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Mehrscheiben-Magnetkupplung Die Erfindung betrifft eine Mehrscheiben-Magnetkupplung,
deren aufeinanderfolgende Kupplungsscheiben abwechselnd mit einem Antriebsorgan
und mit einem Abtriebsorgan drehfest verbunden sind, wobei die drehfeste Verbindung
zwischen dem Antriebsorgan und dem Antriebsorgan durch gegenseitige Anpressung der
Kupplungsscheiben zwischen einem Anker und einer Gegendruckplatte durch einen Magnetfluß
erzeugt wird, der über einen Magnetkreis mit zylindrischen Luftspalten geschlossen
ist und durch eine in einem festen Magnetkern angeordnete Wicklung erregt wird.
Zwischen Antriebs- und Abtriebsorgan, z. B. eine auf einer Antriebswelle sitzende
Hülse oder ein entsprechender Wellenabschnitt selbst einerseits und ein glockenförmiger
Mitnehmer andererseits, wird der Drehkraftschluß über die gegeneinander gepressten
Kupplungsscheiben hergestellt bzw. durch Lüften der Kupplungsscheiben unterbrochen.
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Eine solche Kupplung umfaßt im allgemeinen in axialer Aufeinanderfolge
den Kern eines feststehenden Elektromagneten, die mit dem Antriebsorgan drehfest
verbundene Gegendruckplatte, eine Reihe von Kupplungsscheiben der beiden genannten
Arten und einen axial verschiebbaren, jedoch drehfest mit dem Antriebsorgan verbundenen
Anker, der mit dem Elektromagneten zusammenwirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer solchen elektromagnetischen
Kupplung, die sich einerseits auf geringstmöglichem
Raum unterbringen
läßt und die andererseite eine Anbringung auf einem Antriebsorgan, z.B. einer Hülse
oder Welle, möglichst großen Durchmessers erlaubt, wobei der Aufbau des Elektromagneten
gleichzeitig die Unterbringung einer Erregerwicklung von ausreichendem Volumen und
entsprechender Leistungsfähigkeit erlauben soll. Außerdem soll der Kupplungsaufbau
die Ausbildung eines Magnetkreises ermöglichen, bei dem in den verschiedenen Querschnitten
weder Drosselstellen, d.h. Stellen hohen magnetischen Widerstandes, noch magnetische
Kurzschlüsse auftreten.
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Hierdurch sellen die magnetischen Verluste und Streufolder vermindert
werden, wleche den Wirkungsgrad der Kupplung und die Labensdauer von gegebenenfalls
zwischen dem Antriebsorgan und dem Kern das Elektromagneten eingesetzten Zentrier-
bzw.
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Lagerelemente boeinträchtigen.
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Eine weiterführende Aufgabe der Erfindung richtet sich darauf, die
genannten Zentrier- bzw. Lagerelemente überwiegend von Axialkräften zu entlasten,
so daß für diese Elemente einfache Wälzlager mit guten Laufeigenschaften und geringem
Platzbedarf verwendet werden können.
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Eine Weiterführung der Erfindungsaufgabe richtet sich ferner auf die
Schaffung einer elektromagnetischen Kupplung, bei der die auf die inneren und äußeren
Teile der Kupplungsscheiben wirkenden Kräfte ausgeglichen sind bzw. im Gleichgewicht
stehen, was durch einfache konstruktive Mittel erreicht werden soll.
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Zur Lösung der Erfindungsaufgabe kennzeichnet sich eine erfindungsgemäße
Kupplung der eingangs genannten Art zunächst dadurch, daß der Magnetkreis zwischen
einem Mittelteil der Gegendruckplatte und dem die Erregereicklung umfassenden Magnetkern
wenigstens zwei zylindrische, zueinander koaxiale mit Luftspalte unterschiedlichem
Radius aufweist.
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Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kupplung kennzeichnet sich
ferner dadurch, daß sich die Luftspalte auf einer
Seite einer durch
die ankerseitige Stirnfläche der Lagerelemente verlaufenden Ebene erstrechen.
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Die erfindungsgemäße Kupplung kann former derart ausgeführt werden,
daß die Gegendruckplatte einem mittleren Ringteil aus unmagnetichen Material sowie
zwei Ringteile aus magnetischem Material aufweist, von denen der eine in Bezug auf
den mittleren Ringtell axialverschiebbar angeordnet ist, und daß zur Begrenzung
der Axialverschiebung des beweglichen Ringsteils Anschläge, insbesondere Anschlagstifte,
vorgesehen sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich ans der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind.
