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Elektromagnetische Wellenkupplung Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische
Kupplungen für Betriebe mit häufiger Ein- und Ausschaltung, mit axial gegeneinander
verschiebbarem Magnet- und Ankerkörper und mit der Welle drehfest verbundener Mitnehmerscheibe,
die außerhalb des den Magnet- und Ankerkörper durchsetzenden Magnetfeldes neben
der Ankerscheibe zwischen den mit Magnet- bzw. Ankerkörper verbundenen Reibkörpern
angeordnet ist.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Kupplung herzustellen, die dem
modernen Schnellbetrieb in jeder Weise entspricht, bei dem tes insbesondere auf
möglichst geringe Massenwirkung, absoluten Freilauf der Reibflächen im urerregten
Zustand der Kupplung und hinreichende Wärmeabführung ankommt. Die Anforderungen
eines Dauerbetriebes mit großer Schalthäufigkeit werden insbesondere an Kupplungen
für Hobelmaschinen mit großen Tischbelastungen bis zu 20t und mit Arbeitsgeschwindigkeiten
bis 45 m/Min. beim Vorlauf und bis 6o m/Min. beim Rücklauf des Tisches gestellt,
wobei die Kupplungen bis 8o Umsteuerungen bzw. 4o Doppelhüben in der Minute, d.
h. je 40 Beschleunigungen und ebenso viele Abbremsungen - des belasteten Tisches
und Antriebes, zu bewirken haben. Die Umschaltung wickelt sich in kleinen Bruchteilen
einer Sekunde ab.
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Es ist eine elektromagnetische Reibungskupplung bekannt, bestehend
aus Magnetkörper und axial zu diesem verschiebbamem Ankerring, der durch den Magnetkörper
hindurch mittels axial verschiebbarer Bolzen mit einem Reibring verbunden ist, welch
letzterer an den mitzunehmenden Kupplungsteil angepreßt werden kann. Auf der anderen
Seite dieses Kupplungsteiles ist ein Gegenring vorgesehen, der den Gegendruck aufnimmt
und mit dem Spulenträger durch am Umfang vorgesehene Bolzen verschraubt ist. Bei
dieser Ausführung ist der für einen Schnellbetrieb
erforderliche
Freilauf nicht erzielbar, vielmehr wird der als Widerlager wirkende Gegenring an
dem Kupplungsteil auch im unerregten Zustand schleifen. Bei dieser bekannten Kupplung
entsteht aber auch, wenn sie für Schnellbetrieb verwendet werden würde, eine sehr
große Wärmemenge, die nicht genügend abgeführt werden kann, denn die an den Reibflächen
entwickelte Reibungswärme überhitzt dieselben und wird nicht nach außen abgeführt,
überdies aber auch durch die Verbindungsbolzen in die unmittelbare Nähe der Erregerspule
geleitet, so daß deren Isolierung neben der Stromwärme durch zu hohe Erwärmung von
den Reibkörpern gefährdet wird.
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Noch ungünstiger liegen die Verhältnisse bei einer anderen bekannten
Kupplung ähnlich der im vorstehenden beschriebenen Bauart, bei welcher ebenfalls
ein feststehender Gegenring vorgesehen ist und der Freilauf der Kupplungsteile im
unerregten Zustand nicht gewährleistet wird. Bei dieser bekannten Kupplung befinden
sich alle Reibkörper in einem allseitig geschlossenen Gehäuse, und -die Reibungswärme
wird sogar unmittelbar in zum Magnetkörper gehörigen Teilen erzeugt.
