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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Kupplung. Insbesondere
bezieht sich diese Erfindung auf eine verbesserte elektromagnetische
Kupplung mit einer sich bewegenden Spule, die die magnetische Leistung
der Kupplung verbessert.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
WO 00/33445 beschreibt einen motorisch angetriebenen Betätiger mit
einer elektromagnetischen Kupplungsanordnung. Diese besondere Anordnung
wird verwendet zum Lösen
und Cinchen von motorisch angetriebenen Sperrklinken für Hebetüren und
motorisch angetriebenen Schiebetüren
bei Minibussen. Obwohl die elektromagnetische Kupplung den selektiven
motorisch angetriebenen Eingriff zwischen Motor und der Türklinke
verbessert, kann die Effektivität
noch weiter verbessert werden.
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GB-A-1602627
offenbart eine elektromagnetische Kupplungsanordnung mit einer festen
Spulenanordnung. Die Luftspalte zwischen dem sich bewegenden Anker
und der Spule sind relativ groß.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Nachteile des Stands der Technik können vermieden werden durch
Bereitstellen einer elektromagnetischen Kupplungsanordnung mit einer sich
bewegenden Spule.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine elektromagnetische Kupplungsanordnung
mit einem Gehäuse
und einer Welle vorgesehen, die drehbar von dem Gehäuse gestützt ist.
Mindestens ein Ende der Welle erstreckt sich aus dem Gehäuse heraus. Eine
Kupplungsscheibe ist an der Welle für eine Drehung mit dieser befestigt.
Eine Ankerplatte ist in dem Gehäuse
montiert. Ein Getrieberad ist drehbar und gleitfähig an der Welle befestigt.
Eine Feder erstreckt sich zwischen der Kupplungsscheibe und dem
Getrieberad, um das Getrieberad außer Eingriff mit der Kupplungsscheibe
vorzuspannen. Eine Spulenanordnung ist an der Welle für eine gleitende
Bewegung entlang dieser angebracht. Die Spulenanordnung ist in Eingriff
mit dem Getrieberad. Durch Erregen der Spulenanordnung bewegt sich
die Spulenanordnung in Eingriff mit der Ankerplatte und in Reaktion
darauf wird eine Bewegung des Getrieberads in Eingriff mit der Kupplungsscheibe
bewirkt, wodurch das Getrieberad und die Kupplungsscheibe gekoppelt
werden. Durch Entregen der Spulenanordnung kann die Feder eine Bewegung
des Getrieberads außer
Eingriff mit der Kupplungsscheibe veranlassen, wodurch das Getrieberad
und die Kupplungsscheibe entkoppelt werden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
eine Querschnittsansicht der elektromagnetischen Kupplungsanordnung
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Federkraft,
Magnetkraft und Spaltabstand.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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1 zeigt
eine elektromagnetische Kupplungsanordnung 10 der vorliegenden
Erfindung. Die Kupplungsanordnung umfasst allgemein ein Gehäuse mit
einer Basis 12 und einer Abdeckung 14, eine Abtriebswelle 16,
eine Spulenanordnung 18, eine Ankerplatte 20,
eine Kupplungsscheibe 22 und ein Antriebsritzel 24.
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Die
Basis 12 des Gehäuses
ist becherförmig. Die
Innenwand der Basis 12 hat einen sich radial erstreckenden
Keil 26. Die Innenwand hat eine Schulter 28, die sich
um den Umfang der Basis 12 erstreckt und axial von der
Lippe 30 beabstandet ist. Die Lippe 30 hat einen
sich axial erstreckenden Vorsprung 32. Der Boden der Basis 12 hat
einen sich axial erstreckenden ringförmigen Anschlag 34,
welcher sich vorzugsweise um eine gestufte Öffnung 36 erstreckt.
