Die Erfindung betrifft eine elektrisch steuerbare Hysteresekupplung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1, welcher ausgeht von einer Hysteresekupplungs-Bauart, die insbesondere für Zugkraftregelungen bei Wickelvorgängen eingesetzt wird. Derartige Kupplungen sind bekannt aus der DE-A 2 929 095 und dem Aufsatz "Exakte Zugkraftregelung durch Hysteresekupplungen und -bremsen" in "Antriebstechnik" 24 (1985) Nr. 6 S. 42/43.
Bei der dort dargestellten Kupplungsbauweise ist der Aussendurchmesser weit grösser als der der Abtriebswelle. Auch sind dort Kupplung und Abtriebswelle axial in Reihe angeordnet, und die Kupplung erfordert zwischen der Wellenabstützung der Antriebswelle und der Abtriebswelle erheblichen axialen Bauraum. Sowohl der grössere Durchmesser als auch der zusätzliche axiale Bauraumbedarf erschweren die Verwendung derartiger Kupplungen zur nachträglichen Ausrüstung entsprechender Maschinen.
Wird zwischen zwei Wellenabstützungen eine glatte durchgehende Abtriebswelle benötigt, welche beispielsweise als Reibrolle für Garnspulen oder dergleichen dienen muss, stören sowohl die grossen Aussenmasse der Kupplung als auch ihre axiale Baulänge, weil hier sowohl eine Nabe des Polringes als auch eine Nabe des Magnetkörpers radial übereinander den lichten Durchmesser der Magnetspule bestimmen und diese zudem einen Querschnitt aufweist, dessen Länge kürzer als seine radiale Höhe ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Bauweise für elektrisch steuerbare Hysteresekupplungen zu schaffen, die einen erheblich verkleinerten Aussendurchmesser ermöglicht, und mit ihr An- und Abtriebswelle verbindbar sind, ohne dass zusätzlicher axialer Platzbedarf auftritt.
Die Lösung wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 insofern erreicht, als man sich direkt der ohnehin meist aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden Antriebswelle selbst zur axialen Durchleitung des Magnetflusses unter dem Spulenkörper hindurch bedient. So braucht weder eine Nabe des Polringes noch des Magnetgehäuses die radiale Höhe des letzteren mitbestimmen. Polring und Anker können axial vom Spulengehäuse angeordnet und zusammen mit diesem in einen Hohlraum einer noch relativ schlanken Abtriebswelle eingeschoben sein. Das Spulengehäuse wird dabei durch eine erforderlichenfalls radial bündig in die Lageröffnung der Wellenabstützung axial einsetzbare, flanschartige Befestigungsplatte gehalten, welche gemeinsam mit dem übrigen Spulengehäuse aus magnetisierbarem Material besteht.
Zwischen dem Aussendurchmesser des Spulengehäuses und dem lichten Durchmesser des Hohlraumes der Abtriebswelle ist lediglich ein kleiner zusätzlicher Radialabstand für einen vom Polring spulenseitig über den polringseitigen Mantelbereich hinweggreifenden Kragen aus ferromagnetischem Material des Polringes vorzusehen. Die Abtriebswelle kann mit gleichem Durchmesser bei Bedarf das Spulengehäuse vollständig aussen umschliessen und bis knapp vor die Wellenabstützung herangeführt werden, so dass die Abtriebswelle, in welche die Befestigungsplatte des Spulengehäuses axial bündig eingesetzt ist, von keinem Bauteil mit grösserem Durchmesser mehr überragt wird und somit unter Beibehaltung der Einbaumasse in Axialrichtung, z.B. zwischen zwei Wellenabstützungen, alle Bauelemente der Hysteresekupplung im Inneren der Abtriebswelle verschwinden.
Weitere Vorteile werden durch die mittels der abhängigen Ansprüche definierten weiteren Ausgestaltungen erreicht.
- Eine montagegünstige Anordnung ergibt sich dann, wenn die Abtriebswelle den auf der Antriebswelle befestigten Anker sowie den in ihr selbst festgehaltenen Polring und zumindest einen etwa der Polringbreite entsprechenden vorderen Teil des Mantelbereiches des Spulengehäuses axial überdeckt.
Dabei ist es möglich, die spulenseitige lichte \ffnung des die Hysteresekupplung aufnehmenden hohlwellenartigen Bereiches der Abtriebswelle gerade so gross zu machen, dass der dünnwandige vom Polring aus das Spulengehäuse mit engem Luftspalt axial übergreifende Kragen des Polringes aus ferromagnetischem Material alleine noch den Durchmesser bestimmt.
- Eine günstige axiale Hintereinanderordnung von Spulengehäuse und Polring ergibt sich dann, wenn dessen Dauermagnetpole in der üblichen Anordnung beidseits einer im äusseren Randbereich des Polringes vorgesehenen axialen Ringnut liegen, in welche der Hysteresering, welcher vom Ankerring auf dessen Polringseite axial abstehend angeformt ist, berührungslos eintauchen kann.
- Ein vorteilhafter Magnetfluss ergibt sich dadurch,
dass die Befestigungsplatte und der Polring mit der Antriebswelle jeweils einen etwa mindestens entsprechend der radialen Höhe der Spule breiten radialen Luftspalt von vorzugsweise etwa 0,3 mm aufweisen und ein ähnlich enger Luftspalt von etwa gleicher Breite zwischen dem vom Polring über den Mantelbereich des Spulengehäuses hinwegreichenden Kragen am Umfang des Spulengehäuses vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung ergibt sich ein Magnetfluss, der radial unterhalb der Spule durch den aus ferromagnetischem Material gefertigten Bereich der Antriebswelle und radial ausserhalb der Spule axial durch den Mantel des Spulengehäuses verläuft.
Der Wegfall für die Magnetflussführung unwichtiger Massen, wie bei den verschiedenen Naben nach dem Stand der Technik führt dabei auch zu einer leichteren Bauweise.
- Eine günstige und auch nachträglich leicht anbringbare Befestigung des von der Abtriebswelle umgebenen Ankerringes kann man dadurch erreichen, dass die Abtriebswelle über dem Ankerring mit entsprechend dimensionierten Radialbohrungen versehen ist, um Madenschrauben radial durch den Anker zum Festklemmen desselben in die Antriebswelle einzuschrauben.
- Als besonders günstig zur Sicherstellung eines kleinen Aussendurchmessers der erfindungsgemässen Hysteresekupplung wird die Ausführung der Magnetspule mit einem langgestreckten Ringquerschnitt vorzugsweise etwa im Verhältnis Länge L = 3 mal H.
- Wenn die Stirnseiten der Abtriebswelle sowohl über der Hysteresekupplung als auch auf dem kupplungsabgewandten Ende bis knapp vor die Wellenabstützungen herangeführt sind, eignet sich die Abtriebswelle besonders günstig als Andrückrolle einer Wickelspule bzw. auch selbst als Spulenträger mit kleinem Kerndurchmesser.
- Indem sowohl in der Wellenabstützung als auch nahe bei dem auf der Antriebswelle festgeklemmten Anker Wellenlager vorgesehen sind, können den Magnetfluss eventuell störende Durchbiegungen der Wellen auch bei grösseren Querkräften zuverlässig vermieden werden.
Eine Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand schematischer Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine Längsschnittdarstellung zweier baugleicher in Reihe angeordneter Hysteresekupplungen mit gemeinsamer Antriebswelle und jeweils getrennten separat steuerbaren Abtriebswellen, welche hier als Hülsen gestaltet sind.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Hysteresekupplung in Höhe des Hystereseringes mit einer Ansicht der an sich bekannten Magnetanordnung im Polring.
In Fig. 1 ist die Antriebswelle 1 in einer Wellenabstützung 2, welche beispielsweise ein Maschinenrahmen sein kann, durch das darin eingesetzte Antriebswellenlager 3 getragen. Ein Spulengehäuse 4 ist durch eine beispielsweise flanschartige und in die Wellenabstützung 2 weit hineinsteckbare Befestigungsplatte 4.1 gegenüber der Antriebswelle 1 zentriert und drehfest gehalten. Die Platte 4.1 weist eine Mittenöffnung 4.2 auf, durch welche die Antriebswelle mit einem engen, beispielsweise ca. 0,3 mm betragenden Luftspalt hindurchgesteckt ist. Zwischen der Antriebswelle 1 und der vom Spulengehäuse 4 aussen umfassten Magnetspule 5 befindet sich hier keine Nabe mehr, sondern lediglich noch ein etwas grosserer Luftspalt als in der Mittenöffnung 4.2.
Die der Befestigungsplatte 4.1 gegenüberliegende Stirnseite des Spulengehäuses 4 kann ohne weitere Abdeckung mit einem einige Millimeter Montagetoleranz bietenden Abstand gegenüber dem Polring 6 vorgesehen werden. Spulenseitig ist ihm ein etwa seiner eigenen Breite entsprechender und axial über das Spulengehäuse 4 teilweise hinweggreifender Kragen 6.1 mit gleichem Aussendurchmesser angeformt. Auf seiner spulenabgewandten Seite befinden sich in der an sich bekannten Weise die Dauermagnetpole 6.2 im Wechselversatz auf beiden Seiten einer in den Polring 6 auf etwa Dreiviertel seiner Breite eingearbeiteten schmalen axialen Ringnut 6.3. In diese Ringnut 6.3 taucht der dem in kurzem axialen Abstand nachgeordneten Anker 7 auf etwa dem Aussendurchmesser der Spule 5 entsprechenden radialen Höhe angeformte Hysteresering 7.1 berührungslos ein.
Dabei ist der Polring 6 in der zumindest im axialen Bereich der Kupplung als Hohlwelle hülsenartig ausgebildeten Abtriebswelle 8 eingeklemmt bzw. festgeklebt oder anderweitig sicher befestigt, ohne dabei eine Berührung mit der Antriebswelle 1 zu haben. Fest auf der Antriebswelle 1 gehaltert ist jedoch der axial auf der spulenabgewandten Seite nachgeordnete Anker 7. Im Beispiel wird er axial und in Drehrichtung gehalten durch über Radialbohrungen 8.1 in der Abtriebswelle 8 eingesetzte Madenschrauben 8.2 im Anker 7. Die Abtriebswelle 8 kann unmittelbar anschliessend an den Anker 7 mittels entsprechender Lager 9 gegenüber der Antriebswelle 1 geführt und abgestützt werden, um im hülsenartigen Bereich über den engen Luftspalten der Hysteresekupplung keine ungewollten Störeffekte infolge evtl. Durchbiegungen etc. auszulösen.
Bei der geschilderten Anordnung ergibt sich ein in der Befestigungsplatte 4.1 des Spulengehäuses 4 und im Polring 6 radial und in der Antriebswelle 1 und dem Mantelbereich 4.4 des Spulengehäuses 4 achsparallel verlaufender Magnetfluss, dessen Stärke und Dauer über eine im Bild nicht gezeigte, aber vorzugsweise durch die Befestigungsplatte 4.1 und die Wellenabstützung 2 herangeführte Stromversorgung beispielsweise im Sinne einer Drehzahlkonstanz bei veränderten Drehmomenten steuerbar ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Hysteresekupplung zwischen Polring und Anker mit Blick auf die Magnetanordnung im Polring 6. Die Magnete 6.2 befinden sich radial beidseits des in der Axialnut 6.3 berührungslos umlaufenden Hystereseringes 7.1.
Werden zwei oder mehrere Hysteresekupplungen HK 1, HK 2 etc. in Reihe angeordnet, empfiehlt es sich, die Magnete 6.2 bzw. die Spule 5 jeweils in Gegenrichtung zu polen, um den Magnetfluss nicht durch Einflüsse der Nachbarmagnetfelder zu beeinträchtigen.
Bezugszeichen
1 Antriebswelle
2 Wellenabstützung
3 Antriebswellenlager
4 Spulengehäuse
4.1 Befestigungsplatte von 4
4.2 Mittenöffnung von 4
4.3 Radialabstand zwischen 4 und 8
4.4 Mantelteil
5 Magnetspule
6 Polring
6.1 Kragen an 6
6.2 Dauermagnetpole in 6
6.3 Ringnut in 6
7 Anker
7.1 Hysteresering
8 Abtriebswelle
8.1 Radialbohrung in 8
8.2 Madenschrauben für 7
9 Abtriebswellenlager auf 1
10 Magnetfluss
The invention relates to an electrically controllable hysteresis clutch according to the preamble of claim 1, which is based on a hysteresis clutch type, which is used in particular for tension control during winding processes. Such clutches are known from DE-A 2 929 095 and the article "Exact traction control by hysteresis clutches and brakes" in "Drive Technology" 24 (1985) No. 6 p. 42/43.
In the coupling design shown there, the outside diameter is much larger than that of the output shaft. Coupling and output shaft are also arranged axially in series there, and the coupling requires considerable axial installation space between the shaft support of the drive shaft and the output shaft. Both the larger diameter and the additional axial installation space make it difficult to use such couplings for retrofitting corresponding machines.
If a smooth, continuous output shaft is required between two shaft supports, which must be used, for example, as a friction roller for spools of thread or the like, both the large external dimensions of the coupling and its axial length interfere, because here both a hub of the pole ring and a hub of the magnetic body radially one above the other Determine clear diameter of the magnetic coil and this also has a cross section, the length of which is shorter than its radial height.
The object of the invention is seen to provide a construction for electrically controllable hysteresis clutches, which enables a considerably reduced outer diameter and can be connected to the input and output shaft without requiring additional axial space.
The solution is achieved with the features of claim 1 insofar as the drive shaft, which is usually made of magnetizable material, is used directly for the axial passage of the magnetic flux under the coil body. Neither a hub of the pole ring nor of the magnet housing need to determine the radial height of the latter. The pole ring and armature can be arranged axially from the coil housing and, together with this, can be inserted into a cavity of a still relatively slim output shaft. The coil housing is held by a flange-like mounting plate which can be inserted radially flush into the bearing opening of the shaft support and which, together with the rest of the coil housing, is made of magnetizable material.
Between the outside diameter of the coil housing and the inside diameter of the cavity of the output shaft, only a small additional radial distance is to be provided for a collar made of ferromagnetic material of the pole ring, which extends from the pole ring on the coil side over the pole ring side jacket region. If necessary, the output shaft with the same diameter can completely surround the outside of the coil housing and be brought up to just before the shaft support, so that the output shaft, in which the mounting plate of the coil housing is inserted axially flush, is no longer surmounted by a component with a larger diameter and thus below Maintaining the installation dimensions in the axial direction, e.g. between two shaft supports, all components of the hysteresis clutch inside the output shaft disappear.
Further advantages are achieved by the further configurations defined by means of the dependent claims.
- A convenient arrangement results when the output shaft axially covers the armature fastened to the drive shaft and the pole ring held in it and at least one front part of the jacket region of the coil housing corresponding approximately to the pole ring width.
It is possible to make the coil-side light opening of the hollow shaft-like area of the output shaft that receives the hysteresis coupling just large enough that the thin-walled collar of the pole ring made of ferromagnetic material that extends axially from the pole ring with the narrow air gap alone determines the diameter.
- A favorable axial arrangement of the coil housing and the pole ring results when the permanent magnet poles in the usual arrangement lie on both sides of an axial ring groove provided in the outer edge region of the pole ring, into which the hysteresis ring, which is formed axially projecting from the armature ring on its pole ring side, is immersed without contact can.
- An advantageous magnetic flux results from
that the mounting plate and the pole ring with the drive shaft each have an approximately at least 0.3 mm wide radial air gap approximately at least corresponding to the radial height of the coil and a similarly narrow air gap of approximately the same width between the collar extending from the pole ring over the jacket region of the coil housing is provided on the circumference of the coil housing. This arrangement results in a magnetic flux which runs radially below the coil through the area of the drive shaft made of ferromagnetic material and radially outside the coil axially through the jacket of the coil housing.
The elimination of magnetic flux guidance of unimportant masses, as with the various hubs according to the prior art, also leads to a lighter design.
- A cheap and also easily attachable attachment of the anchor ring surrounded by the output shaft can be achieved by providing the output shaft above the anchor ring with correspondingly dimensioned radial bores in order to screw grub screws radially through the anchor to clamp it into the drive shaft.
- The design of the magnetic coil with an elongated ring cross section is preferably particularly favorable in order to ensure a small outside diameter of the hysteresis coupling according to the invention, approximately in the ratio length L = 3 times H.
