käm­ menden Eingriff geschoben und geschaltet werden können. In einigen Anwendungsfällen ist es erforderlich, die Zähne in Eingriff zu schalten unter Bedingungen einer Null-Dreh­ zahl-Fehlanpassung (das heißt, wenn die Ausgangswelle mit genau derselben Drehzahl rotiert wie die Eingangswelle). Die Kupplung 20′ nach den Fig. 9-14 erfüllt diese Forderung. Komponenten der Kupplung 20′, die solchen der Kupplung 20 der ersten Ausführungsform entsprechen, haben dieselben Bezugszeichen jedoch mit einem Strich versehen.

In der Kupplung 20′ nach den Fig. 9-14 ist in Rotations­ richtung eine tote Gangverbindung oder ein Spiel zwischen dem Anker 55′ und dem Zahnring 70′ vorgesehen. Insbesondere ist der Außenumfang des Zahnringes 70′ mit einer Anzahl (hier drei) von im Winkel beabstandeten und radial nach außen sich öffnenden Nuten 95 (Fig. 10 und 11) versehen. Der Innenumfang der Scheibe 56′ des Ankers 55′ ist mit einer entsprechenden Anzahl von im Winkel beabstandeten Vorsprüngen 96 ausgerüstet, welche radial in die Nuten 95 hinein vorragen. Ein Schnappring 97 umgibt den Zahnring und hält die Ankerscheibe 56′ gegen axiale Wände der Nuten 95, um den Anker in axial gewünschter Relation zu dem Zahn­ ring zu halten.

Wie Fig. 10 zeigt, ist die Umfangs-Breite jeder Nut 95 deutlich größer als die Umfangs-Breite des entsprechenden Vorsprunges 96. Als Folge hiervon kann der Anker 55′ sich relativ zu dem Zahnring 70′ um ein begrenztes Maß drehen, ehe die Vorsprünge an den Seiten der Nuten anschlagen und eine Drehung des Zahnringes 70′ bewirken.

Fig. 11 zeigt die Position des Ankers 55′ relativ zum Zahnring 70′ unmittelbar nachdem der Anker in Eingriff mit dem Rotor 40′ gebracht worden ist und ehe der Rotor axial verschoben wird. Angenommen, daß der Anker in Rich­ tung des Pfeiles in Fig. 11 gedreht wird, so erfaßt je­ der Vorsprung 96 das vordere Ende der entsprechenden Nut 95 und bewirkt eine Gegenuhrzeiger-Drehung des Zahnringes 70′. In diesem Punkt kann die Verzahnung 71′ des Zahn­ ringes im Winkel fehlausgerichtet sein mit der Verzahnung 75′ der Eingangswelle 22′, wie in Fig. 13 gezeigt ist.

Wenn der Rotor 40′ axial geschaltet wird, erfassen abge­ schrägte Enden der Verzahnung 71′ komplementäre abge­ schrägte Enden der im Winkel nicht ausgerichteten Verzahnung 75. Dies erzeugt eine Nockenwirkung wodurch die Zähne 71′ und der Zahnring 70′ weiter in Gegenuhrzeiger-Richtung relativ zum Anker gedreht werden, wie Fig. 12 zeigt, und wie es durch den Zwischenraum zwischen den hinteren Flan­ ken der Vorsprünge 96 und der hinteren Seiten der Nuten 95 ermöglicht wird. Das Spiel zwischen den Vorsprüngen und den Nuten erlaubt es somit dem Zahnring 70′ und der Aus­ gangswelle 23′, um ein ausreichendes Maß relativ zum Anker 55′ zu rotieren, um die Zähne 71′ in Winkel-Flucht mit den Zähnen 75′ zu bringen, und um es den Zähnen 71′ zu ermög­ lichen in kämmenden Eingriff mit den Zähnen 75′ zu glei­ ten, wie in Fig. 14 dargestellt ist. Sobald ein solcher Eingriff bewirkt ist, ist das Spiel zwischen dem Anker und dem Zahnring ohne nachteiligen Einfluß, da das gesamte Drehmoment über die kämmenden Zähne 71′ und 75′ übertragen wird.

Eine tote Ganganordnung kann auch bewirkt werden, indem jeder zweite Zahn 74 des Rotors 40 und jeder zweite Zahn 75 der Eingangswelle 22 entfernt wird, während die Anzahl der Zähne 71 des Zahnringes 70 dieselben blei­ ben. Diese Anordnung erlaubt ein Spiel zwischen dem Ro­ tor und der Eingangswelle, wodurch die Zähne 71 in Ein­ griff mit den Zähnen 75 geschaltet werden können, auch bei gleicher Drehzahl der beiden Wellen. Eine tote Gang­ verbindung beim Rotor wird jedoch weniger vorgezogen wegen der relativ hohen Masse und Trägheit des Rotors im Vergleich zu derjenigen des Ankers 55.

