DE2422833A1

DE2422833A1 - Elektromagnetische kupplung

Info

Publication number: DE2422833A1
Application number: DE2422833A
Authority: DE
Inventors: Robert Hugh Wilczewski
Original assignee: Victor Comptometer Corp
Current assignee: Victor Comptometer Corp
Priority date: 1973-08-15
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1975-03-27
Also published as: CH565332A5; SE7408361L; CA993819A; US3854562A; GB1422750A; JPS5045151A; JPS5226583B2

Description

"Elektromagnetische Kupplung"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf magnetische Drehantriebe und insbesondere auf elektromagnetische Reibungskupplungen.

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Magnetische Kupplungen sind im allgemeinen teuer, hauptsächlich wegen der Anzahl der verwendeten Teile und der Kosten des Zusammenbaues. Beispielsweise offenbart die USA-Patentschrift 3 055 475 eine elektromagnetische Kupplung mit einer stationären Spule und einem Rotor mit inneren und äusseren ringförmigen Teilen, die die Spule umfassende Polstücke bilden, was zahlreiche Verbindungsteile und eine Lagerung des Rotors mit Kugellagern erfordert und eine verhältnismässig vielteilige und aufwendige Konstruktion darstellt. Die

ORIGINAL JNSPECTED

USA-Patentschrift 3 162 285 offenbart eine etwas gedrängter ausgeführte elektromagnetische Kupplung unter Verwendung von gehärtetem Epo>Q/dharz zur Einkapselung der Spule, aber sie erfordert Schleifringe oder dergleichen für die Zufuhr von Strom zu der Drehspule, zusätzlich zu den zahlreichen Verbindungsteilen und Kugellagern. .

Die vorliegende Erfindung schafft eine sehr vereinfachte elektromagnetische Kupplung, die aussergewöhnliche Einsparungen bei den Herstellungskosten der Einzelteile und bei ihrem Zusammenbau mit sich bringt und gleichzeitig einen im höchsten Maße wirkungsvollen und langlebigen Betrieb der Kupplung gewährleistet, die aus drei Grundbestandteilen besteht, nämlich einem stationären Feld, einem Rotor und einem Anker. Das Feld umfasst ein hohles zylindrisches Gehäuse aus magnetischem Stoff mit einer Bohrung und konzentrischen inneren und äusseren Umfangswänden, die eine ringförmige Aussparung umgrenzen, die an ihrem äusseren Ende durch eine Verbindungsendwand geschlossen ist und an ihrem inneren Ende offen ist, um einen Kunststoffspulenkörper aufzunehmen, der eine im wesentlichen ringförmige Spulenwicklung trägt. Die äussere Fläche der inneren Umfangswand dieses Gehäuses kann eine kreisförmige Nut für die Aufnahme einer Ringrippe in der Bohrung des Spulenkörpers aufweisen, um die Spule in dem Gehäuse zu halten, und die Gehäuseendwand weist eine Öffnung für die Aufnahme einer rohrförmigen, versetzten Verlängerung des Spulenkörpers, durch den die Spulenleitungen verlaufen und die als Beanspruchungsentlastung für die Leitungsdrähte wirkt, auf und mit einem ortsfesten Rahmenteil als eine Verankerung dient, um die Drehung des Feldes zu verhindern. Der Rotor umfasst einen Hohlzylinder aus magneti-

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schem Stoff mit einem radialen Flansch an einem Ende, einem äusseren Bundring mit einem axialen äusseren Teil, der auf diesen Flansch ausgerichtet ist und einem axialen inneren Teil, der dazu dient, über dem inneren verjüngten Ende des Feldgehäuses zu liegen, und ein dünnwandiges, durch Spritzguss geformtes Verbindungsteil aus nichtmagnetischem Stoff, das den Zylinder und den Bundring aneinander befestigt und sowohl radial als auch axial verlaufende Lagerflächen für die Berührung mit dem Feldgehäuse bildet. Das Feldgehäuse wird an der Rotoranordnung durch einen Federring gehalten, und der Rotor sitzt auf einer Tragwelle, vorzugsweise durch Preßsitz des Rotors auf einem gerändelten Teil der Welle. Der Anker ist eine Scheibe aus magnetischem Stoff, die eine unrunde Bohrung aufweist, die auf einer Nabe von entsprechender Aussenform auf einem Antriebszahnrad oder dergleichen verschiebbar ist, das drehbar auf der Tragwelle sitzt.

