DE2341208C2 - Elektromagnet-Einflächen-Doppelkupplung - Google Patents

Description

a) einem Magnetkörperteil, welcher konzentrisch zur Welle (2) feststeht und zwei an einer Tragplatte (7) zueinander konzentrisch befestigte Magnetkörper (8,9) aufweist,

b) einer Leitscheibe (10), welche mit der Welle (2) fest verbunden und axial neben den; Magnetkörperteil (7,8,9) angeordnet und

c) durch in sie eingearbeitete magnetische Sperren in zwei konzentrische, entgegengesetzte Kräfte bewirkende Bereiche unterteilt ist, wobei

d) jeweils einer magnetischen Sperre (17 bzw. 18) je ein Magnetkörper (8 bzw. 9) und je eine Ankerscheibe (11 bzw. 12) durch jeweils einen eigenen, magnetischen Kraftlinienverlauf (15 bzw. 16) so zugeordnet ist, daß dieser die Sperren in der Leitscheibe (10) unmittelbar auf kürzestem Wege umschließt,

e) sowie zwei, diesen Wirkbereichen auf der den Magnetkörpern (8, 9) abgewandten Seite der Leitscheibe (10) ebenfalls konzentrisch zugeordneten Ankerscheiben (11, 12), die unabhängig voneinander gegen jeweils eines der Triebräder (5,6; Riemenscheiben) axial beweglieh durch Mitnahmeelemente an den Triebrädern (5,6) in Umfangsrichtung geführt sind und von denen

f) jeweils eine Ankerscheibe (11 oder 12) bei entsprechender Aktivierung emes Magnetkörpers (8 oder 9) entgegen einer Federkraft gegen mit der Welle (2) drehfeste Reibflächen stirnseitig in Kraftschluß bringbar ist.

(11 bzw. 12) und dem dieser zugeordneten Triebrad (5 bzw. 6; Riemenscheibe) durch die Vorspannung je einer mit dessen Stirnseite formschlüssig verbundenen und im uneingeschalteten Zustand sich flach anlegenden Membranfeder (13 bzw. 14) allein a'ifbrii.-gbar ist

dadurch gekennzeichnet, daß

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g) die Reibscheibenkupplungen als Einflächenkupplungen ausgebildet sind und den Magnetkörpern (8, 9) eine gemeinsame, radial einstükkige und ringspaltfreie Leitscheibe (10) zugeordnet ist, die

h) unmittelbar jeweils eine Reibfläche mit je einer der jeweils aktiven Ankerscheiben (U bzw. 12) aufweist und

i) in welcher zwei magnetische Sperren (17,18) in Form zweier konzentrischer, ungeteilter, unmagnetischer Ringeinlagen vorgesehen sind und wobei

k) die mittlere (22) der durch die beiden magnetischen Sperren (17, 18) unterteilten drei magnetisch leitenden Ringflächen (21, 22, 23) gemeinsamer magnetischer Pfad (15, 16) für jeden der beiden Wirkbereiche der Magnetkörper (8, 9) ist, welche gegensinnige Wicklungen aufweisen und daß

1) die Federkraft zur Rückstellung der jeweils abgeschalteten Ankerscheiben (11, 12) durch je eine zwischen der betreffenden Ankerscheibe Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigbare Doppelkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Derartige Kupplungen werden wegen ihres einfachen Aufbaues, des geringen Platzbedarfes und der im Vergleich hierzu guttn Drehmomentwerte vorzugsweise im Automobilbau eingesetzt Zu der herkömmlichen Anordnung als Doppelkupplung mit koaxial nebeneinanderliegenden Magnetkörpern bauen jedoch auch diese Kupplungen, für die Belange des Automobilbaues zu lang.

