DE6910621U

DE6910621U - Elektromagnetisch betaetigter kupplungs-bremsmotor mit hohem traegheitsmoment

Info

Publication number: DE6910621U
Application number: DE6910621U
Authority: DE
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1968-03-20
Filing date: 1969-03-13
Publication date: 1969-08-07
Also published as: US3493796A; BE730192A; GB1192156A; FR2004294A1; DE1913356A1; CH486146A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 395314 2000 HAMBU RG 50, 13. 3. 69

TELEGRAMME= KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W.23497/68 4/H

The Singer Company, Elizabeth, New Jersey (V.St.A.)

Elektromagnetisch betätigter Kupplungs-Bremsmotor mit hohem Trägheitsmoment.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetisch betätigten Kupplungs-Bremsmotor mit hohem Trägheitsmoment.

Bei den bekannten Motoren, die mit einem elektromagnetischen Kupplungsaufbau kombiniert sind, werden nur übliche Motoren derjenigen Art verwendet, bei welchen der Rotorkern innerhalb des Statorkernes rotier't. Dies erfordert, daß die Ausgangswelle an beiden Enden in Lagern gelagert ist, die durch End- oder Stirnschalen getragen werden, die an den gegenüberliegenden Enden des Motorgehäuses befestigt sind, und das Vorhandensein eines Lagers an dem Kupplungsende stört den notwendigen elektromagnetischen Kupplungsaufbau und kompliziert ihn außerordentlich. Als Ergebnis ist die elektro- U

η magnetische Kupplung in einigen Fällen als ein Zusatzteil £| angesetzt worden, der außen an dem üblichen Motoraufbau be- |ι festigt wird, wodurch ein kombinierter Aufbau von außerordentlich großer Gesamtlänge entsteht, durch die ein schwieriges Problem in der Ausrichtung der Welle auftritt. Wo bei bekannten Ausführungen Versuche gemacht worden sind, den

elektromagnetischen Kupplungsaufbau in den Motor selbst einzuschließen, ist es notwendig gewesen, die Kupplungsspule an dem Motorstirnschalenteil anzuordnen, und einen langen unwirksamen Plußweg vorzusehen, welcher elektrisch aktive Teile des Motors selbst einschließt, was unerwünscht ist. Weitere Schwierigkeiten sind bei den bekannten Ausführungen aufgetreten, und zwar wegen des ungenügend großen dem Motor eigenen Schwungradträgheitsmoment für die richtige gekuppelte Beschleunigung der Last.

Die Erfindung hat die allgemeine Aufgabe zum Inhalt, die oben genannten Schwierigkeiten zu vermeiden, indem ein umgekehrter Elektromotorenaufbau mit ihm eigenen hohen Rotationsmoment mit einem elektromagnetischen Kupplungsaufbau in solcher Weise kombiniert ist, daß eine feststehende an dem Motorgehäuse angeordnete Kupplungsspule mit einem wirksamen magnetischen Plußweg eng gekuppelt ist, welcher die bewegliche magnetische Kupplungsscheibe enthält.

Gemäß der Erfindung ist bei einem elektrischen Kupplungs-Bremsmotor ein zusammengesetzter Ringaufbau vorgesehen, der einen konzentrischen äußeren und einen inneren Ring enthält, die durch einen nicht-magnetischen Teil im Abstand voneinander angeordnet sind, und dieser Ringaufbau ist mit dem Schwungrad drehbar und bietet eine ringförmige drehbare bipolare Fläche dar, die der mit der Ausgangswelle fest verbundenen magnetischen Kupplungsscheibe axial nahe liegt. Sowohl das Schwungrad als auch die Kupplungsscheibe können bei der Erfindung jeweils einen großen Durchmesser aufweisen, der sich dem vollen Innendurchmesser des Motorgehäuses nähert, und dieser Durchmesser ist für die Möglichkeit der Übertragung des Drehmomentes und ohne daß die Gesamtlänge erheblich vergrößert wird, wichtig. Ein weiterer Vorteil des Aufbaus gemäß der Erfindung liegt darin, daß die Endschale zu Abstützzwecken nur für die Bremsspule frei ist und es nicht erforderlich ist, irgendwelchen magnetischen Pluß von der Kupplungsspule zu tragen, wodurch eine nachteilige Kopplung zwi-

sehen den Kupplungs- und den Bremsflüssen vermieden wird.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung eine ringförmige stationäre Kupplungsspule vorgesehen, die dem Schwungrad unmittelbar benachbart angeordnet ist, und die an einem magnetischen Ring befestigt ist, der an der Innenfläche des Motorgehäuses angeordnet ist.