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Ferner ist eine elektrische Lamellenkupplung mit drehfester Verbindung
von Ankerscheibe und Welle, also ohne Mitnehmerscheibe, bekannt, bei der der Magnetkörper
einen die Ankerscheibe außen übergreifenden bügelförmigen Aufsatz aufweist. Diese
Kupplung hat einerseits einen großen Außendurchmesser und andererseits große Schwungmassen
in der Ankerscheibe samt Widerlagerscheibe und Innenlamellen des angetriebenen Kupplungsteiles,
die bei dem häufigen Ein-und Ausschalten mitbeschleunigt und abgebremst werden müssen,
wodurch sich ein unwirtschaftlicher Betrieb ergibt. Mangels eines Freilaufes der
Lamellen wird die Kupplung im unerregten Zustande erhitzt und abgenutzt. Die Wärmeabfuhr
ist sehr mangelhaft.
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Die vorliegende Erfindung besteht nun im Wesen darin, daß die innere,
zwischen Mitnehmer- und Ankerscheibe liegende Reibscheibe an der Ma gnetkörpernabe
und die äußere Reibscheibe oberhalb der Mitnehmerscheibe an der Ankerscheibe mit
Bolzen befestigt ist, wobei die Reibscheiben' durch zwischen Magnetkörper und Magnetanker
einerseits und zwischen ersterem und Mitnehmerscheibennabe andererseits angeordnete
Druckfedern im unerregten Zustand der Kupplung im Abstand von der Mitnehmerscheibe
gehalten werden. Durch diese. Bauart werden einerseits die Abmessungen der Reib-und
Mitnehmerscheiben samt Befestigungseinrichtung in der Umfangsrichtung nicht oder
nicht wesentlich größer als jene der eigentlichen Magnet- und Ankerkörper, wodurch
eine Verminderung des Gewichtes zum Zwecke der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der
Kupplung erzielt wird. Es wird das Schwungmoment des zugleich mit dein Arbeitsstück
zu beschleunigenden und abzubremsenden Kupplungsteiles, dessen Drehgeschwindigkeit
infolge des zwischengeschalteten übersetzungsgetriebes die Geschwindigkeit der geradlinig
bewegten Massen der Maschine um ein Vielfaches übertrifft, auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Andererseits ist durch die Anordnung der Druckfedern der absolute Freilauf im unerregten
Zustand der Kupplung gesichert. Die erfindungsgemäße Ausbildung gewährleistet auch,
daß die bei jeder Beschleunigung bis zur vollen Geschwindigkeit und bei jeder Abbremsung
an den Reibflächen entwickelten Wärmemengen so rasch abgeführt werden, daß trotz
ununterbrochenem Dauerbetrieb keine übermäßige Erhitzung der Kupplung auftreten
kann. Die Abführung der Wärme wird durch in an sich bekannter Weise an den Reibscheiben
vorgesehenen Kühlrippen noch gefördert. Dieses Merkmal (Anspruch 2) soll nur in
Kombination mit dem Gegenstand des Anspruchs i Schutz genießen. Für den Betrieb
der Kupplung in beiden Umdrehungsrichtungen der Welle wird die erfindungsgemäße
Kupplung entweder in Doppelanordnung vorgesehen oder in einer abgeänderten Ausführungsform
gemäß der Erfindung hergestellt, indem beiderseits einer mit der Welle undrehbar
verbundenen Mitnehmerscheibe, die oberhalb der mit der Ankerscheibe und mit dem
Magnetkörper verbundenen Reibringe je einen auf beiden Seiten mit Reibsegmenten
versehenen koaxialen Ring trägt, je ein in bezug auf die Welle drehbarer und längs
verschiebbarer Magnetkörper angeordnet ist, der ebenso wie seine in bezug auf ihn
axial verschiebbare Ankerscheibe den Reibflächen der Mitnehmerschcibe zugekehrte,
mit Kühlrippen versehene Reibkörper trägt.