In der DE-OS 14 75 278 ist eine Elektromagnet-Mehrscheiben-Lamellendoppelkupplung beschrieben. Sie weist eine magnetische Sperre im Schwungrad (Leitscheibe) auf, die durch einen Ringspalt gebildet ist, welcher nur durch einige Mitnahmekörper aus nichtmagnttischem Material zwei Ringfiächen »Si« und »S2« drehfest miteinander verbindet. Damit entsteht neben einer von der Breite des Ringspaltes zwischen den Ringflächen abhängigen Magnetfeldausbildung eine mechanische Schwächung des Schwungrades S. Daraus folgt eine der Kompaktbauweise entgegenstehende Höherbeanspruchung bzw. Größerdimensionierung anderer Materialquerschnitte, zumal der Ringspalt aus Zentrifugalkraftgründen kleinstmöglich sein sollte. Hinzu kommt bei dieser Bauweise die Schwierigkeit, Leitscheibe (Schwungrad) und Ankerscheibe auf definiertem Abstand zu halten, da keine axiale Einstellbarkeit für den Spalt vorgesehen ist und Reibflächenabnutzungen nicht kompensierbar sind.

Die Entstehung von Streuflüssen im unbenutzten Feld und Reibmomente an den nicht benötigten Lamellen bleiben möglich. Wegen zweifach vorgesehener magnetischer Pfade zwischen den Spulen müssen diese zur sicheren Umschaltbarkeit gleichen Wickelsinn aufweisen, was die Streufeldentstehung weiter begünstigt und auch den Lösekraftbedarf bzw. die jeweiligen Schaltströme sowie Schaltzeiten steigert.

Die im Bereich der Magnetspulen vorgesehenen Ausnehmungen ergeben eine weitere mechanische Schwächung und Beeinträchtigung der Kompaktbauweise. Da die zwischen den Ausnehmungen vorgesehenen schmalen, radialen Stege die Magnetkraft mindern, muß eine entsprechende Größerdimensionierung der Spulen und damit der gesamten Baugruppe erfolgen.

Die Eigenfederkräfte zum Auseinanderdrücken bei Abschaltung ergeben dauerndes Schleifen, zumal dann, wenn (z. B. wegen der Mehrscheibenbauweise und der damit unvermeidbar größeren Entfernung) zwischen Spulen und Anker als Lamellenwerkstoff nur magnetisch leitende Stahlscheiben in Frage kommen, so daß Streuflüsse leicht entstehen. Wegen der Eigenfederung kann den Lamellen auch keine Vorspannung zum Zurückstellen eingeprägt werden, so daß als Federweg nur der an sich möglichst gering zu haltende Luftspalt des Ankerscheibenhubes in Frage kommt.

Die Entgegenhaltung offenbart also eine alternative

Ablriebsmoglichkeit einer konstanten Drehzahl zu zwei Wellen, die mit baulichen Mitteln gelöst wird, welche schon aufgrund ihrer mechanischen und wirkungsmäßigen Eigenheiten, selbst bei Annahme einer Verwendbarkeit als Einflächendoppelkupplung noch keine äußerst kurze Bauiänge ermöglichen.

Eine äußerst schmale Bauweise entsprechend der Baulänge einer äquivalenten Einfachkuppiung, durch welche zwei verschiedene Drehzahlen von einer Welle abwechselnd abgreifbar sind, wie es der erwähnte ό Kompressorantrieb der Anmeldung erfordert ist damit nicht möglich.

Weiterhin wurde noch eine als Rückstellfeder wirkende Scheiben- oder Tellerfeder, die die Ankerscheibe einer Elektromagnet-Kupplung mit einem Kupplungs- oder Bremsflansch verbindet, gemäß der DE-GMS 19 60 142 bekannt, welche aber keine Donpelkupplungsprobleme aufwirft

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schnell und zuverlässig umschaltbare, kürzer bauende Elektromagnet-Einflächendoppelkupplung zu schaffen, deren Übertragun.gsquerschnitte möglichst wenig mechanisch geschwächt sind und bei der unvermeidbare Streustromeinflüsse möglichst gering zur Wirkung kommen, wobei auch die Rückstellposition der abgeschalteten Kupplung eindeutig sichergestellt ist und ein Schleifen aufgrund nachlassender Eigenfederung von Reibelementen oder durch Streuströme zuverlässig vermeidbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst. Dabei wird eine J« Doppelkupplung mit der Baulänge einer äquivalenten Einfachkupplung geschaffen, welche folgende Vorteile aufweist:

— Mit dieser äußerst schmal bauenden Doppelkupp- ^ lung kann beispielsweise ein Kompressor in zwei Stufen hochgefahren werden. Ein Hochlaufvorgang in zwei Drehzahlstufen bringt den Vorteil, daß sich die Antriebsleistung im umgekehrten Verhältnis zur Übersetzung verringert. ίο

— Die Leitscheibe (Schwungrad) besteht aus einer bis auf die unmagnetischen Einlagen an sich homogenen Scheibe und ist für beide Magnetkörper ungeschwächt durch Ringspalte oder Ausnehmungen mit hohen Drehmomenten und Wärmestromdichten belastbar. Ihre Reibfläche ist nicht durch radiale Luftspalte reduziert oder auf die Verwendung magnetisch leitender Werkstoffe angewiesen, welche der Schmierung bedürfen.