In den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, sind:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine die Erfindung enthaltende elektromagnetische Kupplung im wesentlichen entlang der Linie 1-1 in Fig. 2 in axialer Richtung und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht im wesentlichen entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 .

Die hier gezeigte elektromagnetische Kupplung umfasst ein stationäres Feld, das mit der allgemeinen Bezugszahl 11 bezeichnet ist, einen mit der allgemeinen Bezugszahl 12 bezeichneten Rotor und einen mit

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der allgemeinen Bezugszahl 13 bezeichneten Anker. Der Rotor 12 ist eine aus drei Teilen bestehende einheitliche Anordnung, die aus einem hohlen zylindrischen Innenteil 14 aus magnetischem Stoff mit einem radial verlaufenden Flansch 15 an einem Ende besteht, der in seiner Aussenfläche eine nach innen verlaufende ringförmige Ausnehmung 16 aufweist. An seinem anderen Ende ist der zylindrische Innenteil 14 mit einer Umfangsnut 1 7 ausgebildet. Das zweite Teil des Rotors 12 besteht aus einem äusseren Bundringteil 18, der ebenfalls aus geeignetem magnetischem Stoff besteht, mit einem axialen äusseren Teil, der auf den radialen Flansch 15 ausgerichtet ist und eine innere, unterbrochene kreisförmige Rippe 19 aufweist, und mit einem axial inneren Teil 21 . Der Rotor 12 wird vervollständigt durch ein dünnwandiges Verbindungsteil 22 aus nichtmagnetischem Stoff, das durch Spritzguss mit dem zylindrischen Teil 14 und dem äusseren Bundringteil 18 geformt ist, um diese Teile in radialem Abstand voneinander als einheitliche Anordnung zusammenzuhalten. Die dünnwandige Eigenschaft des Teils 22 kann durch mehrere in Umfangsabständen vorgesehene Aussparungen 23 in seiner äusseren Endfläche erhöht werden, die auch die Formung des Teils 22 erleichtern, da die diese Aussparungen bildenden Formvorsprünge dahingehend wirken, eine genaue konzentrische Anordnung des äusseren Bundringteils 18 gegenüber dem inneren zylindrischen Teil 14 zu gewährleisten. Ein in axialer Richtung verlaufender Teil des Verbindungsteils 22 bedeckt die Umfangsfläche des zylindrischen Teils 14 von der Umfangsnut 17 aus in axialer Richtung nach innen, um eine zylindrische Lagerfläche 24 zu bilden. Die innere Endfläche des Verbindungsteils 22 kann abgestuft ausgebildet sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist und bildet eine radiale Lagerfläche 25, die zusammen mit dar zylin-

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drischen Lagerfläche 24 mit dem Feld 11 zusammenwirkt. Der vorzugsweise für die Spritzgussformung dieses dünnwandigen Verbindungsteils 22 verwendete Stoff ist ein Acetalhomopolymer, das Fluorcarbonharzfasern enthält, wie zum Beispiel der von der Firma E. I. Du Pont De Nemours & Co. unter der Handelsbezeichnung DELRIN AF hergestellte und vertriebene Kunststoff.

Das stationäre Feld 11 umfasst ein Spulengehäuse 26 aus magnetischem Stoff, das mit einer Bohrung 27 verschiebbar und drehbar auf der zylindrischen Lagerfläche 24 des Rotors 12 sitzt. Die äussere Umfangsfläche des Gehäuses 26 ist an ihrem inneren Endteil verjüngt, um eine Ausnehmung 28 zu bilden, die den axial inneren Teil 21 des äusseren Bundringteils 18 in engem Abstand aufnimmt. Der Bundring 18 und das Spulengehäuse 26 haben die gleichen Aussendurchmesser. Das Gehäuse 26 umschliesst eine ringförmige, die Spule aufnehmende Aussparung, die an einem Ende offen ist und an dem anderen Ende durch eine radiale Endwand 29 geschlossen ist, durch die die Öffnung 31 ausgebildet ist. Die die Spule aufnehmende Aussparung wird durch innere und äussere Axialflächen 32 und 33 des Spulengehäuses 26 umschlossen, und die äussere Fläche des inneren Axialteils 32 kann in Nähe des offenen Endes der die Spule aufnehmenden Aussparung mit einer Umfangsnut 34 ausgebildet sein.

