DE2554136A1

DE2554136A1 - Elektromagnetisch arbeitende federkupplung

Info

Publication number: DE2554136A1
Application number: DE19752554136
Authority: DE
Inventors: John Louis Janning
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1976-06-10
Also published as: US3934690A; CA1034885A; GB1474509A; CH612251A5; DE2554136C2; JPS5177749A; FR2293627A1; FR2293627B1

Description

NCR CORPORATION Dayton, Ohio (V.St.A.)

Patentanmeldung: P Unser Az.: Case 2070/CBP.

ELEKTROMAGNETISCH ARBEITENDE FEDERKUPPLUNG

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch arbeitende Federkupplung.

Eine elektromagnetisch arbeitende Federkupplung in der hier beschriebenen Art enthält folgende Teile: eine elektromagnet!sehe Spule; Antriebsglieder und angetriebene Glieder, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind; eine Spiralfeder, die mit einem Ende mit dem Antriebsteil verbunden ist, so daß sie sich mit diesem bewegen kann und wobei eine Vielzahl von Windungen lose über dem anzutreibenden Glied angeordnet sind, so daß beim Erregen der genannten elektromagnetischen Spule die Feder zusammengezogen wird, um das anzutreibende Glied anzukoppeln»

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetisch arbeitende Federkupplung der vorgenannten Art zu schaffen, die schneller als die bekannten Vorrichtungen arbeitet, das heißt bei der das Zeitintervall zwischen der Erregung der elektromagnetischen Spule und dem Bewegungsbeginn des anzutreibenden Gliedes äußerst kurz ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus ferromagnetischem Material besteht und daß das angetriebene Glied ein Gehäuseglied aus nichtferromagnetischen. Material enthält, auf dem ein ringförmiges zylindrisches Glied aus ferromagnetischem

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Material angeordnet ist, um welches die Windungen der Feder lose angeordnet sind, wobei infolge einer Erregung ein magnetischer Fluß in der Feder und in den: ringförmigen zylindrischen Glied konzentriert wird»

Eine Ausführungsf orni der Erfindung wird in. folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

FIg₀ 1 eine Seitenansicht, die teilweise im Scnnitt dargestellt ist, einer elektromagnetisch arbeitenden Federkupplung;

Fig. 2 eine Endansicht, die teilweise in Schnitt dargestellt ist, die entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 verläuft;

Fig. 3 eine Endansicht eines modifizierten Ausgangsgliedes, das zusammen mit der in Fig, I gezeigten Kupplung verwendet werden kann;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 4-4 von Fig. 3;

Fig. 5 eine Endansicht eines anderen r.iOdi fi zierten Ausgangsgliedes, das zusammen mit der in Fig. 1 gezeigten Kupplung verwendet werden kann und

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 von Fig. 5.

Zuerst wird Bezug auf Fig. 1 genommen, in der eine elektromagnetisch arbeitende Federkupplung 10 dargestellt ist, die ein Gehäuse 12, Antriebsmittel 14, ein anzutreibendes Glied 16, eine elektromagnetische Spulenanordnung 18 und eine Spiralfederkupplung 20 enthält.

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Das Antriebsglied 14 der Kupplung 10 enthält eine Antriebswelle 22 mit einem sechseckigen Querschnitt, die in einer Hohlwelle 24 angeordnet ist, die ihrerseits die gleiche Querschnittsform aufweist, so daß zwischen beiden eine Antriebsverbindung hergestellt ist. Am Ende der Welle 22 ist eine Riemenscheibe 26 angeordnet, die ihrerseits über einen Riemen 32 mit einem Motor 28 verbunden ist, der somit über die Riemenscheibe 26 die Antriebswelle 22 und die Hohlwelle 24 antreiben kann, wenn er eingeschaltet ist.

