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Elektromagnetische Reibkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Reibkupplung mit einem feststehenden, die Magnetspule tragenden und auf Nadeln gelagerten Magnetkörper und einer von dem feststehenden Magnet- körper durch im Magnetkreis liegende Luftspalte getrennten, drehbaren Druckplatte.
Zweck der Erfindung ist die Erzielung einer einwandfreien Lagerung des feststehenden Magnetkörpers gegenüber der umlaufendenwelle und der sich ebenfalls drehenden Druckscheibe, wobei insbesondere auch die Axialkraft berücksichtigt werden soll, die sich aus dem Ubergang des magnetischen Kraftflusses vom Magnetkörper auf die Druckscheibe ergibt. Ausserdem sind Vorkehrungen, insbesondere an der Lagerung, getroffen, um den magnetischen Streufluss soweit als möglich zu unterbinden. Schliesslich kann die Kupplung nach der Erfindung so ausgebildet werden, dass die aus dem Magnetfluss resultierende Axialkraft in ihrer Grösse vermindert wird.
Es sind Kupplungen bekannt, bei denen der feststehende Magnetkörper auf der umlaufenden Welle oder einem mit der Welle drehfest verbundenen Nabenteil mittels Wälzlager radial gelagert ist. Bei diesen Kupplungen muss die auftretende Axialkraft von den Radiallagern mit aufgenommen werden. In einer andern Ausführungsform ist der Magnetkörper auf der Welle gleitgelagert, während zwischen dem Magnetkörper und der Nabe der Druckscheibe ein Axiallager angeordnet ist. Um unerwünschte Feldlinienstreuungen zu unterbinden, ist es bekannt, zwischen Magnetkörper und Nabe der Druckscheibe eine Büchse aus nicht magnetisierbarem Werkstoff anzuordnen.
Bei einer weiteren bekannten Kupplung ist der Luftspalt zwischen dem feststehenden Magnetkörper und dem Kupplungskörper gegen die Wellenlängsachse nicht senkrecht, sondern geneigt ausgeführt. Diese Ausführung hat eine Verringerung der nutzbaren Anziehungskraft und somit auch eine Verringerung des übertragbaren Drehmomentes der Kupplung zur Folge.
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Kupplung, mit einem feststehenden, die Magnetspule tragenden und mittels eines Nadellagers gelagerten Magnetkörper, sowie einer von dem feststehenden Magnetkörper durch im Magnetkreis liegende Luftspalte getrennten, drehbaren Druckplatte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Magnetkörpers zwischen diesem und der Welle bzw. der Druckplatte ein in an sich bekannter Weise mit einem Axialwälzlager kombiniertes Nadellager angeordnet ist, und dass ferner der innere, zu dem Axiallager führende Teil des radialen Luftspaltes zwischen dem Magnetkörper und der Druckplatte auf seiner ganzen Länge oder teilweise gegen die Wellenlängsachse um Winkel geneigt angeordnet ist, die kleiner als 900 sind.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Nadellager 19, 20 dadurch mit grossem magnetischen Widerstand ausgeführt, dass die Anzahl der Nadeln ein durch die relative Lebensdauer des Lagers begrenztes Mindestmass aufweist, und bzw. oder dass der Nadelkäfig aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff besteht.
Das auf den Magnetkörper einwirkende Reibmoment wird durch diese Anordnung so weit herabgemindert, dass die Verdrehsicherung des Magnetkörpers keinen grossen Kräften ausgesetzt ist und daher mit der Stromzuführung kombiniert werden kann.
Die Ausbildung des inneren Teiles des radialen Luftspaltes bewirkt, dass die Belastung des Axiallagers verringert wird.
Um einen Streufluss der magnetischen Feldlinien durch das Nadellager bzw. die Welle soweit als
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möglich zu unterbinden, ist die Anzahl der Lagemadeln des Nadellagers so gewählt, dass die relative Lebensdauer des Lagers im Rahmen der übrigen schnell verschleissenden Kupplungsteile liegt, insbesondere gleich der Lebensdauer des höher belasteten Axiallagers ist. Während das Nadellager nur das Gewicht des Magnetkörpers aufzunehmen hat, ist das Axiallager durch die höheren axialen Magnetkräfte belastet.