Der zusammengesetzte Ringaufbau, der aus einem magnetischen konzentrischen äußeren Ring und einem inneren Ring gebildet ist, die durch einen einstückig gegossenen nicht magnetischen Abstandsring voneinander getrennt sind, hat Endoder Stirnflächen, welche in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der Rotorwellenachse liegen, und einen bipolaren magnetischen Aufbau darbieten, der gegen die Kupplungsscheibe in ihrer unmittelbaren Nähe gerichtet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf weitere Ausführungsformen.

In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen elektromagnetisch betätigten Kupplungs-Bremsmotor, der eine Ausführungsform der Erfindung wiedergibt. Π Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 2-2 der

Fig. 1.

Fig. J5 ist ein Teillängsschnitt, der eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 1 wiedergibt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Motorgestell oder -gehäuse vorgesehen, das ein zylindrisches Gehäuse Io unü Stirnabschlüsse oder Stirndeckel 11 und 12 aufweist, die an dem Gehäuse Io durch zweckentsprechende Bolzen 13 und 14 befestigt sind, die am Umfang im Abstand voneinander angeordnet und, wie dargestellt, in das Gehäuse Io eingeschraubt sind. Ein einspringender rohrförmiger Träger 15> der mit dem Stirnabschluß 11 einstückig ausgebildet oder fest mit ihm verbunden ist, erstreckt sich in das Gehäuse Io im wesentlichen konzentrisch

zu seiner zylindrischen Wand und trägt einen Statorkern 16, der eine Statorwicklung 17 trägt, die mit einer elektrischen Energiequelle (nicht dargestellt) -verbunden ist.

Ein Rotorkern 18 umgibt den Statorkern l6 und enthält angegossene stangenförmige Leiter 19, die mit einem Kreuzring 21 fest verbunden sind, der zwecks Rotation an einer hohlen Rotorwelle 21 befestigt ist, die in Lagern 22 und 23 gelagert ist, welche vor. dem Statorträger 15 getragen werden.

Eine angetriebene Ausgangswelle 24 erstreckt sich durch das Innere der hohlen Rotorwelle 21 und ist an einem Ende in einem Walzenlager 2ξ> gelagert, das von dem Stirnabschluß 11 getragen wird, und an dem anderen Ende in einem Walzenlager 26 gelagert, das innen von der Rotorwelle 21 getragen ist. Es ist ersichtlich, daß die angetriebene Welle 24 auf diese Weise drehbar gelagert und weiterhin vorzugsweise für eine begrenzte Längs-Gleitbewegung relativ zu dem feststehenden Gehäuse Io gelagert ist.

Das äußere Ende der angetriebenen Welle 24 ist mit einem konischen Teil 27 versehen, um ein Zahnrad oder eine (nicht dargestellte) Riemenscheibe zum Antreiben einer (nicht dargestellten) Maschine aufzunehmen, z.B. einen Webstuhl oder eine Nähmaschine.

Das andere Ende der angetriebenen Welle 24 ist mit einem konischen Teil 2o versehen, welcher eine Nabe 29 trägt, die an ihr durch eine Mutter 30 befestigt ist. Eine Kupplungsscheibe 31 aus magnetischem Material ist an der Nabe 29 vermittels am Umfang im Abstand voneinander angeordneter Gewindebolzen 32 befestigt.

Nachstehend wird der besondere Aufbau zum elektromagnetischen Antrieb der Kupplungsscheibe 31 in eine Kupplungslage oder in eine Bre.nslage beschrieben.

Ein stationärer magnetischer Ring 33 ist verschiebbar in einen mit Gegenbohrung versehenen Teil 34 des Gehäuses eingepaßt und ist in ihm durch am Umfang im Abstand voneinander angeordnete Gewindebolzen 35 einstellbar befestigt.

Eine Kupplungsspule J>6 ringförmiger Gestalt wird vorher zusammengebaut und ist an dem Ring 33 vermittels geeigneter Teile, z.B. durch Einbetten in ein Bindemittel 37 aus Epoxyharz, wie dargestellt, befestigt. Der Ring 33 und die Spule 36 sind so angeordnet, daß die Spule 36 unmittelbar benachbart zu dem Kreuzring 2o liegt, der aus magnetisch leitendem Metall hergestellt ist. Der Ring 33 ist in axialer Ausdehnung beträchtlich länger als die Spule 36 und schafft überhängende Teile 38 und 39 an beiden Seiten der Spule 36. Der Teil 38 ist unmittelbar benachbart und radial außerhalb des Kreuzringes 2o angeordnet und bildet mit ihm einen Luftspalt 4o, der wegen seines kleinen Verhältnisses von Radialabmessung zu Axialabmessung eine geringe Reluktanz hat.

Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 4l benannter zusammengesetzter Ring ist mit einem inneren Ring 42 und einem äußeren Ring 43 versehen und wird durch einen eingegossenen nicht magnetischen Abstandsring 44 in einer konzentrischen Lage gehalten. Der innere Ring 42 ist an dem Kreuzring 2o durch am Umfang im Abstand voneinander angeordnete Bolzen 45 befestigt und dreht sich mit ihm. Die konzentrischen Ringe 42 und 43 haben jeweils polare Stirnflächen 46 und 47, welche in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse der Rotorwelle 21 liegen, und diese Ebene ist in unmittelbarer Nähe und parallel zu der Fläche der Kupplungsscheibe 31 angeordnet. Ein Reibmaterial 48 füllt den Ringraum zwischen den Ringen 42 und 43 aus, um eine Greiffläche für eine gute Übertragung des Drehmomentes auf die Kupplungsscheibe 31 zu schaffen.

Der überhängende Teil 39 ist radial außerhalb und nahe dem Umfang des äußeren Ringes 43 angeordnet und bildet mit ihm einen Luftspalt 49, der zufolge der Tatsache eine geringe Reluktanz hat, daß sein Verhältnis von radialer Abmessung zu axialer Abmessung klein ist.

Es ist ersichtlich, daß der obenbeschriebene konzen-

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trische Ringaufbau 4l einen drehbaren polaren magnetischen Aufbau bildet, der durch den Rotor mechanisch angetrieben wird und der die Kupplungsscheibe 31 zufolge des magnetischen Flusses in eine reibende Antriebsläge anzieht, der in dem toroidförmigen Weg entsteht, welcher durch die gestrichelte Linie 5° angedeutet ist, der sich aus der Erregung der Kupplungsspule 36 ergibt. Die Scheibe 3I überträgt dieses Antriebsmoment auf die Ausgangswelle 24 zum Antrieb der Last.

Die Kupplungsscheibe Jl ist vorzugsweise eine relativ dünne flache Scheibe, welche auf der Nabe 29 zentral gelagert ist, so daß die radial außen liegenden Teile der Scheibe 31 durch die magnetische Anzugskraft anfänglich in Eingriff mit dem Kupplungsreibmaterial 48 oder dem Bremsreibmaterial 55 völlig unabhängig von der axialen Bewegung der Welle 2^h verbogen werden.

Der Fachmann kann erforderlichenfalls für eine begrenzte axiale Bewegung der Kupplungsscheibe 3I relativ zur Welle 24 Sorge tragen, indem eine bekannte axiale Keilverbindung zwischen der Nabe 29 und der Welle 24 hergestellt wird.

Es ist weiterhin ersichtlich, daß der Flußweg 50 nahe der Spule 36 liegt und wirksam mit ihr gekuppelt ist und keinen der elektrisch aktiven Teile des Motoraufbaus durchläuft. Die maximale Flußdichte wird in den Arbeitsluftspalten erzeugt, die jeweils zwischen jeder der Stirnflächen oder Endflächen 46, 47 und der Scheibe 31 gebildet sind, um in diesen Bereichen sehr hohe Anzugskräfte zu erzeugen. Diese Kräfte werden an den Stellen erzeugt, welche einen großen rad! alen Abstand von der Achse der Ausgangswelle 24 haben und so eine hohe Antriebsmomentmöglichkeit schaffen. Der größere Teil des Materials, welches den magnetischen Weg bildet, dreht sich daher und trägt in gewünschter Weise zu der aufgespeicherten kinetischen Energie des Antriebssystems bei.

Da der Flußweg für die Kupplungsspule 36 die Endabdeckung

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oder den Stirndeckel 12 nicht durchquert, kann dieser Stirndeckel 12 einzig und allein so entworfen werden, daß er ein elektromagnetisch betätigtes Bremsmoment mit Bezug auf die Scheibe 31 schafft. Demgemäß ist die Endabdeckung 12 aus magnetischem Material mit einer einzelnen ringförmigen Ausnehmung ausgebildet, in welcher eine Bremsspule 51 befestigt ist, indem sie beispielsweise in Epoxyharz-Bindematerial 52 eingebettet ist. Dadurch wird ein stationärer bipolarer Aufbau geschaffen, der Polstirnflächen 53 und 54 hat, welche in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse der Rotorwelle 21 liegen und welche in unmittelbarer Nähe Fläche an Fläche zu der Scheibe 31 angeordnet sind. Der Ringraum zwischen den Polflächen 53 und 54 ist mit einem Reibmaterial 55 gefüllt, welches ein hohes Bremsmoment entwickelt, wenn die Bremsspule 51 erregt wird, um die Scheibe 31 in Eingriff mit ihr anzuziehen.