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Bei den bekannten elektromagnetischen Umkehrkupplungen, bei welchen
die mit der anzutreibenden Welle drehfest verbundene, eiserne massive Ankerscheibe
zwischen den beiden auf der Welle drehbaren und mechanisch in entgegengesetzter
Richtung angetriebenen, die Erregerspulen enthaltenden Magnetkörpern angeordnet
ist, tritt die nach Erregung bei der allmählichen Mitnahme der Ankerscheibe durch
Reibung entstehende Wärme an den Berührungsflächen zwischen letzterer und dem jeweiligen
Magnetkörper auf. Damit ist aber der erhebliche Nachteil verbunden, daß diese Wärme
die von den Magnetkörpern vollständig umschlossenen Erregerspulen, in deren unmittelbarer
Nähe sie
entwickelt wird, noch zusätzlich und bei stärkerer Inanspruchnahme
der Kupplung um so mehr unzulässig erwärmt, als beim Umlauf Kühlluft nicht so leicht
zu den erhitzten Kupplungsteilen gelangen kann. Einen weiteren Nachteil dieser bekannten
Umkehrkupplungen bildet aber auch bei rasch aufeinanderfolgenden Einschaltungen
das naturgemäß erhebliche Gewicht der Ankerscheibe, das mit der Welle beschleunigt
und wieder abgebremst werden muß. Diese Nachteile werden bei der insbesondere für
angestrengten Betrieb mit großer Einschalthäufigkeit bestimmten Umkehrkupplung durch
die beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung-der Umkehrkupplung vermieden.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung
dargestellt. Abb. i zeigt eine Ausführungsform der elektromagnetischen Kupplung
im Längsschnitt und Abb. 2 eine weitere Ausführungsform der Kupplung für beide Drehrichtungen
ebenfalls im Längsschnitt.
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Auf der Welle i (Abb. i) ist der Magnetkörper 2 mit Erregerspule 3
in Kugellagern 4, 5 drehbar gelagert und gleichzeitig gegenüber diesen Lagern axial
verschiebbar. Ebenso ist die Ankerscheibe 6 axial verschiebbar, indem eine mit ihr
verbundene Führungsbüchse auf dem hülsenförmigen Träger 8 des Magnetkörpers 2 verschiebbar
gelagert ist. Auf der Welle i ist ferner die Mitnehmerscheibe 9 mittels der Nabe
io, mit der sie durch Schrauben i i verbunden ist, dreh- und längsfest angeordnet.
Diese Scheibe besteht aus zwei Hälften und trägt beiderseits Reibflächen 12, 13,
die in Form von Segmenten an der Mitnehmerscheibe zweckmäßig unter Verwendung von
Bakelit oder ähnlichen Kunststoffen als Verbindungsmittel befestigt werddn. Mit
den Reibflächen i 2 und 13 wirken im eingeschalteten Zustand der Kupplung die Reibkörper
14, 15 zusammen, von denen der erstere mit der den Magnetkörper 2 tragenden Hülse
8 und der letztere unter Vermittlung der Bolzen 16, Hülsen 17 und Schrauben 17'
mit der Ankerscheibe 6 fest verbunden ist.
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Sowohl der Magnetkörperträger als auch die Ankerscheibe sind federnd
abgestützt, indem auf das an die Mitnehmerscheibennabe io anliegende Kugellager
4 wie auf die Ankerscheibe 6 Rückführfedern 18 bzw. 19 einwirken, die bei Stromunterbrechung
Magnetkörper und Ankerscheibe in die Ruhelage bis zum Anschlag zurückbewegen. Die
Federn 18 stützen sich in einer Bohrung der Hülse 8 gegen das Kugellager 4 ab, wogegen
die Federn i9 in Bohrungen 2o untergebracht sind und auf in diesen Bohrungen gleitende
Mitnehmerbolzen 21, die mit der Ankerscheibe 6 verbunden sind, einwirken. Durch
diese beiden Federgruppen werden die damit verbundenen beiden Reibkörper 14, 15
zwangsläufig zurückbewegt und mit den Reibflächen 12 und 13 außer Berührung gebracht,
so daß der Freilauf der Kupplung im ausgeschalteten Zustand sichergestellt ist.