In das Gehäuse 26 ist ein Spulenkörper 25 aus nichtmagnetischem Kunststoff, wie zum Beispiel Nylon, in axialer Richtung einschiebbar. Der Spulenkörper kann eine innere ringförmige Rippe 36 für den Eingriff in der Nut 34 aufweisen, um den Spulenkörper in dem Gehäuse zu halten. Eine ringförmig gewickelte Spule 37 ist auf den Spulenkörper 35 in bekannter Weise aufgewickelt, wobei Leitungen

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38 von der Spule durch einen rohrförmigen versetzten Verlängerungsteil 39 des Spulenkörpers 35 verlaufen, der durch die Öffnung 31 in der radialen Endwand 29 des Gehäuses 26 verläuft. Dieses Verlängerungsteil 39 wirkt als ein Entlastungsteil für die Leitungsdrähte und wirkt ferner mit einem ortsfesten Rahmenteil 47 zusammen, um die Drehung des Feldes 11 zu verhindern. Das Feld 11 wird auf dem Rotor 12 durch einen Federring 42 gehalten, der in der Umfangsnut 1 7 sitzt.

Der Rotor 12 sitzt auf einer Antriebswelle 43 und ist in der veranschaulichten Ausführungsform in jeder geeigneten Weise an dieser befestigt. Beispielsweise kann dies durch Aufrauhung eines Teils der Welle, wie durch Rändeln, und Aufpressen des Rotors auf diesen Teil der Welle erzielt werden. Ferner sitzt auf der Welle 43 ein Zahnrad 44, das in der gezeigten Ausführungsfor'm auf der Welle drehbar ist und mit einer Nabe versehen ist, die ein Verlängerungsteil 45 mit unrundem oder quadratischem Querschnitt aufweist. Der Anker 13 umfasst eine Scheibe aus magnetischem Stoff mit einer unrunden Mittelöffnung 46, die gleitend auf der Nabenverlängerung 45 des Zahnrades sitzt. Der Anker 13 steht also in axial verschiebbarem und nicht drehbarem Eingriff mit dem Zahnrad 44, das in der gezeigten Ausführungsform das Antriebsteil ist, während die Welle 43 das Abtriebsteil ist. Natürlich können diese Antriebsund Abtriebsfunktionen umgekehrt werden, so dass die Welle das Antriebsteil ist.

Wenn die Spule 37 dadurch erregt wird, dass ein geeigneter elektrischer Strom durch sie hindurchgeschickt wird, wird eine magnfetische Kraftflußstrecke erzeugt, die in Fig. 1 mit der gestrichelten

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Linie 47 umrissen ist und die den Anker 13 magnetisch an den Rotor 12 anzieht, um die Welle 43 und das Zahnrad 44 aneinanderzukuppeln. Der Anker und der Rotor bleiben in diesem Antriebseingriff, bis die Spule entregt wird. Eine (nicht gezeigte) geeignete Federvorrichtung kann zwischen dem Anker 13 und dem Zahnrad 14 angeordnet sein, um.den Anker normalerweise in seine in Fig. gezeigte ausgerückte oder entkuppelte Stellung zu drücken, und im Bedarfsfall kann der axial verschiebbare Eingriff zwischen dem Anker und dem Zahnrad auch mittels eines Umfangsschlitzes 48 in der Ankerscheibe 13 und eines Fingers 49 hervorgerufen werden, der in axialer Richtung von dem Zahnrad 44 absteht und in den Schlitz 48 eingreifen kann. Die in Fig. 1 bei 47 gezeigte Kraftflußstreckfe wird weder durch das dünnwandige Verbindungsteil 22 noch den sehr geringen Abstand zwischen dem äusseren Teil des Feldgehäuses 26 und dem darüber liegenden axial inneren Teil 21 des Rotors 12 gestört oder behindert.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird erfindungsgemäss eine vereinfachte und in gedrängter Bauweise ausgeführte elektromagnetische Kupplung geschaffen, die ausserordentliche Einsparungen bei den Herstellungskosten und beim Zusammenbau der Einzelteile ermöglicht und dabei einen ausserordentlich wirkungsvollen und langlebigen Betrieb gewährleistet. Nach dem Aufsetzen des Rotors 12 auf der Welle 43 ist das einzige Halteteü, das zum Festhalten des Feldes 11 darauf erforderlich ist, der Federring 42. Die Anordnung des Verlängerungsteils 39 des Spulenkörpers durch die Öffnung 31 des Spulenaufnahmegehäuses 26 ist besonders nützlich zur Entlastung der Spulenleitungen 38 von jeder Beanspruchung, und bildet eine ausserordentlich einfache Einrich-