Die Hohlwelle 24 des Antriebsgliedes 14 (Fig. 1) weist außen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Hohlwelle 24 ist drehbar angeordnet und ein Ende von ihr sitzt im Preßsitz in einer Lagerbüchse 34 innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung 36. Die Ausnehmung 36 befindet sich in einer röhrenförmigen Verlängerung des Gehäuses 40 der Spule 18. Das Gehäuse 40 besteht aus ferromagnetischem Material und weist in etwa eine zylindrische Form auf, wie aus der Schnittd.arstel 1 ung in Fig. 1 ersichtlich ist. Die röhrenförmige Verlängerung 38 des Gehäuses 40 verläuft durch eine öffnung 42 des Gehäuses 12 und das Gehäuse 40 ist am Gestell 12 in herkömmlicher Technik, zum Beispiel durch Schweißen, wie am Punkt 44 gezeigt, befestigt. Eine elektromagnetische Spule 46 ist im Gehäuse 40 angeordnet und von diesem durch die Isolation 48 getrennt. Nachdem die Spule 46 in das Gehäuse 40 eingesetzt wurde, wird eine dicke ferromagnetische Scheibe, die als Befestigungsmittel für die Spule dient, in eine ringförmige Ausnehmung 52 des Gehäuses aufgesetzt.

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Das verbleibende Ende der Hohlwelle 24 (Fig. 1) ist drehbar auf einem Glied 54 des anzutreibenden Gliedes 46 angeordnet. Das Glied 54 besteht aus nichtmagnetischem Plastikmaterial, zum Beispiel aus Azetalharz. Das Glied weist eine röhrenförmige Verlängerung 56 auf, die an einer tii chtmagnetisehen hülse 58 anstößt, die ihrerseits in herkömmlicher Technik auf der Hohlwelle 54, zum Beispiel durch Verkitten oder ähnliches, fest aufgesetzt ist. Das Glied 54 weist eine verstärkte ringförmige Außenzone 60 auf, die in sich geschlossen ist, aber nicht gegen die dicke Scheibe 50 anstößt, wenn die Kupplung 10 sich in dem in Fig. 1 gezeigten Montagezustand befindet» Geeignete "C"-förrrii ge Sicherungsscheiben 62 und 64 sind komplementär auf den ringförmigen Vertiefungen der Hohlwelle 54 aufgesetzt, um eine axiale Verschiebung der Welle 24 zu verhindern, so daß die Kupplung 10 sicher in dem gezeigten Zustand gehalten wird und wobei sichergestellt ist, daß die Vertiefung 58 und die röhrenförmige Verlängerung 56 in einer nebeneinanderliegenden Stellung gehalten werden, so daß ein Eintreten der Feder 20 zwischen diese vermieden wird.

Die Hülse 58 (Fig. 1) ist, wie vorangehend erwähnt wurde, ein Teil des Antriebsgliedes 14. Die hülse 58 weist in radialer Richtung ausgerichtete öffnungen 66 auf, in eier ein Ende der spi ral enforr i g aufgebauten Feder 20 positioniert ist, so daß die Feder 20 durch die hülse 58 gedreht werden kann» Die Feder 20 besteht aus ferromagnetischem Material und ihre Windungen weisen einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die Windungen liegen liegen nebeneinander.

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Einige der Windungen der Feder 20 (Fig„ 1) umhüllen ein ringförmiges zylindrisches Glied 70, welches auf dem Glied b4 fixiert ist, uir, mit diesem in folgender Weise zusammen rotieren zu können. Die Verlängerung 56 des Gliedes 54 weist einen Teil mit einem reduzierten Durchmesser auf, auf dem ein Ring montiert ist, der aus nicht-ferromagnetischem Material, zum Beispiel aus Messing, besteht. Der Ring 72 kann in herkömmlicher heise auf der Verlängerung 56 befestigt ■sein, so daß er mit dieser rotiert. Das ringförmige zylindrische Glied 70 besteht aus einer dünnen Nickelscnicht, die zur Erreichung bester Resultate in radialer Ricntung gesehen eine Stärke innerhalb der Grenzen von 0,021 n;n. bis 1,6 turn aufweist. Das ringförmige zylindrische Glied 70 ist auf dem Ring 72 mittels herkömmlicher Technik befestigt, zum Beispiel durch galvanische Ablagerung einer Nickelschicht auf dem Ring 72„ Eine alternative Konstruktion kann darin bestehen, daß der Ring 72 aus ferromagnetischem Material gefertigt wird unü der Ring zusammen mit der oben liegenden Nickelschicht einen ferromagnetischen zylindrischen Ring bildet, der mit einer nichtmagnetischen Verlängerung 56 ausgestattet ist. In der gezeigten Ausführungsform weist der Außendurchmesser des ringförmigen zylindrischen Gliedes die gleiche Größe auf wie der sichtbare Außendurchmesser der röhrenförmigen Verlängerung 46, so daß die Windungen der Feder 20 das Glied 70 umhüllen kennen, ohne daß die Gefahr eines Anstoßens an der Oberfläche zwischen den