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Die
Abdeckung 14 des Gehäuses
ist ebenfalls becherförmig
und hat eine Größe, die
komplementär
zu der Basis 12 passt. Die Lippe 38 der Abdeckung 14 hat
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut, deren Größe so bemessen
ist, dass sie den Vorsprung 32 der Basis 12 aufnehmen
kann, um die Basis 12 und die Abdeckung 14 abzudichten
und miteinander zu sichern. Die Abdeckung 14 hat einen sich
axial erstreckenden runden Vorsprung 42 mit einer zentralen Öffnung 44.
Eine Hülse 46 ist
in die Öffnung 44 eingepasst.
Ein Gewindestift 48 greift in das Gewinde der Hülse 46 ein
und bewegt sich in axialer Richtung.
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Die
Abtriebswelle 16 hat ein Getrieberad 50 an einem
Ende und D-artige Flächen
an einem gegenüberliegenden
Ende, die die Übertragung
eines Drehmoments ermöglichen.
Ein Lageransatz 52 ist neben dem Getrieberad 50 angeordnet
und an der Welle 16 befestigt. Der Lageransatz 52 passt
komplementär
in den Boden der Basis 12 in der gestuften Öffnung 36 hinein.
Der Achszapfen des Lageransatzes 52 ist an einem Ende mit
der Welle 16 verbunden. Die Welle 16 hat eine
Nut 54, die den Stellring oder Haltering 56 aufnimmt,
welcher die Getrieberadwelle 16 in dem Lager 52 positioniert.
Die Größe einer
Lagerkappe 58 ist so bemessen, dass sie gleitend in den
Innendurchmesser des runden Vorsprungs 42 passt. Die Lagerkappe
hat eine axiale Aussparung zur Aufnahme des Endes 60 der
Welle 16 und zum Stützen
der Welle 16 für
eine Rotation.
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Die
Spulenanordnung 18 ist im allgemeinen Doughnut-förmig und
weist einen Kern und eine Wicklung auf. Die Spulenanordnung 18 hat
eine zentrale Öffnung,
deren Größe so bemessen
ist, dass sie gleitend entlang der Welle 16 passt. Der
Außendurchmesser
der Spulenanordnung 18 ist so bemessen, dass sie in den
Innenwanddurchmesser der Basis 12 passt und von diesem
beabstandet ist. Eine Keilnut 62 ist in Eingriff mit dem
Keil 26 der Basis 12, um die Bewegung der Spulenanordnung 18 auf
eine axiale Hin- und Herbewegung zu beschränken. Der Kern der Spulenanordnung 18 hat
eine ringförmige Nut 64,
deren Größe so bemessen
und welche so positioniert ist, dass die Innenfläche 66 denselben Flächenbereich
hat wie die Außenfläche 68.
Die Nut 64 nimmt eine elektromagnetische Spule auf. Die
Spulenanordnung 18 hat eine axiale Aussparung, die das Ringlager 70 aufnimmt.
Der Außendurchmesser
des Ringlagers 70 ist kleiner als der Innendurchmesser der
axialen Aussparung. Vorzugsweise hat die Basis 67 der Spulenanordnung 18 eine
sich verjüngende Dicke,
die mit zunehmendem Radius abnimmt.
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Die
Ankerplatte 20 ist eine kreisförmige Scheibe mit einem Innenflansch 72 und
einem Außenflansch 74,
zu welchen der Innenumfang und Außenumfang der Spulenanordnung
relativ gleiten. Der Innenflansch 72 und der Außenflansch 74 haben
einen radialen Spielraum mit dem Innen- bzw. Außenumfang der Spulenanordnung 18 in
der Größenordnung
von ca. 0,05 bis 0,2 mm. Die Flansche 72 und 74 haben
eine axiale Länge,
die größer ist
als der Gleitabstand des Antriebsritzels 24 zwischen der
Eingriffs- und Nicht-Eingriffs-Position. Die Flansche 72 und 74 erhöhen oder
verstärken
die Ankerplatte 20 auf die Zugkraft der Spulenanordnung 18.
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Die
Ankerplatte 20 hat eine zentrale sich verjüngende Bohrung 76.