Ausserdem kann der Nadelkäfig aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellt werden.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungen nach der Erfindung dargestellt. Es stellen dar : Fig. 1 den Kraftfluss in einem Magneten mit senkrechtem Luftspalt, Fig. 2 den Kraftfluss in einem Magneten mit schrägem Luftspalt, Fig. 3 eine schleifringlose elektromagnetische Kupplung gemäss vorliegender Erfindung mit radialem Luftspalt und antimagnetischer Büchse zwischen Welle und Nadellager, Fig. 4 eine schleifringlose elektromagnetische Kupplung gemäss vorliegender Erfindung mit schrägem Luftspalt und antimagnetischem Nadelkäfig, Fig. 5 einen Querschnitt der Kupplung nach Fig. 4, Fig.
6 eine schleifringlose elektromagnetische Kupplung gemäss vorliegender Erfindung mit Luftspalt, der sich aus zwei entgegengesetzt geneigten Teilen zusammensetzt, Fig, 7 eine schleifringlose elektromagnetische Kupplung gemäss vorliegender Erfindung mit einem Luftspalt, der sich aus zwei parallelen gegen die Längsachse geneigten Teilen und einem diese verbindenden achsparallelen Teil zusammensetzt, ausserdem ist bei dieser Ausführung beispielsweise ein normales Axialwälzlager mit zwei Laufringen angeordnet, Fig. 8 eine schleifringlose elektromagnetische Reibkupplung, bei der die handelsübliche Kombination eines Nadellagers mit einem Axialkugellager, angeordnet ist.
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<tb> rechnet <SEP> sich <SEP> aus <SEP> der <SEP> Formel <SEP> zur <SEP> Ermittlung <SEP> der <SEP> Magnetkraft <SEP> P=F####### <SEP> (kg) <SEP> worin <SEP> die <SEP> Feldliniendichte
<tb> B <SEP> = <SEP> #(Gauss) <SEP> ist.
<tb>
Hierin ist q. der magnetische Kraftfluss, der im vorliegenden Fall eine konstante Grösse darstellt ; F ist die den Luftspalt begrenzende Fläche des Magnetkörpers bzw. der Druckscheibe. Aus den aufgeführten Berechnungsformeln kann entnommen werden, dass die Feldliniendichte B und damit auch die Magnetkraft P (=Axialkraft) kleiner wird, wenn F einen grösseren Wert annimmt.
Gemäss vorliegender Erfindung werden die oben angegebenen physikalisch-mathematischen Zusammenhänge in der Weise ausgewertet, dass der Luftspalt nicht radial bzw. senkrecht zur Wellenlängsachse, sondern geneigt angeordnet wird. An Hand von Fig. 1 und 2 der Zeichnung wird im nachfolgenden der Kraftfluss am senkrechten und geneigten Luftspalt näher erläutert. In Fig. 1 errechnet sich die Fläche des senkrechten Luftspaltes bei Aussendurchmesser D und Innendurchmesser d zu :
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Ist dagegen der Luftspalt um den Winkel 0 : gegen die Wellenlängsachse geneigt, so errechnet sich die Luftspaltfläche zu :
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Die hieraus errechnete Magnetkraft PN wirkt senkrecht zum Luftspalt und ist in eine senkrechte von
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von dem Axiallager aufzunehmen ist.
Demnach ist :
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Die waagrechte Magnetkraftkomponente P bei schrägem Luftspalt verringert sich also in Abhängigkeit von dem Quadrat der Sinusfunktion des Neigungswinkels a. Daraus ergibt sich bei a = 450 und
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sin a¯ 0,705 P, = 0. 5 P, bei a = 300 und sin < x = 0, 5 : = 0, 25 P1'
Die Schrägstellung des Luftspaltes gemäss der vorliegenden Erfindung hat also zur Folge, dass die
Grösse der Axialkraft wesentlich vermindert wird.
In Fig. 3 ist mit 1 der Magnetkörper bezeichnet, in dem die Magnetspule 2 eingebettet ist. In die
Bohrung des Magnetkörpers 1 ist der Aussenring 3 eines Nadellagers mit Festsitz eingepresst. Zwischen dem Nadellager und der Welle 4 ist eine mit der Welle drehfest verbundene Büchse 5 aus antimagneti- schem Werkstoff angeordnet. Im Bereich der Nadeln 6 des Nadellagers ist die Büchse 5 mit einer zweck- entsprechenden Laufbahn 7 ausgestattet, die aus einer gehärteten und aufgepressten Stahlbüchse bestehen kann. An Stelle der Stahlbüchse kann die Laufbahn 7 auch durch Aufbringen einer Hartchromschicht ge- bildet sein.
Der Aussenring 3 des Nadellagers besitzt an seinem inneren Ende eine Radialwand 8, deren Aussen- fläche als Laufbahn für das Axialrollenlager 9 dient, dessen Gegenlauffläche von dem Bordring 10 gebil- det wird. Der Bordring 10 Ist teilweise umschlossen von dem ferromagnetischen Innenring lla der Druck- scheibe, die mit der Büchse 5 drehfest verbunden ist. Die weiteren Teile der Druckscheibe sind der Zwischenring llb aus antimagnetischem Werkstoff und der Aussenring llc aus ferromagnetischem Werkstoff.
Unmittelbar anschliessend an die Büchse 5 ist auf der Welle 1 der Innenlamellenträger 12 drehfest angeordnet, der mit Rücksicht auf Verschleissfestigkeit vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist. Auf dem freien Ende des Innenlamellenträgers ist der zweiteilige Anker aus ferromagnetischem Werkstoff angeordnet, dessen beide Teile-16 und 17, beschränkt gegeneinander verschiebbar sind, um bei nicht exakter Planparallelität einen Ausgleich zu schaffen, d. h. die gesamte Lamellenfläche zum Tragen zu bringen.
In Fig. 4 ist der Luftspalt 18 schräg angeordnet. Die mit der Welle drehfest verbundene Büchse 5 aus antimagnetischem Werkstoff entfällt in der vorliegenden Ausführungsform. Die Nadeln des Nadellagers laufen hier auf der gehärteten Welle 4. Zur Abschirmung der Feldlinien besteht der Nadelkäfig 19 aus einem antimagnetischen Werkstoff, z. B. Messing, in dem Lagernadeln 20 in weiterem Abstand voneinander angeordnet sind, wie der in Fig. 5 dargestellte Querschnitt der Kupplung zeigt. Es kann auch ein han- delsüblicher Nadelkäfig verwendet werden, aus dem ein Teil der Lagemadeln entfernt ist. Der Innenlamellenträger 21 kann bei dieser Ausführungsform statt aus Stahl auch aus antimagnetischem Werkstoff gefertigt sein, um eine Streuung des magnetischen Kraftflusses zu unterbinden.
In Fig. 6 ist eine elektromagnetische Reibkupplung nach vorliegender Erfindung dargestellt, dessen Luftspalt zur Verringerung der Axialkraft sich aus zwei entgegengesetzt geneigten Teilen 22 und 23 zusammensetzt. Im übrigen ist diese Kupplung wie die in Fig. 3 dargestellte aufgebaut. Selbstverständlich kann diese auch entsprechend Fig. 4 und 5 ausgebildet sein.
Fig. 7 zeigt eine weitere Abwandlung der Kupplung nach vorliegender Erfindung mit schrägem Luftspalt, der aus zwei parallelen um einen weniger als 900 betragenden Winkel geneigten Teilen 24 und 25, sowie einem achsparallelen, die beiden geneigten Luftspalte verbindenden Spalt 26 besteht.
Zur Aufnahme der verbleibenden Axialkraft ist bei dieser Kupplung beispielsweise ein normales Axialwälzlager 27 angeordnet. Diese Ausführung wird bei kleineren Kupplungen gewählt, bei denen die Stirnfläche des Nadellagers nicht als Lauffläche für ein Axialwälzlager ausreicht. Statt dessen kann auch ein kombiniertes Nadel-Axialkugellager 28 eingebaut sein wie Fig. 8 zeigt.
Selbstverständlich können alle hier aufgezeigten Erfindungsmerkmale in beliebiger Weise kombiniert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisch betätigte Kupplung, mit einem feststehenden, die Magnetspule tragenden und mittels eines Nadellagers gelagerten Magnetkörper, sowie einer von dem feststehenden Magnetkörper durch im Magnetkreis liegende Luftspalte getrennten, drehbaren Druckplatte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Magnetkörpers zwischen diesem und der Welle bzw. der Druckplatte ein in an sich bekannter Weise mit einem Axialwälzlager kombiniertes Nadellager angeordnet ist, und dass ferner der innere, zu dem Axiallager führende Teil dee radialen Laftspaltes (18 bzw.
22 bis 25) zwischen dem Magnetkörper (1) und der Druckplatte (lla) auf seiner ganzen Länge oder teilweise gegen die Wellenlänge- achse um Winkel geneigt angeordnet ist, die kleiner als 90 sind.