- If the end faces of the output shaft are brought up just above the shaft supports both above the hysteresis coupling and on the end facing away from the coupling, the output shaft is particularly suitable as a pressure roller for a winding spool or even as a spool holder with a small core diameter.
- Since shaft bearings are provided both in the shaft support and close to the armature clamped on the drive shaft, the magnetic flux can be reliably prevented from bending the shafts, even with greater transverse forces.
The invention is explained below with the aid of schematic drawings.
Fig. 1 is a longitudinal sectional view of two identical hysteresis clutches arranged in series with a common drive shaft and separate separately controllable output shafts, which are designed here as sleeves.
Fig. 2 shows a cross section through the hysteresis coupling at the level of the hysteresis ring with a view of the magnet arrangement known per se in the pole ring.
In Fig. 1, the drive shaft 1 is supported in a shaft support 2, which can be a machine frame, for example, by the drive shaft bearing 3 inserted therein. A coil housing 4 is centered relative to the drive shaft 1 and held in a rotationally fixed manner by a, for example, flange-like fastening plate 4.1, which can be inserted far into the shaft support 2. The plate 4.1 has a central opening 4.2 through which the drive shaft is inserted with a narrow air gap, for example approximately 0.3 mm. There is no longer a hub between the drive shaft 1 and the magnet coil 5 encompassed by the coil housing 4, but only a slightly larger air gap than in the center opening 4.2.
The end face of the coil housing 4 opposite the fastening plate 4.1 can be provided without a further cover with a spacing relative to the pole ring 6 that offers a mounting tolerance of a few millimeters. On the coil side, a collar 6.1 corresponding to its own width and axially partially overlapping over the coil housing 4 with the same outside diameter is molded onto it. On its side facing away from the coil, in the manner known per se, the permanent magnetic poles 6.2 are alternately offset on both sides of a narrow axial annular groove 6.3 machined into the pole ring 6 to approximately three-quarters of its width. The hysteresis 7.1 molded into contact with the armature 7 arranged at a short axial distance on the radial height corresponding to the outer diameter of the coil 5 is immersed in this annular groove 6.3 without contact.
In this case, the pole ring 6 is clamped or glued or otherwise securely fastened in the output shaft 8, which is designed as a hollow shaft, at least in the axial region of the coupling, as a hollow shaft, without having any contact with the drive shaft 1. However, the armature 7, which is arranged axially on the side facing away from the spool, is held firmly on the drive shaft 1. In the example, it is held axially and in the direction of rotation by grub screws 8.2 inserted in the output shaft 8 via radial bores 8.1 in the armature 7. The output shaft 8 can be connected directly to the Anchor 7 are guided and supported by means of corresponding bearings 9 with respect to the drive shaft 1 in order not to trigger any unwanted interfering effects as a result of possible deflections etc. in the sleeve-like area above the narrow air gaps of the hysteresis coupling.
In the arrangement described, there is a magnetic flux which runs axially parallel in the mounting plate 4.1 of the coil housing 4 and in the pole ring 6 and in the drive shaft 1 and the jacket region 4.4 of the coil housing 4, the strength and duration of which are shown in FIG Mounting plate 4.1 and the shaft support 2 brought power supply is controllable, for example in the sense of a constant speed with changing torques.
2 shows a cross section through the hysteresis coupling according to the invention between the pole ring and armature with a view of the magnet arrangement in the pole ring 6. The magnets 6.2 are located radially on both sides of the hysteresis ring 7.1 which rotates contactlessly in the axial groove 6.3.
If two or more hysteresis clutches HK 1, HK 2 etc. are arranged in series, it is advisable to polarize the magnets 6.2 or the coil 5 in the opposite direction in order not to impair the magnetic flux due to influences from the neighboring magnetic fields.
Reference numerals
1 drive shaft
2 shaft support
3 drive shaft bearings
4 bobbin cases
4.1 Mounting plate from 4
4.2 Center opening of 4
4.3 Radial distance between 4 and 8
4.4 jacket part
5 solenoid
6 pole ring
6.1 collar on 6
6.2 Permanent magnetic poles in 6
6.3 ring groove in 6
7 anchors
7.1 Hysteresis
8 output shaft
8.1 radial bore in 8
8.2 grub screws for 7
9 output shaft bearings on 1
10 magnetic flux