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tung zur Verhinderung der Drehung des Feldes. Das dünnwandige Verbindungsteil 22 vereinfacht nicht nur den Zusammenbau der inneren und äusseren Teile des Rotors, sondern ergibt auch gleichzeitig sowohl radiale und zylindrische Lagerflächen. Erforderlichenfalls kann die Bohrung des Feldgehäuses 26 in axialer Richtung abgestuft sein, um die Fläche zu verringern, die den zylindrischen Lagerteil des Rotors berührt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

Λ j Elektromagnetische Kupplung, die auf einer Welle angebracht ist, gekennzeichnet durch einen einheitlichen Rotor (12), der einen hohlen zylindrischen inneren Teil (14) aus magnetischem Stoff mit einem radial verlaufenden Flansch (15) an einem Ende, einen äusseren Bundringteil (18) aus magnetischem Stoff und ein dünnwandiges Verbindungsteil (22) aus nichtmagnetischem -Lagerstoff aufweist, das durch Spritzguss geformt ist, um die inneren und äusseren Teile in radialem Abstand aneinander zu befestigen und ein zylindrisches Lager zu bilden, ein stationäres Feld (11), das ein Spulengehäuse aus magnetischem Stoff mit einer Bohrung (27), mit der es auf der zylindrischen Lagerfläche (24) sitzt, aufweist und mit inneren und äusseren axialen Wandteilen (32, 33), die durch eine äussere Endwand zur Bildung einer ringförmigen Ausnehmung verbunden sind, einen Spulenkörper (35) aus nichtmagnetischem Stoff, der in der Ausnehmung angebracht ist, und eine auf den Spulenkörper gewickelte Ringspule (37) umfasst, eine Anker scheibe (13), die bei Erregung der Spule (37) in axialer Richtung in Berührung mit dem Rotor bewegbar ist, und ein Antriebsteil (44), das drehbar auf der Welle sitzt und in axial verschiebbarem und nicht drehbarem Eingriff mit der Ankerscheibe steht.
2. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische innere Teil (14) des Rotors mit einer Umfangsnut (17) ausgebildet ist und ein Federring in der

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Umfangsnut sitzt, um eine axiale Trennung des Feldes von dem Rotor zu verhindern.
3. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Welle mit einer Rändelung versehen ist und der Rotor auf den gerändelten Teil der Welle aufgepresst ist, um zusammen mit dem Federring das einzige Verbindungsmittel für das Feld und den Rotor als eine Einheit mit der Welle zu bilden.
4. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Spritzguss geformte Lagerstoff ein Acetal homopolymer ist.
5. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Spritzguss geformte Verbindungsteil auch eine radiale Lagerfläche (25) für die Anlage an dem axial inneren Ende des Feldspulengehäuses bildet.
6. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Endwand des Spulengehäuses mit einer Öffnung versehen ist und der Spulenkörper mit einem rohrförmigen, versetzten Ansatz versehen ist, der durch diese Öffnung verläuft und die Leitungsdrähte von der Spule aufnimmt und als Beanspruchungsentlastung für die Leitungsdrähte dient.
7. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der versetzte Ansatz an dem Spulenkörper ein Mittel zur Verhinderung der Drehung des Feldes mit dem Rotor bildet.

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8. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Fläche des inneren axialen Wandteils des Spulengehäuses mit einer Umfangsnut versehen ist und dass der Spulenkörper mit einer inneren ringförmigen Rippe versehenist, die in Reibungseingriff mit der Nut steht, um den Sitz des Spulenkörpers in der ringförmigen Ausnehmung des Gehäuses aufrechtzuerhalten.
9. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Bundringteil des Rotors mit einem axial äusseren Teil versehenist, der auf den radial verlaufenden Flansch ausgerichtet ist, und mit einem axial inneren Teil, der über dem inneren Ende des Feldgehäuses liegt.
10. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptteil des Feldgehäuses und des Rotors den gleichen Aussendurchmesser haben, und dass das innere Ende des Feldgehäuses mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist, um den axial inneren Teil des Bundringteils des Rotors fluchtend aufzunehmen. ■
11 . Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung des Feldspulengehäuses axial abgestuft ist, um ihre Berührungsfläche mit der zylindrischen Lagerfläche des Rotors zu verringern.

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