Claims (13)

1. Elektromagnetische Kupplung mit einer ersten und einer zweiten drehbaren Welle, um selektiv ein Drehmoment zwischen diesen Wellen zu übertragen, gekennzeichnet durch ein erstes drehbares Ele­ ment, das mit der ersten Welle zur Drehung mit dieser koppelbar und axial relativ zu dieser Welle verschiebbar ist, ein zweites drehbares Ele­ ment, das mit der zweiten Welle zur Drehung mit dieser koppelbar und axial relativ zu dieser ver­ schiebbar ist, und das axial gegenüber dem ersten drehbaren Element angeordnet ist, Einrichtungen zum Vorspannen des ersten drehbaren Elementes in Axialrichtung auf das zweite drehbare Element zu, Einrichtungen, um zu verhindern, daß die Vorspann- Einrichtung das erste drehbare Element über eine vorgegebene axiale Position hinaus verschiebt, ferner durch eine selektiv erregbare Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Flusses zum Anziehen des zweiten drehbaren Elementes axial in Drehmo­ ment-übertragenden Eingriff mit dem ersten dreh­ baren Element und um danach das erste und das zwei­ te drehbare Element axial als Einheit entgegenge­ setzt zu der Vorspann-Einrichtung zu bewegen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspann-Einrichtung eine Feder ist, die axial gegen das erste drehbare Element wirkt, daß ferner die Verhinderungseinrichtung ein Anschlag an der ersten Welle ist, der axial gegen das erste drehbare Element und entgegengesetzt zu der Fe­ der wirkt.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste drehbare Element radial beabstan­ dete innere und äußere ringförmige Polflächen auf­ weist, ein in Umfangsrichtung und axial fixiertes Feld-Gehäuse mit radial beabstandeten inneren und äußeren ringförmigen Polflächen, die zwischen und radial beabstandet zu den inneren und äußeren Pol­ flächen des ersten drehbaren Elementes angeordnet sind, daß ferner die Wicklung zwischen den Polflä­ chen des Feld-Gehäuses liegt, daß wenigstens eine der Polflächen des ersten drehbaren Elementes und die entsprechende Polfläche des Feld-Gehäuses axial in einer Richtung geneigt sind, damit der ra­ diale Abstand zwischen diesen Polflächen progres­ siv abnimmt, wenn das erste drehbare Element sich axial relativ zu der Welle entgegengesetzt zu der Vorspanneinrichtung bewegt.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Polfläche des ersten drehbaren Ele­ mentes und die entsprechende Polfläche des Feld- Gehäuses konzentrisch und im wesentlichen kegel­ stumpfförmig ausgebildet sind.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Polfläche des ersten drehbaren Ele­ mentes die äußere ringförmige Polfläche dieses Elementes ist, und daß die entsprechende Polfläche des Feld-Gehäuses die äußere ringförmige Polfläche des Feld-Gehäuses ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Polfläche des ersten drehbaren Elementes und die innere Polfläche des Feld-Ge­ häuses im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind.

7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Welle mit ersten und zweiten verzahnten Endstücken versehen sind, die in axialem Abstand Ende an Ende angeordnet sind, daß das erste und das zweite drehbare Element innen verzahnte Abschnitte haben, die mit den er­ sten und zweiten verzahnten Endabschnitten ge­ koppelt und auf diesen verschiebbar sind, daß der innen verzahnte Abschnitt des zweiten drehbaren Elementes auf dem zweiten verzahnten Endabschnitt gleitet und frei von dem ersten verzahnten Endab­ schnitt ist, wenn das zweite drehbare Element axial in Eingriff mit dem ersten drehbaren Element ge­ bracht worden ist, daß ferner der innen verzahnte Abschnitt des zweiten drehbaren Elementes teil­ weise auf dem ersten verzahnten Endabschnitt glei­ tet, während er teilweise auf dem zweiten verzahn­ ten Endabschnitt bleibt, wenn das erste und das zweite drehbare Element axial als Einheit entge­ gengesetzt zu der Vorspannfeder verschoben werden.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehbare Element eine Scheibe auf­ weist und der innen verzahnte Abschnitt des zweiten drehbaren Elementes einen Zahnring hat, der separat zur Scheibe ausgebildet ist, daß fer­ ner eine tote Gangverbindung zwischen dem Zahn­ ring und der Scheibe vorgesehen ist, die es er­ möglicht, daß der Zahnring um ein begrenztes Maß relativ zur Scheibe rotieren kann.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die tote Gangverbindung eine Gruppe von im Winkel beabstandeten Nuten aufweist, die in der Scheibe oder dem Zahnring ausgebildet sind, daß sie ferner eine Gruppe von im Winkel beabstande­ ten Vorsprüngen aufweist, die jeweils im anderen Teil von Scheibe und Zahnring ausgebildet sind und die in die Nuten hineinragen, und daß die Winkel-Breite der Nuten deutlich größer ist als die Winkel-Breite der Vorsprünge.