Ilierin zeigt Figur 1 eine erfindungsgemäße Kupplung im Axialschnitt, Figur 2 einen
Ausschnitt einer Kupplungsscheibe in verkleinerter Flächendraufsicht, Figur 3 einen
Ausschnitt einer anderen Kupplungsscheibe in einer Darstellung genuß Figur 2, Figur
4 einen Ausschnitt einer Gegendruckplatte, ebenfalls in Flächendraufsicht, Pigur
5 den Axialechnitt einer anderen Kupplungsausführung in bezüglich Figur 1 kleinerem
Maßstab, Figur 6 eine Ausschnitt aus Figur 5 in größerem Maßstab, Figur 7 eine Einzelheit
der Kupplung nach Figur 5 in noch stärker vergrößertem, Maßstab, Figur 8 eine Weitere
Kupplungsausführung im Axialschnitt und Figur 9 eine Einzelheit einer Gegendruckplatte
für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Kupplung im Axialschnitt.
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Zunächst wird die Ausführungsform nach den Figuren 1 bin 1 beschrieben.
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An der Stirnflaehe 12 einer zum Beispiel aus gehärtetem Stahl bestehenden
Utilse 10, die bei entsprechendem Durchmesser ihrer Innenfläche 11 rest auf einer
nicht dargestellten Antriebswelle sitzt, ist ein aus-ferroinagnetischem Material
bestehender, ringförmiger Anker 13 angeordnet, der durch einen Sprengring 14 in
einer Ringnut 15 der Hülse 10 in Axial.richtung gesichert ist.
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Der Anker 13 ist mit der Hülse 10 drehfest durch eine Verzahnung verbunden,
deren Innenfläche 15' eine geringe Axiala.usdehnung aufweist und nach außei@ in
eine Kegelfläche 16 sowie nach innen in eine radiale Fläche 17 übergeht. Letztere
geht wiederum in eine zylindrische Innenbundfläche 19 und in die innere Stirnflache
18 des Ankers über.
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Der Anker 13 wirkt mit einer Kupplungsscheibe 20 zusammen, die durch
eine Verzahnung 22 (siehe Figur 2), welche in Eingriff mit einer entsprechenden
Verzahnung 22' der Hülse 10 steht, an der Drehbewegung der letzteren teilnimmt.
Mit der Kupplungsscheibe 20 steht eine weitere Kupplungsscheibe 25 (siehe Figur
3) in Wirkverbindung, die ihrerseits durch eine äußere Verzahnung 25 mit einer entsprechenden
inneren Verzahnung 25 eines glockenförmigen Mitnehmers 26 drehfest verbunden ist.
Dieser Mitnehmer stellt das Abtriebselement der Kupplung dar In der aus Figur 1
ersichtlichen Weise ist eine Mehrzahl von Kupplungsscheiben 20 und 23 aufeinanderfolgend
angeordnet. Die so gebildete Mehrscheibenanordnung ist längs der inneren beziehungsweise
äußeren Verzahnnung in Bezug auf die Hülse 10 beziehungsweise auf den Mitnehmer
26 verschiebbar gelagert. Jede der Scheiben 20 und 23 ißt mit kreisringförmig aufeinanderfolgenden
Aussparungen 28 versehen (slehe Figur 2 und 3), wodurch je eine innere und äußere,
ringförmige Scheibensone 29 b2wO 30 gebildet ist. Diese Zonen sind durch radiale
Brücken 27 miteinander verbunden.
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Auf der dem Anker 19 gegeniiberliegenden Seite der Scheibenanordnung
ist ein Elektromagnet 47 angeordnet. Auf die dem Elektromagneten
zugewandte,
äußerste Kupplungsscheibe 20n folgt in Axialrichtung eine Gegendruckplatte 31, die
ebenfalls aue ferromagnetischem Material besteht und mit Fest sitz auf der HLtlsa
10 angeordnet ist, an der Drehbewegung der letzteren also teilnimmt.
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Die Gegendruckplatte weist Aussparungen 33 auf (siehe Figur 4), wodurch
ähnlich wie bei den Kupplungscheiben eine äußere und eine innere, ringförmige Scheibenzone
94 bzw. 35 gebildet ist.