Der Außenumfang
der Ankerplatte 20 greift in die Schulter 28 der
Basis 12 ein und ist daran befestigt. Die Ankerplatte 20 hat
eine sich verjüngende
Dicke, die mit zunehmendem Radius abnimmt.
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Die
Basis 67 des Kerns der Spulenanordnung 18 und
die Ankerplatte 20 verjüngen
sich vorzugsweise, so dass die Magnetflussdichte relativ konstant
gehalten wird.
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Die
Kupplungsscheibe 22 hat eine zentrale Anlagefläche 78 mit
einem Loch der Art eines doppelten D zur komplementären Passung
an der Welle 16 für
einen Antriebseingriff. Die Kupplungsscheibe 22 hat eine
sich in Umfangsrichtung erstreckende Aussparung 80. Die
Kupplungsscheibe 22 hat eine Reihe von Zähnen 81,
die sich um ihren Umfang erstrecken.
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Das
Antriebsritzel 24 hat eine innere Anlagefläche 82,
eine äußere Anlagefläche 84 und
einen Steg 86. Die innere Anlagefläche 82 hat eine zentrale Bohrung,
die ermöglicht,
dass das Antriebsritzel 24 gleitend an der Welle 16 befestigt
ist. Das Antriebsritzel 24 gleitet axial zwischen einer
Eingriffsposition und einer Nicht-Eingriffsposition und kann sich relativ zur
Welle 16 drehen, wenn es in der Nicht-Eingriffsposition ist. Die äußere Oberfläche der
inneren Anlagefläche 82 verjüngt sich,
so dass sie komplementär zu
der sich verjüngenden
Bohrung 76 der Ankerplatte 20 passt. Die Größe der äußeren Anlagefläche 84 ist so
bemessen, dass sie schachtelartig die Kupplungsscheibe 22 aufnimmt.
Der Steg 86 hat einen Ring von Zähnen 90, der so angeordnet
ist, dass er mit den Zähnen 81 der
Kupplungsscheibe 22 in Eingriff ist.
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Die
Federn 88 und 89 sind in der Aussparung 80 der
Kupplungsscheibe 22 eingepasst und wirken gegen den Steg 86 des
Antriebsritzels 24. Die Federn 88 und 89 spannen
das Antriebsritzel 24 axial von der Kupplungsscheibe 22 weg
außer
Eingriff mit dieser in die Nicht-Eingriffs-Position vor.
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Vorzugsweise
ist die Feder 88 eine wellenartige Feder und die Feder 89 ist
eine Schraubenfeder. Die Feder 89 hat einen kleineren Durchmesser
als die Feder 88. Die Feder 88 hat eine axiale
Dicke, die kleiner ist als der Spaltabstand in der Nicht-Eingriffs-Position
zwischen der Spulenanordnung 18 und der Ankerplatte 20.
Der Spaltabstand in der Nicht-Eingriffs-Position ist vorzugsweise
ca. 1,1 mm. Auf diese Weise wirkt die Feder 88 nicht, wenn
das Antriebsritzel 24 sich frei drehen kann und nicht in Eingriff
mit der Kupplungsscheibe 22 ist. Die Feder 89 ist
etwas schwächer
als die Feder 88.
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In
Bezug auf 2 liefern die kombinierten Kräfte, erzeugt
von den Federn 88 und 89 eine relativ starke Trennungskraft,
wenn der Spaltabstand klein ist, d.h. bei dem Abstand in der Eingriffsposition.
