DE1169571B - Elektromagnetisch betaetigte Kupplung - Google Patents

Elektromagnetisch betaetigte Kupplung

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DE1169571B
DE1169571B DEM48289A DEM0048289A DE1169571B DE 1169571 B DE1169571 B DE 1169571B DE M48289 A DEM48289 A DE M48289A DE M0048289 A DEM0048289 A DE M0048289A DE 1169571 B DE1169571 B DE 1169571B
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Germany
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electromagnet
carrier
magnetizable material
shaft
coupling
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DEM48289A
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Joseph Miquel
Jean Grange
Elie Cazal
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D67/00Combinations of couplings and brakes; Combinations of clutches and brakes
    • F16D67/02Clutch-brake combinations
    • F16D67/06Clutch-brake combinations electromagnetically actuated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/02Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with electromagnets incorporated in the clutch, i.e. with collecting rings
    • F16D27/04Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with electromagnets incorporated in the clutch, i.e. with collecting rings with axially-movable friction surfaces
    • F16D27/06Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with electromagnets incorporated in the clutch, i.e. with collecting rings with axially-movable friction surfaces with friction surfaces arranged within the flux

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Elektromagnetisch betätigte Kupplung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Kupplung mit regelbarem Schlupf - die, wie bekannt, bei Festhalten eines der beiden Kupplungsteile auch als Bremse benutzt werden kann - mit einer entweder ortsfesten oder drehbeweglichen Elektromagnetspule und einem rotierenden Träger für das Drehmoment übertragende ferromagnetische Körper, der mit einer in der geometrischen Achse des Elektromagneten gelagerten Welle verbunden ist.
  • Beim Einschalten derartiger bekannter Kupplungen ist der Schlupf zunächst unendlich. Er verringert sich bei genügender Erhöhung des Erregerstromes der elektromagnetischen Spule bis auf Null. Man kann zwar die Zeitdauer verkürzen, innerhalb deren sich der Schlupf auf Null verringert, doch gelingt es nicht, die Wärmemenge, die durch Schlupfarbeit entsteht, solange der Schlupf nicht gleich Null ist, zu beeinflussen. Diese Wärmemenge entspricht der Reibungswärme, die beim Schlupf einer Rutschkupplung entsteht.
  • Diesbezüglich, wie auch im Hinblick auf das Verhältnis von Erreger zur Übertragungsleistung und die dadurch erreichbare leichte Steuerbarkeit des Schlupfes liegen die Verhältnisse bei einer Kupplung nach der Erfindung sehr günstig. Es ist daher, beispielsweise bei Kränen, möglich, tonnenschwere Lasten durch Betätigung eines Schwachstrompotentiometers ohne wesentlichen Verschleiß und Wärmeentwicklung zu heben und zu senken. Im unerregten Zustand sind zudem die kupplungsbewirkenden Körper völlig voneinander getrennt und nicht beansprucht.
  • Diese großen Vorteile werden bei der Kupplung nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der aus nicht magnetisierbarem Stoff bestehende Träger wenigstens einen zwischen den Polen des Elektromagneten befindlichen, zur Antriebswelle exzentrischen und zu ihr parallelen Zapfen aufweist, auf welchem ein ringförmiger Körper aus magnetisierbarem Stoff frei drehbar und axial verschieblich gelagert ist, dessen dem Elektromagneten zugewandte Stirnfläche mit einem diamagnetischen Schmiermittelfilm überzogen ist.
  • Wird durch die Spule des Elektromagneten bei dieser Kupplung ein Strom geschickt und dreht der eine der beiden Kupplungsteile mit der Antriebswelle, so geraten zunächst die ringförmigen Körper aus magnetisierbarem Stoff auf ihren Zapfen in Drehung. Ihre Drehrichtung ist z. B. entgegengesetzt zur Drehrichtung der Antriebswelle. Sie werden dabei von dem Elektromagneten angezogen und schleifen auf ihn. Wegen des Schmiermittelfilms sind aber Verschleiß und Reibungswärme vernachlässigbar klein. Die Drehzahl der Körper verringert sich in dem Maße, in dem der Schlupf sich dem Wert Null nähert. Beim Schlupf Null drehen sich die ringförmigen Körper relativ zu ihrem Träger nicht mehr, und der Träger läuft mit der Drehzahl der Antriebswelle um. Natürlich kann auch der Träger mit der Antriebswelle verbunden sein und der Elektromagnet den abgetriebenen Kupplungsteil bilden.