10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten im Außenumfang des Zahnringes ausge­ bildet sind, daß ferner die Scheibe ringförmig ist, und daß die Vorsprünge vom Innenumfang der Schei­ be aus einwärts vorstehen.

11. Getriebe mit einer drehbaren Eingangswelle mit einem ersten verzahnten Element und einer drehbaren Aus­ gangswelle mit einem zweiten verzahnten Element sowie einer elektromagnetischen Kupplung, die selek­ tiv betätigbar ist, um das erste verzahnte Element mit dem zweiten verzahnten Element und dadurch die Ausgangswelle zur gemeinsamen Drehung mit der Ein­ gangswelle zu koppeln, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung einen Rotor aufweist, der der Ein­ gangswelle zugeordnet ist, ferner einen Anker, der der Ausgangswelle zugeordnet ist und der normalerweise in axialem Abstand gegenüber dem Rotor angeordnet ist, ein in Umfangsrichtung stationäres Feld-Gehäuse mit einer Wicklung, die erregbar ist, um einen magnetischen Fluß zu erzeugen, um den Anker axial zum Rotor zu ziehen, Einrichtungen zur Halterung des Rotors,
so daß dieser mit der Eingangswelle rotieren kann und axial relativ zu dieser verschiebbar ist, einer Feder zur Vorspannung des Rotors axial relativ zur Eingangswelle und auf den An­ ker zu, ein drittes verzahntes Element, das mit dem Anker drehbar und in kämmendem Eingriff mit dem zweiten verzahnten Element angeordnet ist,
wobei eine Erregung der Wicklung den Anker axial in Reibungseingriff mit dem Rotor bringt, und den Anker, das dritte verzahnte Element, das zwei­ te verzahnte Element und die Ausgangswelle auf praktisch dieselbe Drehzahl wie die Eingangswel­ le zu bringen, worauf bei weiterer Erregung der Wicklung der Rotor, der Anker und das dritte ver­ zahnte Element axial gegen die Vorspannkraft der Feder verschoben werden und dadurch das dritte verzahnte Element in Eingriff mit dem ersten ver­ zahnten Element gebracht wird, während das dritte verzahnte Element in kämmendem Eingriff mit dem zweiten verzahnten Element gehalten wird.

12. Getriebe nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine tote Gangverbindung zwischen dem Anker und dem dritten verzahnten Element wodurch es dem Letzteren ermöglicht wird, sich um ein begrenztes Maß relativ zum Anker zu drehen.

13. Getriebe, gekennzeichnet durch eine drehbare Eingangswelle mit einem ersten verzahnten Ele­ ment und einer drehbaren Ausgangswelle mit ei­ nem zweiten verzahnten Element, einem dritten verzahnten Element, das normalerweise in kämmen­ dem Eingriff mit dem zweiten verzahnten Element steht und normalerweise außer Eingriff mit dem ersten verzahnten Element ist, eine elektromag­ netische Kupplung, um zuerst das dritte verzahn­ te Element auf praktisch dieselbe Drehzahl zu bringen wie das erste verzahnte Element und um danach das dritte verzahnte Element axial in Eingriff mit dem ersten verzahnten Element zu schalten während es in Eingriff mit dem zweiten verzahnten Element bleibt, daß ferner die Kupp­ lung einen Rotor aufweist, der mit der Eingangs­ welle rotieren kann und axial längs dieser ver­ schiebbar ist, einen Anker, der mit dem dritten verzahnten Element drehbar ist und gegenüber dem Rotor angeordnet ist, Einrichtungen, um den Rotor axial längs der Eingangswelle und auf den Anker zu vorzuspannen, Einrichtungen, um normalerweise den Rotor und den Anker in axialem Abstand zu halten, eine Wicklung, die, wenn sie erregt wird, einen magnetischen Fluß erzeugt, um den Anker axial in Reibungseingriff mit dem Rotor anzuziehen, um den Anker, das dritte verzahnte Element, das zweite verzahnte Element und die Ausgangswelle mit prak­ tisch derselben Drehzahl wie die Eingangswelle zu drehen, und um ferner danach den Rotor, den Anker und das dritte verzahnte Element axial gegen die Kraft der Vorspannfeder zu verschieben und da­ durch das dritte verzahnte Element in Eingriff mit dem ersten verzahnten Element zu bringen, während das dritte verzahnte Element in Eingriff mit dem zweiten verzahnten Element bleibt.