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Die Aussparungen 33 weisen eine Zylinderfläche 37 auf, die mit der
Außenfläche der Aussparungen 28 der Kupplungsscheiben fluchtet und auf ihrer der
Scheibenanordnung entgegengesetzten Seite in eine dem Elektromagneten 47 zugewandte
Kegelfläche 36 übergeht. Die der Zylinderfläche 37 gegenüberliegende Innenfläche
38 der Aussparungen 33 fluchtet mit den entsprechenden Innenflächen der Aussparungen
28 der Kupplungsscheiben und geht auf ihrer dem Elektromagneten 47 zugewandten Seite
in eine Zylinderfläche 39 über, an welche sich wiederum eine radiale Fläche 40,
eine Zylinderflüche 41 an einem entsprechenden Band 42 der Gegendruckplatte 31 und
weiterhin eine radiale StirnflL'-che 44 mit ringförmigem Vorsprung 43 anschließt.
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Der aus Figur 1 ersichtliche Kern 46 des Elektromagneten 47 weist
einen in den linken, ringförmig durchgehenden Teil dar Aussparungen 33 der Gegendruckplatte
31 eingreifenden Ringansatz 45 auf, der innen durch eine Zylinderfläche 48 begrenzt
ist. Die letztgenannte Zylinderfläche 48 bildet mit der gegenüberliegenden Zylinderfläche
39 der Gegendruckplatte 31 einen zylindrischen, zur Hülse 10 koaxialen Luftspalt
49 von geringer Stärke, während der Spalt zwischen der radialen Fläche 40 der Gegendruckplatte
31 und einer gegenüberliegenden, radialen Fläche 50 des Kerns 46 eine größere Stärke
aufweist und dem Magnetfluß einen entsprechend hohen Widerstand entgegensetzt. Eine
sich bezüglich Figur 1 nach links an die radiale Fläche 50 des Kerns 46 anschließende
Zylinderfläche 5t bildet mit-der Zylinderfläche 41 der Gegendruckplatte 31 wiederum
einen zur Hüulse 10 koaxialen Luftspalt 51 geringerer Starke.
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Der Kern 46 weist ferner einen äußeren Ringansatz 53 mit einer inneren
Zylinderfläche 54 auf, welch letztere wiederum mit einer äußeren Zylinderfläche
55 der Gegendruckplatte 31 einen Luftspalt 56 geringer Stärke für den tjbergang
des Magnetflusses bildet.
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In einer ringfdrmigen Ausnehmung 57 des Kerns ist die Wicklung 59
des Elektromagneten untergebracht.
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Zwischen einer inneren Zylinderfläche 51' des Kerne 46 und der äußeren
Zylinderfläche 62 der Hülse 10 sitzt ein erstes Wälzlager 60, an dessen rechter
Stirnfläche 63 eich der Vorsprung 43 der Gegendruckplatte abstützt. Auf der entgegengesetzten
Seite ist das Walzlager 60 in Axialrichtung durch einen Sprengring 64 gesichert,
der in einer Ringnut 65 des Kerns 46 sitzt. Auf der linken Seite des Sprengringes
64 ist gin zweites Wälzlager 66 mit sichernden Sprengring 67 in einer Ringnut 68
der Hülse 10 angeordnet. Durch den Sprengring 64 ist der Kern 46 somit gegen Axialverschiebung
bezüglich der Hülse 10 in beiden Richtungen gesichert. Da sich der Magnetfluß in
Folge der angegebenen 3emessung der Luftspaltstärken im wesentlichen auf die Spalte
zwischen den benachbarten Zylinderflächen des Kern 46 und der Gegendruckplatte 31,
d.h. im wesentlichen radial verläuft, so sind zwischen dem Elektromagneten und der
Gegendruckplatte bsw. der Hülse 10 praktisch keine Axialkräfte wirksam.
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Der in dieser reise gebildete Magnetkreis bietet dem Fluß praktisch
an keiner Stelle eine wesentliche Einschnürung. Dies gilt inabesotndere fiir den
übergang des Magnetflusses zwischen dem inneren Teil der Gegendruckplatte 91 und
den Kern 46 in den Luttspalten 49 und 52, da die Ringansätze 45 und 53 die Gegendruckplatte
31 um in entsprechendes Maß übergreifen.
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Bei der abgewandelten Ausführung nach den Figuren 5 bis 7 sind zwischen
dem Kern 122 eines Elektromagneten und einer Gegendruokplatte 123 zwei zylindrische
Luftspalte 120 und 121-vorgesehen, zwischen denen ein kegelförmiger Spalt t24 liegt.
Auf diese Weise ist die Summe der Luftspaltlänhen größer als der axiale abstand
zwischen der rechten Stirnfläche 125 des Ringansatzes
126 des Kerne
122 einerseits und der linken, den Wälzlagern zugewandten Stirnfläche 127 der Gegendruckplatte
13 andererseits.