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Wird Strom über die Schleifringe 22 durch die Erregerspule 3 geleitet,
so bewegen sich Magnetkörper 2 und Ankerscheibe 6, magnetisch angezogen infolge
ihrer axialen Verschiebbarkeit gegeneinander und pressen ihre Reibkörper 1¢, 15
zangenartig gegen die Reibflächen 12, 13 der Mitnehmerscheibe 9, die damit das auf
das Antriebszahnrad 23 der Magnetkörperhülse 8 ausgeübte Drehmoment auf die Welle
i überträgt.
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Bei eingetretener Abnutzung der Reibflächen i 2, 13 der Mitnehmerscheibe
9 kann sowohl der Reibkörper 14 als auch der Reibkörper 15 von außen nachgestellt
werden. Dies geschieht für den Reibkörper 14 durch Verdrehen der Lagerhülse 24 und
für den Reibkörper 15 durch Verdrehen eines Zwischenringes 25 mit keilförmigen Anlageflächen.
Es kann aber auch die Nachstellung der Mitnehmerscheibe 9 durch zweckmäßig zweiteilige
Zwischenlagen aus Blech o. dgl. an der Befestigungsstelle der Mitnehmerscheibe am
Nabenflansch erfolgen. Die zweiteilige Ausführung der Mitnehmerscheibe ermöglicht
die Einführung und Entfernung der Zwischenlagen nach Lösung der Bolzen i i und axialer
Verschiebung des äußeren Reibkörpers 15 ohne Wegnahme weiterer Kupplungsteile in
sehr einfacher Weise.
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Um die wirksame Abführung der Reibungswärme, die während der Beschleunigung
und der Abbremsung der Mitnehmerscheibe von den nicht metallischen, Wärme schlecht
leitenden Reibsegmenten 12, 13 auf die metallischen Reibkörper 14, 15 abfließt und
von ihnen aufgenommen werden muß, zu erreichen, werden radiale Rippen 26 an den
Reibkörpern vorgesehen, die beim Umlauf als Ventilationsflügel wirken und gleichzeitig
die wärmeabgebende, von der geförderten Luft bestrichene Reibkörperoberfläche bedeutend
vergrößern. Sie sind also Kühlrippen, die sowohl die Wärmeableitung als auch die
Durchlüftung bewirken. Den Rippen des äußeren, mit dem Magnetanker 6 fest verbundenen
Reibkörpers 15 strömt dabei die Kühlluft unbehindert von der Welle her zu, von wo
sie durch die Rippen radial nach außen befördert wird. Damit Kühlluft ebenso auch
dem inneren Reibkörper 14 zuströmen kann, sind im Magnetkörper 2 axiale Kanäle 27
um die Welle herum vorgesehen, die auch die Ankerscheibe 6 durchsetzen und gegenüber
dem inneren Ende der Kühlrippen dieses Reibkörpers münden. Die von den letzteren
Rippen
beim Umlauf ausgeschleuderte Luft strömt zwischen den Befestigungsbolzen
16 des äußeren Reibkörpers 15 ab. Auch durch die zwischen den Reibsegmenten 12,
13 vorhandenen radialen Kanäle wird Frischluft zugeführt. Die Reibkörper befinden
sich also vollständig getrennt vom Magnetkörper in einem sie beidseitig bestreichenden
Luftstrom, durch den auch jeder Übergang von Wärme auf die Erregerspule, und umgekehrt,
unterbunden wird. Die in Abb. i dargestellte Kupplung kann in Doppelanordnung als
Umkehrkupplung für beide Drehrichtungen verwendet werden.
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Nach der Ausführungsform der Kupplung für beide Drehrichtungen gemäß
Abb.2 sind beide je für eine der beiden Drehrichtungen bestimmte, symmetrisch zur
Mitnehmerscheibe angeordnete Kupplungshälften einander spiegelbildgleich ausgeführt.