— Zwei magnetische Sperren sind dem jeweiligen Spulenzentrum feldverstärkend unmittelbar gegenüber angeordnet, ohne eine Schwächung der Felddurchflutung infolge radialer Stege zu ergeben, wie bei als Ringspalte ausgestalteten, magnetischen Sperren.

— Zwischen Leitscheibe und Ankerscheibe liegt nur noch ein axialer Luftspalt, weil unmittelbar zwischen ihnen keine weiteren Reibflächen vorgesehen sein müssen, so daß keine Reibflächeneinbußen wieder zu kompensieren sind. Kleinere Durchbrüche in den Ankerscheiben für die Mitnehmerköpfe ergeben nur unbedeutende Reibflächeneinbußen.

— Die zwei magnetische Sperren aufweisende und im übrigen ringspalifreie Leitscheibe ergibt den zu kleinerem Durchmesser führenden und auch zum schnellen Aufbau und zur zuverlässigen Aufrechterhaltung einer kräftigen Durchflutung höchst vorteilhaften Effekt daß die mittlere, magnetisch leitende Ringfläche sowohl vom äußeren als auch vom inneren Magnetkörper als gemeinsamer, magnetischer Pfad auf einem damit doppelt nutzbar gewordenen Ringbund zwischen den Magnetkörpern von den magnetischen Kraftlinien bei jeder Einschaltung in gleicher Richtung durchflutet wird. Dazu sind die Wicklungen der Magnetkörper in erfindungsgemäßer Weise gegensinnig ausgeführt so daß der gemeinsame magnetische Pfad auch in beiden Einschaltfällen mit gleicher Polung beaufschlagt wird. Da eine Umpolung in diesem Pfad nicht erforderlich ist kann die Erregungsenergie geringer sein als mit gleichsinniger Wicklung.

— Die gegensinnige Wicklung und entsprechende externe Anschlüsse sind auch deshalb für ein schnelles und sicheres Umschalten vorteilhaft, weil dabei die an sich stets vorhandenen Streuflüsse bei der Umschaltung auf diese Weise immer erst einmal aufgehoben werden, also den Wert 0 passieren, bei dem eine Ablösung der Ankerscheibe schon mit einem Minimum an Lösekraft erfolgen kann.

— Jede Ankerscheibe ist eine ausschließlich zur Ankerscheiben-Rückstellung dienende und mit einer ausreichenden, axialen Vorspannung versehbaren und bei abgeschaltetem Magnetfeld stirnseitig am jeweiligen Triebrad flach anliegende Membranfeder an sich bekannter und bewährter Art als Mitnahmeelement. Sowohl eine Drehmomentabfederung als auch eine sichere Rückstellung, selbst bei verschieden hohen Restströmen, wie sie infolge wechselnder Einsatzbedingungen unvermeidlich sind, ist eindeutig besser gewährleistbar als bei Verlaß auf Eigenfederung.

— Die Leitscheibe braucht nicht als Zahnkranzträger ausgebildet sein und kann daher mit der Tragplatte auf der Welle axial begrenzt veränderbar festgelegt sein.

— Mit z. B. Bronze-Reibflächen ist die Einflächenkuppiung ohne weiteres trocken arbeitend verwendbar und kommt ohne öldurchflutung aus.

— Es ist mit der erfindungsgemäßen Doppelkupplungsbauweise auch leicht möglich, gleiche Grundelemente lediglich durch kleine Axial-Abstandsveränderungen der Leitscheibe gegenüber Tragplatte oder Ankerscheiben auf andere Spannungs- und Drehmomentbedingungen durch Beilagebleche etc. auch noch bei Montage oder Inspektionen auf einfache Weise anzupassen.