  • Bei der Kupplung nach der Erfindung mit ortsfestem Magneten ist es zweckmäßig, wenn, wie bei elektromagnetischen Kupplungen in ähnlicher Weise bekannt, eine in dem Elektromagneten koaxial zum Träger gelagerte rotierende Welle und eine polarisierte Scheibe vorgesehen ist, die auf dieser Welle verkeilt und zwischen dem Elektromagneten und den von den exzentrischen Trägerzapfen getragenen ringförmigen Körpern eingeschaltet ist.
  • Es ist dabei von Vorteil, wenn, wie gleichfalls an sich bekannt, die polarisierte Scheibe einen inneren und einen äußeren Kranz aus magnetisierbarem und einen Mittelkranz aus nicht magnetisierbarem Stoff besitzt, wobei der innere und äußere Kranz sich gegenüber den Polen des Elektromagneten befinden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist noch ein zweiter ortsfester Elektromagnet vorgesehen, wobei zwischen den beiden Elektromagneten ein Träger angeordnet ist, der zwei oder mehrere den Elektromagneten zugewandte Zapfen trägt, auf welchen zwei oder mehrere ringförmgie Körper lose drehbar gelagert sind, deren den Elektromagneten zugewandte Stirnflächen mit einem diamagnetischen Schmiermittelfilm überzogen sind.
  • Die ringförmigen Körper sind am besten massiv ausgebildet. Sie bestehen zweckmäßig aus Agglomeraten magnetischen Pulvers, die mindestens auf den dem zugeordneten Elektromagneten zugewandten Stirnflächen diamagnetisch und selbstschmierend gemacht sind.
  • Der Schmiermittelfilm besteht in vorteilhafter Weise aus. Molybdänsulfid oder einer Silber-Molybdänsulfid-Zusammensetzung.
  • Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt zwei Ausführungsformen einer Kupplung nach der Erfindung. Es stellt dar F i g. 1 einen Schnitt durch eine Kupplung nach der Erfindung, F i g. 2 eine Stirnansicht des mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Kupplungsteile, F i g. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform und F i g. 4 eine Stirnansicht der polarisierten bei der Kupplung nach F i g. 3 verwendeten Scheibe.
  • Bei der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform trägt die von einer Kraftmaschine angetriebene Welle 1 den Elektromagneten 2, der, wie bei 2 a gezeigt, auf dieser Welle verkeilt ist. Die Spule 2 b dieses Elektromagneten wird über Schleifringe 3 gespeist. Ein weiterer Elektromagnet 7 hat eine Spule 7 b.
  • Ein Träger 6 aus nicht magnetisierbarem Werkstoff ist mit einer Welle 6 a drehfest verbunden, die die abgetriebene Welle ist und zur Arbeitsmaschine führt. Diese Welle 6 a ist mittels Lager 6 b in den Gestellen der Elektromagnete 2 und 7 gelagert. Der Träger 6 besteht z. B. aus Kunststoff und bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Welle 6a ein einstückiges Gußteil.
  • Zwischen den Polen der Elektromagnete 2, 7 hat der Träger 6 achsparallele Zapfen 5, 5 a. Dabei sind die Zapfen 5 dem Elektromagneten 2 und die Zapfen 5 a dem Elektromagneten 7 zugewandt. Auf diesen Zapfen sind ringförmige Körper 4, 4 a aus magnetisierbarem Stoff drehbar und axial verschiebbar gelagert. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, befinden sich Teile jedes Körpers 4, 4 a gegenüber den bei Erregung der Spule im Gestell jedes Elektromagneten entstehenden Nord- und Südpolen N und S. Je nach der Leistung, die man mit einem gegebenen Elektromagneten zu übertragen wünscht, können ein oder mehrere Zapfen 5, 5a sowie ein oder mehrere Körper 4, 4 a vorgesehen sein. In F i g. 2 ist ein einziger Zapfen 5 und ein einziger Körper 4 dargestellt.
  • Gemäß der Ausführungsform nach F i g. 1 sind die magnetisierbaren Kerne 4, 4a massiv ausgebildet und auf dem Zapfen 5, 5a frei drehbar gelagert, wobei die Abmessungen dieser Zapfen und dieser Körper derart gewählt sind, daß sich die Körper auf den Zapfen axial leicht verschieben können, um jede unnötige mechanische Reibung wenn der zugeordnete Elektromagnet nicht erregt ist, zu vermeiden. Vorzugsweise wird diese Axialverschiebung gering gehalten, um im Augenblick der Erregung für die Haltbarkeit der Stoffe schädliche Stöße zu vermeiden. Die massiven Körper 4, 4a sind auf ihrer dem zugeordneten Elektromagneten zugewandten Stirnfläche mit einem dünnen Schmierfilm, z. B. aus dem diamagnetischen Eigenschaften aufweisenden Molybdändisulfid, versehen.
  • Die beschriebene Kupplung arbeitet wie folgt: Sobald die Spule 26 des Elektromagneten 2 erregt wird, entsteht in dem Gestell dieses Elektromagneten, wie vorstehend erwähnt, je ein ringförmiger Nord-und Südpol. Der magnetische Kreis wird durch die Drehkörper 4 über die äußerst schmalen, durch den Schmierfilm gebildeten unmagnetischen Spalte geschlossen. Die Körper 4 drehen sich z. B. in einer Drehrichtung, die der der Antriebswelle entgegengesetzt gerichtet ist; gleichzeitig fängt auch der Träger 6 an, sich langsam mit einer Drehrichtung zu drehen, die der der Antriebswelle gleich läuft. Der Erregungsgrad der Spule 2 b bestimmt die Größe des Schlupfes. Die Rotation der Körper 4 dauert an, bis der Schlupf gleich Null ist.
  • Der andere Teil, der den festen Elektromagneten 7 einschließt, arbeitet als Bremse. Die Wirkungsweise ist ähnlich der für den Kupplungsteil vorstehend beschriebenen. Die Bremswirkung setzt, je nach dem Erregungsgrad der Spule 7b, mehr oder weniger schnell ein.
  • Wenn gewünscht, kann zwischen die Körper 4, 4a und den Träger 6 eine Feder eingeschaltet werden. Diese Feder hat den Zweck, die geschmierten Stirnflächen der Kerne zu den Stirnflächen der Elektromagneten parallel zu halten. Dazu können flache, spiralförmige oder jede beliebige geometrische Gestalt aufweisende Federn verwendet werden, die einen konstanten Druck und eine parallele Anlage der in Berührung stehenden Flächen begünstigen.
  • In F i g. 3 und 4 ist eine Kupplung dargestellt, die einen festen Elektromagneten besitzt. Hier ist die Antriebswelle 21 über Wälzlager 21a in dem Elektromagneten 22 gelagert, der fest ist und dessen Spule 22 6 über eine Öffnung 15 gespeist wird. An ihrem Ende weist die Antriebswelle 21 einen Teil größeren Durchmessers 8 auf, mit welchem eine polarisierte, allgemein mit 12 bezeichnete Scheibe drehfest verbunden ist. Mit 26 ist ein Träger aus nicht magnetisierbarem Stoff bezeichnet, der dem in F i g. 1 und 2 dargestellten ähnlich ist und der mit der Arbeitswelle 26 a verbunden ist. Dieser Träger 26 ist mittels Lager 26 b zentriert und weist exzentrische Zapfen 25 auf, die, wie im vorstehenden Fall, zur Lagerung rotierender Ringkörper 24 dienen.
  • Wie aus F i g. 3 und 4 zu entnehmen ist, weist die polarisierte Scheibe 12 einen inneren magnetisierbaren Kranz 9, einen äußeren magnetisierbaren Kranz-9 a und einen nicht magnetisierbaren Mittelkranz 10 auf. Wie gezeigt, sind in den Kränzen 9 und 10 Öffnungen 11, 11a vorgesehen, die die Kühlung begünstigen.