Der toroidförmige Flußweg, wie er durch die gestrichelte Linie 56 für den durch die Bremsspule 51 erzeugten Fluß angedeutet ist, ist mit der Spule 51 eng gekoppelt und liefert Kräfte, welche in einem großen radialen Abstand von der Achse der Welle 24 angelegt werden, um ein großes Bremsmoment zu erzeugen.

Bei der oben beschriebenen und in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist die Ausgangswelle 24 bei NichtErregung der Kupp lungs s pule J>6 und der Bremsspule 51 in axialer Richtung um einen Betrag frei bewegbar, welcher durch den Raum zwischen der Scheibe 31 und den bipolaren Aufbauten des Kupplungs- und des Bremselektromagneten begrenzt ist. In einigen Fällen ist es erwünscht, eine Ausgangswelle vorzusehen, welche gewöhnlich um eine vorbestimmte Größe in eine Bremslage beeinflußt wird. Zu diesem Zweck wird die abgeänderte in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform verwendet.

In Fig'. 3 werden die gesamten Aufbauteile gemäß den Figuren 1 und 2 mit den folgenden zusätzlichen Teilen verwendet.

Die Nabe 29' enthält einen abgestuften Teil 57, auf welchem ein Kugellager 58 angeordnet ist, dessen äußere Laufbahn in eine Schale 59 eingepaßt ist. Die Schale 59 ist mit einer Gegenbohrung 6o versehen, in welcher ein Ende einer Schrauben-Druckfeder 6l Aufnahme findet, deren anderes Ende sich gegen den Kreuzring bzw. das Armkreuz legt. Die Feder 6l schafft eine Druckkraft, welche die Scheibe 51 in Eingriff mit dem Brems-Reibmaterial 55; drückt, um ein anfängliches Bremsdruckmoment proportional zu der ZusammendrUckung der Feder 6l zu schaffen. Das Kugellager 58 ermöglicht eine Relativdrehbewegung zwischen der Scheibe Z>1 und dem Armkreuz 2o ohne nachteiliges Aufwickeln oder Abwickeln der Feder 6l.

Claims

VIII Il lit · ft · * t · t Schutzansprüche«

1. Elektrischer Kupplungs-Brems-Motor mit einem innerhalb eines stationären Gehäuses angeordneten Statorkern, einem außerhalb des Statorkernes angeordneten Rotorkern, sowie einem magnetischen Schwungrad, das an einer in dem Gehäuse gelagerten hohlen Welle befestigt ist, die ein Tragelement für den Rotorkern bildet, sowie einer axial verschiebbaren innerhalb deijhohlen Welle gelagerten Ausgangswelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammengesetzter Ring (4l) vorgesehen ist, der einen konzentrischen äußeren Ring (42) und einen inneren Ring (4^) enthält, die durch einen nicht magnetischen Abstandsring (44) im Abstand voneinander angeordnet sind, und dieser Ring (4l) mit dem Schwungrad (2o) drehbar ist und eine ringförmige drehbare bipolare Fläche (46, 47) darbietet, die der mit der Ausgangswelle (24) fest verbundenen magnetischen Kupplungsscheibe (j?i) axial nahe liegt. .

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Ring (5o), das Schwungrad (2o) und die konzentrischen Ringe (42, 4j5) einen Weg für einen magnetischen Fluß bilden, der die Kupplungsspule (36) umgibt, und dieser Weg im wesentlichen geschlossen ist, wenn die Kupplungsscheibe (31) gegen den bipolaren Aufbau (2o, 42, 4j5) gezogen ist./

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Ring (5o) von dem Schwungrad (2o) und von dem äußeren konzentrischen Ring (43) durch einen kleinen Luftspalt getrennt ist./

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der Kupplungsspule (36) mit Ansätzen (38, 39) versehen ist, die das Schwungrad (2o) und den Ringaufbau (4l) außen mit kleinem Abstand umgeben.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich net durch einen magnetischen Stirndeckel (12), der an dem

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stationären Ring (5°) angebracht ist und an dem Motorgehäuse (lo) lösbar befestigt ist., und dieser Stirndeckel (12) mit einer ringförmigen Ausnehmung (52) versehen ist, Vielehe einen stationären ringförmigen bipolaren magnetischen Aufbau bildet, dessen Stirnflächen (53, 5²O in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Rotorwellenachse und axial nahe der Kupplungsscheibe und gegen die gerichtet an der Seite angeordnet ist, die dem zusammengesetzten Ring (42-44) gegenüberliegt, und bei welcher in der ringförmigen Ausnehmung eine elektrische Breinsspule (51) befestigt ist^.