Der Magnetkörper einer erfindungsgemäßen Elektromagnet-Kupplung besteht aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten, einzeln erregbaren Magnetkörpern, denen eine gemeinsame, durch zwei unmagnetische Stege in drei magnetisch leitende Ringflächen unterteilte Leitscheibe zugeordnet ist und deren zugehöriger Ankerscheibenteil aus zwei getrennt und konzentrisch zueinander angeordneten, axial bewegbaren Ankerscheiben gebildet wird, die in bekannter Weise über eine Membranfeder wechselseitig mit einem festsi-henden Kupplungs- oder Bremsflansch verbunden sind und daß die Membranfeder eine Vorspannkraft besitzt, die das Anziehen der Ankerscheibe durch magnetische Streuflüsse verhindert. Durch die konzentrische Anordnung von zwei einzeln erregbaren Magnetkörpern in Verbindung mit einer gemeinsamen,

durch unmagnetische Stege in magnetisch leitende Ringzonen unterteilten Leitscheibe und durch die Anordnung von zwei konzentrischen, getrennt voneinander arbeitenden Ankerscheiben erhält man eine Doppelkupplung, deren Baulänge der einer äquivalen- ί ten Einfachkupplung entspricht.

Beide Spulen können einen entgegengesetzten Wicklungssinn haben und die jeweils abgeschaltete Spule kann mit einem Reststrom beaufschlagt bleiben. Dadurch wird erreicht, daß das unerwünschte Streufeld von dem vom Reststrom erzeugten magnetischen Gegenfeld aufgehoben wird. Da Größe und Einflußbereich des Streufeldes von den Einbauverhältnissen der Kupplung, d. h. von den zwangsläufig entstehenden, magnetischen Nebenschlüssen abhängen, so ist auch die Höhe des Reststromes bei den verschiedenen Einbaufällen verschieden.

Die Erfindung wird durch das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Durch die in der Figur dargestellte und mit dem Bezugszeichen 1 versehene, elektromagnetisch betätigbare Einflächen-Doppelkupplung kann eine Welle 2 mittels Lager 3 und 4 auf dieser drehbar angeordneten Riemenscheiben 5 und 6 reibschlüssig verbunden werden. Die Kupplung besteht aus zwei an einer Tragplatte 7 angeschraubten Magnetkörpern 8 und 9, einer Leitscheibe 10 und zwei getrennt voneinander angeordneten Ankerscheiben 11 und 12, die jeweils über eine Membranfeder 13 und 14 mit einer Riemenscheibe 5 bzw. 6 verbunden sind.

Zur Führung der magnetischen Kraftlinien, die durch voll und gestrichelt gezeichnete Linien 15 und 16 dargestellt sind, ist die Leitscheibe 10 mit zwei unmagnetischen Stegen 17 und 18 ausgestattet.

Wird z. B. die Magnetspule 19 vom Strom durchflossen, so bildet sich gemäß der voll ausgezogenen Linie 15 ein magnetisches Kraftfeld aus, durch das die Ankerscheibe 11 nach rechts zu der Leitscheibe 10 hingezogen wird. Da die Riemenscheibe 5 mit ihrer Ankerscheibe 11 und die Leitscheibe 10 mit der Welle 2 drehfest verbunden ist, wird bei einem Antrieb der Riemenscheiben 5 und 6 die Welle 2 durch die Riemenscheibe 5 reibschlüssig mitgenommen, während die Scheibe 6 leer läuft.

Der gestrichelt eingezeichnete, magnetische Streufluß 16 wird nicht wirksam, da die Membranfeder 14 mit ihrer Vorspannkraft über der Anzugskraft des magnetischen Streufeldes liegt.

Beim Abschalten des Erregerstromes wird die Ankerscheibe 11 durch die vorgespannte Membranfeder 13 wieder nach links zurückgezogen und die Kupplung wird gelöst. Wird die Spule 20 vom Strom durchflossen, so verlaufen hier die Vorgänge analog.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromagnetisch betätigbare Doppelkupplung mit zwei konzentrisch ineinander angeordneten Reibscheibenkupplungen zum abwechselnden Herstellen eines Kxaftschlusses zwischen je einem von zwei zueinander konzentrisch und gegeneinander drehbeweglich auf einer Welle (2) angeordneten Triebrädern (5,6; Riemenscheiben), im wesentlichen bestehend aus: