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Kupplungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung
mit auf gemeinsamer Drehachse angeordneten Kupplungselementen und einer Schraubenfeder,
die jeweils eine Kupplungsfläche der Kupplungselemente umgibt.
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Solche Federkupplungen sincl zur Übertragung eines Drehmoments zwischen
zwei zu drehenden Vorrichtungen bekannt. Eine Federkupplung besteht normalerweise
aus einem treibenden und einem angetriebenen Element, diese Elemente sind axial
aufeinander ausgerichtet und mit zylindrischen Kupplungsflächen versehen, die Vertiefungen
enthalten. Eine Schraubenfeder umgibt die zylindrischen Kupplungsflächen, die Binkupplung
erfolgt durch Einwirkung einer geringen mechanischen Kraft auf das eine Ende der
Feder. Diese mechanische Kraft drückt die L'ndwindungen der Feder in die Vertiefungen
der Kupplungsflächen. Die durch diese geringe Zusammenziehung der Feder erzeugte
GreiS-kraft wird durch die übrigen Federwindungen immer weiter verstärkt, wodurch
schnell eine Antriebsverbindung zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Element
entstel1t. [ird die Kupplung ausgekuppelt, d.h. die mechanische Irwait besei-Lifrt,
so reicht die natürliche Entspannung der Feder aus, um die Feder über die zylindrischen
Kupplungsflächen gleiten zu lassen.
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Bei gewissen Anwendungen, beispielsweise beim Hochgeschwindigkeitsdrucken,
ist ein schnelles Auskuppeln einer Kupplung erforderlich. Zum Auskuppeln, d.h, zur
Entspannung der Feder, ist eine Kraftwirkung nötig, die eine vorübergehende Drehbeschleunigung
der Federenden zur Federentspannung erzeugt.
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Durch die Eigenschaften der um die Kupplungsflächen gezogenen Feder
wird jedoch der größte Teil der beschleunigenden Kraft in dem Federende gespeichert,
dessen Material ein geringes Volumen hat und damit eine begrenzte Speicherwirkung
aufweist.
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Ferner kann die natürliche Entspannung der Feder allein länger andauern,
als dies zulässig ist. Bei dem Hochgeschwindigke@sdrucken müssen Zeilen möglichst
schnell gedruckt werden. Um die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen, muß die Betriebszeit
der mechanischen Elemente des Druckers minimal gehalten werden.
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Eine bekannte Vorrichtung zum Auskuppeln einer Federkupplung arbeitet
mit einer IIagnetvorrichtung und ist in der US-Patentschrift 3 006 448 beschrieben.
Die Trägheit eines Schningrades kann zur Unterstützung der Auskupplung angewendet
werden.
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Gemäß der US-Patentschrift 3 340 975 kann ein Gabelelement mit zwei
Auskupplungselementen gekoppelt sein, die die Enden der Feder in einer die Entspannung
unterstützenden Rich-i;ung verbiegen.
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Die bekannten Vorrichtungen für ein schnelles Auskuppeln einer Federkupplung
erfordern eine Vielzahl Zusatzelemente, wodurch der Aufwand, der komplizierte AuSbau
und die Unzuverlässigkeit beim Betrieb erhöht werden0 Ferner ist die Ansprechzeit
der Kupplung auch bei diesen Vorrichtungen immer noch begrenzt, da die Zusatzelemente
jeweils zur Zeitverzögerung beitragen, Die Aufgabe der Brfinclung besteht darin,
Federkupplungen der bezahnten Art zu verbessern, daß sie eine wesentlich kürzere
Auskupplungszeit haben. Dies soll mit einer einfaen und zuverlässigen Vorrichtung
erreicht werden.
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Eine ILupplungsvorriciltung der eingangs genannten Art ist zur Lösung
dieser Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Andrücken
der Schraubenfeder an die Kupplungsflächen in eingekuppeltem Zustand und durch ein
zwischen dem antreibenden Kupplungselement und der Andrucl;-vorrichtung angeordnetes
elastisches nlemen* das im eingeluppelten Zustand Energie speichert und bei Übergang
in den ausgekuppelten Zustand eine Drehbeschleunigung zwischen dem antreibenden
Kupplungselement und der Andruckvorrichtung erzeugt, wodurch die Schraubenfeder
verwu-nden und von den Kupplungsflächen entfernt wird.
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Bin Ausführungsbeispiel einer ILupplungsvorrichtullg nach der Erfindung
wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 den Längssclinitt einer gemäß der Erfindung ausgebildeten
Federkupplung und Fig. 2 eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten ICupplung.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein antreibendes Element 12 in Form einer
Antriebsrolle dargestellt, die mit einer nichtdargestellten Antriebsquelle verbunden
ist. Das Antriebselement 12 ist mit einem zylindrischen Einsatz 14 versehen. Es
wird durch die Antriebsquelle um eine stationäre Achse 16 auf einem Lager 18 frei
gedreht, das Lager 18 ist zwischen der Achse 16 und dem Einsatz 14 angeordnet. Die
Erfindung kann jedoch auch in gleicher speise bei einer Ausführungsform angewendet
werden, bei der die Achse 16 die Ausgangsachse einer Antriebsquelle ist, welche
das Antriebselement 12 dreht. Ein Teil einer Schraubenfeder 20 ist auf die mit Vertiefungen
versehene zylindrische Fläche des Einsatzes 14 gewickelt, der Ubrige Teil der Feder
befindet sich auf einem einsatz 15.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Einsatz 15 mit dem angetriebenen
Kupplungselement 22 verbunden. Dieses ist auf der
Achse 16 auf einem
Lager 18 in derselben Weise wie das Element 12 frei drehbar. Eine Platte 24 ist
konzentrisch zur Feder 20 angeordnet, sie bewirkt ein Aufziehen der Feder 20 auf
die beiden Kupplungselemente, wenn auf sie eine geringe mechanische Kraft einwirkt.
Das eine Ende der Feder 20 ist mit einem Befestigungsstück 26 versehen, das in einer
zylindrischen Bohrung 28 der Scheibe 2 sitzt. Das andere Ende der Feder 20 hat ein
Befestigungsstück 30, das in einem Schlitz 32 des antreibenden Elementes 12 sitzt.
Eine zur Einlcupplung erforderliche mechanische Kraft wird durch ein Reibungskissen
40 erzeugt, das der Scheibe 24 zugeordnet ist.
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Zwischen dem antreibenden Element 12 und der Scheibe 24 ist ein elastisches
Element 50 mit Stiften 54 und 52 befestigt.
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Im ausgekuppelten Zustand der Kupplung drehen sich das antreibende
Element 12, die Feder 20 und die Scheibe 24 mit lLonstanter inkelgeschwindigkeit
um die Achse 16. Die Feder 20 gleitet über die zylindrische Oberfläche des einsatzes
15.
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Die ausgekuppelte Kupplung kann durch Einwirkung einer geringen mechanischen
Kraft in radialer Richtung auf das rechte Ende der Feder 20 eingekuppelt werden.
Diese mechanische Kraft wird dadurch erzeugt, daß das Reibungskissen 40 gegen die
Scheibe 24 gedrückt wird, wenn der llekiromagnet 42 eingeschaltet ist. Dieser wird
mit einem Schalter (nicht dargestellt) unter Strom gesetzt. Die mechanische Kraft
zieht die lndwindungen der Feder 20 um ca. 0,025 mm zusammen, so daß sie auf die
Oberfläche des Metalleinsatzes 15 einwirken.
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Die durch die geringe Zusammenziehung der Feder erzeugte Greifkraft
wird durch die übrigen Windungen der Feder 20 immer mehr verstärkt, so daß die Feder
20 auf die Oberfläche des Netalleinsatzes 14 einwirkt und dadurch das Kupplungselement
22 schnell auf dieselbe Drehgeschwindigkeit wie das FLupplungselement 12 bringt.