- Daher sind nur die Teile der einen in der Zeichnung rechts von der Mitnehmerscheibe
dargestellten Hälfte mit Bezugszeichen versehen.
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Mit der anzutreibenden Welle i ist die als Mitnehmer wirkende Scheibe
3o durch ihre Nabe drehfest verbunden. Auf ihren beiden Seiten ist je ein Magnetkörper
31 unter Vermittlung einer Hülse 32, die das Antriebszahnrad 33 trägt, und der Kugellager
34 drehbar auf der Welle i angeordnet. Auf der Hülse 32 ist auch die mit dem Magnetkörper
31 durch Mitnehmerbolzen 35 auf Drehung verbundene Ankerscheibe 36 axial verschiebbar
geführt. Der Spulenkörper und die Ankerscheibe tragen mit Kühlrippen versehene Reibkörper
37, 38, die mit den auf der ringförmigen Scheibe 39 angeordneten Reibflächen 40,
41 der Mitnehmerscheibe 3o zusammenarbeiten.
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Hiernach ergibt sich folgende Wirkungsweise der Kupplung nach Abb.2:
Wird die -42 über die Schleifringe q.3 er-Magnetspule regt, so nähern sich der Magnetkörper
31 und die Ankerscheibe 36 infolge der zwischen ihnen wirksamen magnetischen Anziehung
einander, wobei ersterer mit "seiner Hülse 32 gegen die Wirkung der über den Umfang
verteilten Federn 44 auf den Außenringen der Kugellager 3,1; die Ankerscheibe unter
Zusammenpressung der Federn q.5 auf der Hülse 32 gleitet. Die Druckfedern sind in
Anordnung und Wirkung gleich jenen bei Abb. i. Es legen sich die Reibkörper 37,
38 von Magnetkörper und Ankerscheibe unter gleichem Druck gegen die Reibflächen
q.o, 4.1 der Tragringe 39 bzw. der Mitnehmerscheibe 3o, so daß diese und damit die
Welle i von dem mit der Ankerscheibe umlaufenden, über das Zahnrad 33 angetriebenen
Magnetkörper 31 in Drehung versetzt wird. Um die zu beschleunigende Masse der an
sich infolge ihrer Form leichten Mitnehmerscheibe 3o, die nur das mechanische Drehmoment
zu übertragen hat, möglichst zu verringern, wird diese Scheibe sowie die Tragringe
39 zweckmäßig aus Leichtmetall hergestellt.
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Die mit den Reibflächen 40, 41 besetzten Tragringe 39 werden vorzugsweise
zwei- oder mehrteilig ausgeführt, so daß sie nach erfolgter Abnutzung ihrer Reibflächen
zwecks deren Erneuerung nach Lösung der Schrauben 46 ohne irgendwelche sonstigen
Änderungen bequem aus dem Zwischenraum zwischen den Reibkörpern von Magnetkörper
und Ankerscheibe herausgenommen werden können. Eine Nachstellung kann durch Unterlegen
der Reibringe 37, 38 erfolgen.
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Die Ausführungsform nach Abb. 2 zeichnet sich besonders durch ihr
geringes Gewicht und ihre kurze axiale Baulänge aus. Die Abführung der entstehenden
Wärmemengen wird dadurch gefördert, daß alle Teile, an denen Reibungswärme entwickelt
wird, aus dem Raum zwischen den beiden Magnetkörpern an deren Außenfläche verlegt
und mit Kühlrippen versehen sind. Dadurch sind diese Teile infolge der größeren
Drehgeschwindigkeit einer äußerst wirksamen Durchlüftung ausgesetzt. Für Zutritt
von Frischluft ist durch Kanäle und Bohrungen-gesorgt.
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Die Ausbildung der zu den beiden Abbildungen bis ins einzelne beschriebenen
Nachstell- und Belüftungseinrichtungen ist jedoch nicht Gegenstand dieser Erfindung.