Die Trennungskraft der Federn 88, 89 nimmt mit
zunehmendem Spaltabstand von dem Abstand in der Eingriffsposition
zum Abstand in der Nicht-Eingriffs-Position ab. Die Federkräfte der
Federn 88 und 89 müssen immer kleiner sein als
die Anziehungskräfte,
die von der Spulenanordnung 18 erzeugt werden, müssen jedoch
größer sein
als die Hysterese der Spulenanordnung 18 sobald die Spulenanordnung
entregt wurde. Die kombinierten Federkräfte müssen die Hysterese überwinden,
um die Spulenanordnung 18 von der Ankerplatte 20 zu
trennen und dadurch das Antriebsritzel 24 mit der Kupplungsscheibe 22 außer Eingriff
zu bringen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
zeigt zwei Federn 88, 89. Es ist jedoch möglich, die
Federn 88, 89 durch eine einzige Feder mit variabler
Tarierung zu ersetzen.
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Vorzugsweise
können
alle inneren Komponenten der Kupplungsanordnung 10 aus
kohlenstoffarmem Stahl und nicht in herkömmlicher Weise aus gesintertem
Eisen gefertigt sein. Die Art des Aufbaus der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
die Verwendung von kohlenstoffarmem Stahl oder hochleistungsfähigem magnetischem
Sintermetall mit relativ schwachen mechanischen Eigenschaften. Bekannte Vorrichtungen
stellen generell einen Kompromiss zwischen magnetischen und mechanischen
Eigenschaften dar.
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Wahlweise
können
die Zähne 81 und 90 aus einem
verstärkten
Nylonmaterial mit einer Zahngeometrie von bis zu 27° im Vergleich
zu den herkömmlichen
22,5° hergestellt
werden. Der größere Zahnwinkel
verbessert das Lösen
des Eingriffs der Zähne 81, 90 unter
Last.
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Bronze
kann als Lagermaterial verwendet werden und der Lagerdurchmesser
kann im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen reduziert werden. Dadurch,
dass Bronze und kleinere Lagerdurchmesser verwendet werden können, hat
die Kupplungsanordnung 10 weniger Drehmomentverluste aufgrund von
Reibung.
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Nach
dem Erregen der Spulenanordnung 18 wird der Gewindestift 48 gedreht,
um die Kupplungsscheibe 22 entlang der Welle 16 zu
bewegen bis die Kupplungsscheibe 22 in Eingriff mit dem
Antriebsritzel 24 kommt. Auf diese Weise kann ein vollkommener
Eingriff zwischen den Zähnen 81, 90 sichergestellt
werden.
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Bei
Betrieb wird die Spule der Spulenanordnung 18 erregt, wodurch
ein Magnetflussfeld entsteht. Der Magnetfluss verläuft bis
zur Ankerplatte 20, insbesondere durch den Innen- und Außenflansch 72, 74.
Der Magnetfluss ist ausreichend, um die Spulenanordnung 18 zu
bewegen, so dass sie an der Ankerplatte 20 mit Metall-Metall-Kontakt
anliegt. Die axiale Bewegung der Spulenanordnung 18 drückt gegen
die innere Anlagefläche 82 des
Antriebsritzels 24 und bewegt das Antriebsritzel 24 aus der
Nicht-Eingriffs-Position in die Eingriffs-Position. In der Eingriffs-Position
kommt das Antriebsritzel 24 in Eingriff mit der Kupplungsscheibe 22 für eine gemeinsame
gekoppelte Bewegung. Die von der Spulenanordnung 18 erzeugten
Magnetkräfte
reichen aus, um die Vorspannung der Federn 88 und 89 zu überwinden,
so dass die gegenüberliegenden
Zähne 81 und 90 in
Eingriff kommen, um das Antriebsritzel 24 mit der Kupplungsscheibe 22 zu
koppeln. Beim Entregen der Spule der Spulenanordnung 18 wird das
Antriebsritzel 24 durch die Vorspannung der Federn 88 und 89 von
der Kupplungsscheibe 22 weg aus der Eingriffs-Position
in die Nicht-Eingriffs-Position gezwungen, wodurch die Ankerplatte 20 und Kupplungsscheibe 22 entkoppelt
werden.
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Die
oben beschriebene Ausführungsform
der Erfindung soll ein Beispiel der vorliegenden Erfindung sein
und Änderungen
und Modifikationen daran können
vom Fachmann vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu
verlassen.