Dadurch kann ein Drehmoment übertragen werden.
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Wird die Scheibe 24 gegen das Federende gedrückt, so wird zwischen
dem antreibenden Element 12 und der Scheibe 24 eine
Phasenverschiebung
erzeugt, wodurch die Feder 20 auf die Kupplungsflächen aufgezogen wird.
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Zur Auskupplung wird zunächst der Elektromagnet 42 ausgeschaltet,
wodurch das Reibungskissen 40 von der Scheibe 24 entfernt wird.
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Zu dem zur Auskupplung erforderlichen Entspannten der Feder 20 ist
es nötig, eine Kraft zur vorübergehenden Drehbeschleunigung der Scheibe 24 relativ
zum antreibenden Element 12 zu erzeugen, die eine Phasenvoreilung zwischen den beiden
Teilen bewirkt.
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Diese Phasenvoreilung soll innerhalb möglichst geringer Zeit erreicht
werden. Durch die Eigenschaften der auf die Kupplung flächen aufgezogenen Feder
wird jedoch der größte Teil der anfänglichen Beschleunigungskraft in dem Befestigungsstück
26 der Feder gespeichert, dieses hat jedoch ein geringes Volumen und damit ein begrenztes
Speichervermögen. Ferner ist die Entspannungszeit der Feder 20 allein im allgemeinen
länger als zulässig für bestimmte Anwendungszwecke, bei denen ein schnelles Arbeiten
der Kupplung vorgegeben ist. Dies ist beispielsweise in Hochgeschwindixkeitsdruckern
der Fall, in denen das angetriebene Element 22 mit einem Schreibkopf gekoppelt ist,
der einen Aufzeichnungsträger zeilenweise abtastet. Gemäß der Erfindung ist ein
elastisches Element 50, vorzugsweise eine Feder, zwischen dem antreibenden Element
12 und der Scheibe 24 angeordnet. Es speichert ausreichend viel Energie während
des eingekuppelten Zustandes, um ein schnelles Uberzu holen und damit ein schnelles
Entspannen der Feder bewirken, wenn die Kupplung ausgekuppelt wird. Es wurde festgestellt,
daß bei Verwendung einer Feder 50 die Auskupplungszeit um den Faktor fünf verringert
ist. Es kann zwar jede Federart an dieser Stelle verwendet werden, die Feder 50
muß jedoch eine ausreichende Energiemenge liefern, um den Reibungseingriff der Endwindung
der Feder 20 zu überwinden. Vorzugsweise soll die Feder 50 eine kleine Federkonstante
(Verhältnis der einwirkenden Last zur Auslenkung der Feder) haben, so daß die auf
die Feder 20 über die Scheibe 24 einwirkende Kraft während der Auskupplung im wesentlichen
konstant ist. Dadurch wird eine gewisse Wiederholbarkeit der Auskupplungseigenschaften
auch
bei wiederholter Einkupplung gewährleistet.
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Eine Feder geeigneter Eigenschaften kann experimentell ausgewählt
werden, d.h. die Feder wird am antreibenden Element 12 und an der Scheibe 24 in
beschriebener Weise verankert, und es wird die Auskupplungszeit der Kupplung gemessen.
Dann wird diese Messung mit einer anderen Feder wiederholt. Die schließlich endgültig
verwendete Feder soll eine minimale Auskupplungszeit auch bei wiederholten Kupplungsvorgängen
zeigen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle der dargestellten Spiralfeder
50 auch Torsionsfedern verwendet erden können.
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Andere elastische Elemente können gleichfalls die Drehbeschleunigung
zwischen dem antreibenden Element 12 und der Scheibe 24 liefern, beispielsweise
Naturkautschuk und synthetische Polymere, die gummiähnliche Eigenschaften haben,
z.B. Styrol-Dutadien, Polybutadien, Neopren und Butyl.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung stellt eine einfache, billige
und zuverlässige Möglichkeit zur Verringerung der Auskupplungszeit von Federkupplungen
dar.