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Der innere Ringansatz 126 bildet demgemäß eine Ringnut, die * durch
eine Zylinderfläche 128 und eine Kegelfläche 129 begrenzt * ist, während die Gegendruckplatte
123 entsprechend umgekehrt eine ringförmigen Vorsprung bildet, dessen Zylinderfläche
130 zusammen mit der Zylindefläche 128 den Luftspalt 120 begrenzt und dessen Kegelfläche
131 zusammen mit der in entsprechend großen Abstand angeordneten Kegelfläche 129
den Konischen Luftspalt 124 begrenzt, welch letzterer dem Magnetfluß hohen Widerstand
entgegensetzt.
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Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform ein Anker 132 vorgesehen,
der durch Schrauben 133 an der ersten Kupplungsscheibe 20 befestigt ist und sich
über diese, d.h. nicht unmittelbar an der Hülse 10 abstützt. Anstelle der Schrauben
133, kommen auch andere geeignete Befestigungselemente in Betracht. Wesentlich ist
bei dieser Ausführung, daß sich zwischen der. Innenfläche 133 des Anker 132 und
der Hülse 10 ein vergleichsweise großer -Zwischenraum ergibt, welcher die magnetischen
Streuflüsse zur Hülse 10 vermindert.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die Gegendruckplatte 123
eine Innenfläche mit einer Abstufung 137 auf (siehe Figur 7), die durch eine Radialfläche
138 und eine Zylinderfläche 139 begrenzt ist. Die beiden letztgenannten Flächen
gehen in eine innere Zylinderfläche 140 bzw. in eine radiale,den Kupplungsscheiben
zugewandte Stirnfläche 141 der Gegendruckplatte über-Auf diese Weise wird der zwischen
der Gegendruckplatte 123 und der Hülse 10 übertretende Magnetfluß vermindert. Die
Hülse weist hier ferner eine Eindrehung 143 auf, die trotz Verminderung des zwischen
der Hülse 10 und der Gegendruckplatte 123 übertretenden Magnetflusses eine Verminderung
des durch die Gegendruckplatte selbst tretenden Magnetflusses verhütet.
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Gegebenenfalls können die Aussparungen 28 bei der inneren Supplungsscheibe
20 der Scheibenanordnung entfallen. Auf diese Weise kann die axiale Stärke des Ankers
132 um einen der Stärke der genannten Kupplungsscheibe entsprechenden Betrag vermindert
werden.
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Weiterhin kann gemäß einer Abwandlung der Erfindung zwischen die Hülse
und den die Hülse im Bereich ihres glatten Teiles umgebenden Elementen ein Zwischenring
eingefügt werden, welcher den magnetischen Streiifluß zur Welle begrenzet.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 steht die innere Zylinderfläche
140' der Gegendruckplatte 123' in Berührung mit der äußeren Zylinderfläche 145 der
Hülse 10.
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In Figur 9 ist eine als Element einer elektromagnetischen Mehrscheibenkupplung
geeignete Gegendruckplatte 150 dargestellt, die einen inneren Ringteil 151 aus magnetischem
Material und einen darauf angeordneten Ringteil 152 aus unmagnetichem Material,
z. B. Bronze oder Aluminium, sowie einen äußeren Ring teil 153 aus wiederum magnetischem
Material umfaßt. Der äußere Ringteil 153 ist mit dem mittleren Ringteil 152 durch
Radialstifte 154 verbunden, welch letzters eine leichte axiale Verschiebung des
Ringteils 153 in Bezug auf den Rieil 152 zulassen. Diese durch entsprechende Spielpassung
der Radialstifte 154 erreichte Axialverschiebung ermöglicht einen Ausgleich der
auf die äußeren und inneren Abschnitte der Kupplungsscheiben wirkenden Druckkräfte,
die vom Anker bzw. vom Elektromagneten erzeugt werden.
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Eine Gegendruckplatte der beschriebenen Art für elektromagnetische
Mehrscheibenkupplungen ermöglicht nicht nur einen Ausgleich der auf die äußeren
und inneren Abschnitte der Kupplungsscheiben wirkenden Kräfte, sondern vermindert
auch die bei den
bekannten Vorrichtungen bestehenden magnetischen
Streuflüsse über die bei diesen Vorrichtungen bestehenden magnetischen Briteken
zwischen den inneren und äußeren, aus magnetischem Material bestehenden Ringteilen.