  • Durch die Erregung der Spule 22b entsteht in der polarisierten Scheibe 12 je ein ringförmiger Nord-und Südpol, wodurch analog dem vorhergehenden Fall, die Körper 24 über den durch den Schmierfilm dargestellten Mikrospalt an ihrer der Scheibe 12 zugewandten Stirnfläche eine magnetische Anziehung erfahren. Hier wiederum werden die Körper 24 in Drehung versetzt, was die gleiche Wirkung, wie bei der Maschine nach F i g. 1 und 2, zur Folge hat.
  • Es liegt auf der Hand, daß auch in diesem Fall der anderen Stirnfläche des Trägers 26 ein Elektromagnet und ringförmige Körper zugeordnet werden können, wodurch eine Bremse entsteht. Auch können in diese Einrichtung, wie vorstehend erwähnt, Federn einbezogen werden.
  • Die ortsfesten oder rotierenden Elektromagnete können zwei oder mehrere konzentrische oder abwechselnde Polpaare besitzen.
  • Wie vorstehend angegeben, ist die für die Speisung der Elektromagnetenspulen der erfindungsgemäßen Kupplung aufzubringende Leistung sehr schwach. Sie liegt z. B. unter 1/1o W je Pferdekraft übertragungsleistung. Diese sehwache Steuerleistung gestattet insbesondere die Verwendung von höchst vereinfachten elektronischen Steuervorrichtungen mit Halbleitern.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Elektromagnetisch betätigte Kupplung mit regelbarem Schlupf, mit einer entweder ortfesten oder drehbeweglichen Elektromagnetspule und einem rotierenden Träger für das Drehmoment übertragende ferromagnetische Körper, der mit einer in der geometrischen Achse des Elektromagneten gelagerten Welle verbunden ist, d adurch gekennzeichnet, daß der aus nicht magnetisierbarem Stoff bestehende Träger (6) wenigstens einen zwischen den Polen (N, S) des Elektromagneten (2, 7; 22) befindlichen, zur Antriebswelle (1) exzentrischen und zu ihr parallelen Zapfen (5, 5 a; 25) aufweist, auf welchem ein ringförmiger Körper (4, 4a; 24) aus magnetisierbarem Stoff frei drehbar und axialverschieblich gelagert ist, dessen dem Elektromagneten zugewandte Stirnfläche mit einem diamagnetischen Schmiermittelfilm überzogen ist.
  2. 2. Kupplung mit ortsfestem Magneten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in dem Elektromagneten (22) koaxial zum Träger (26) gelagerte rotierende Welle (21) und eine polarisierte Scheibe (12), die auf dieser Welle (21) verkeilt und zwischen dem Elektromagneten (22) und den von den exzentrischen Trägerzapfen (25) getragenen ringförmigen Körpern (24) eingeschaltet ist.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polarisierte Scheibe einen inneren und einen äußeren Kranz aus magnetisierbarem Stoff sowie einen Mittelkranz aus nicht magnetisierbarem Stoff besitzt, wobei der innere und der äußere Kranz sich gegenüber den Polen des Elektromagneten befinden.
  4. 4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß noch ein zweiter ortsfester Elektromagnet vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Elektromagneten ein Träger angeordnet ist, der zwei oder mehrere den Elektromagneten zugewandte Zapfen trägt, auf welchen zwei oder mehrere ringförmige Körper lose drehbar gelagert sind, deren den Elektromagneten zugewandte Stirnflächen mit einem diamagnetischen Schmiermittelfilm überzogen sind.
  5. 5. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Körper (4, 4a; 24) massiv ausgebildet sind.
  6. 6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Körper aus Agglomeraten aus magnetischem Pulver bestehen, die mindestens auf den dem zugeordneten Elektromagneten zugewandten Stirnflächen diamagnetisch und selbstschmierend gemacht sind.
  7. 7. Kupplung nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der von den ringförmigen Körpern getragene Schmierfilm aus Molybdänbisulfid oder einer Silber-Molybdänbisulfid-Zusammensetzung besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 897 588, 970 895; deutsche Auslegeschriften Nr.1042 731, 1050 883.
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Citations (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE897588C (de) * 1951-05-03 1953-11-23 Elektro Mechanik G M B H Vorrichtung zur Kraftuebertragung
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