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Gliedern 70 und den Verlängerungen 56 besteht« Bei der Darstellung wurde der Außendurchmesser des Gliedes auf etwa 14,6 mm festgelegt und der Innendurchmesser der Feder 20 liegt, wenn sich die Feder 20 in ihrem entspannten Zustand befindet, bei etwa 14,7 mm, so daß die Windungen der Feder 20 das Glied 70 umschließen können, ohne darauf zu schleifen, wenn sich die Feder 20 in ihrem entspannten Zustand befindet» Es wird darauf hingewiesen, daß die Feder 20 eine Länge (gemessen in axialer Richtung) aufweist, die sich erstreckt von dein befestigten Ende in der Hülse 58 bis zu einem Punkt, der in der Ebene der Scheibe 50 liegt und das freie Ende der Feder in die öffnung 74 der Scneibe 50 zu liegen kommt. Das Glied 70 weist eine Länge auf (gemessen in axialer Richtung), die sich erstreckt von der Hülse 58 bis zu einem Punkt, der in der Ebene der Scheibe 50 liegt, aber der etwas neben dem Punkt liegt, an dem das freie Ende der Feder 20 ansteht. Somit liegen die Feder und das ringförmige zylindrische Glied 70 beide in etwa innerhalb der Spule 46.

Die Kupplung 10 (Fig. 1 und 2) arbeitet in der folgenden Weise. Wenn der Motor 28 erregt wird, rotiert seine Ausgangsriemenscheibe 30 und bewirkt ein Drehen des Antriebsgliedes 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit über die Riemenscheibe 26. Da die Kupplungsfeder 20 fixiert ist, so daß sie mit der Hohlwelle 24 rotiert, wird bewirkt, daß sich die Feder 20 ebenfalls dreht, wenn die Antriebswelle 22 und die Hohlwelle 24 rotieren. In der gezeigten

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Darstellung rotiert die Welle 22 mit etwa 400 Umdrehungen pro Minute. Wenn die Spule 46 nicht erregt ist, verbleibt das anzutreibende Glied 16 in seinem Ruhezustand, während das Antriebsglied 14 rotiert, da zu dieser Zeit die Feder 20 sich lose um das Glied 70 erstreckt.

Wenn die Kupplung 10 betätigt werden soll, so wird an Klemmen 76 der Spule 46 ein entsprechendes Gleichspannungspotential angelegt, so daß die Spule erregt wird. Wenn die Spule 46 erregt ist, wird das freie Lnde der Feder 20, das in der öffnung 74 (die als Magnetspalt wirkt) angezogen an die innere Fläche der Scheibe 50 und dort durch Reibungskräfte gehalten. Dadurch wird ein Zuziehen der Feder 20 auf dem Glied eingeleitet.

Ls versteht sich, daß die Feder 20 so abgeändert werden kann, daß sie in einer Richtung gewickelt ist, die durch Festhalten des freien Endes ein Zuziehen der Feder um das Glied 70 bewirkt.

Durch Erregen der Spule 46 wird ein Flußmuster erzeugt, das im wesentlichen entlang der geschlossenen Linie 78, wie in Fig. 1 gezeigt, verläuft. Der Fluß verläuft durch das Gehäuse 40, durch die Kupplungsfeder 20, durch das ringförmige zylindrische Glied und durch die Scheibe 50. Der Magnetfluß konzentriert sich in der Feder 20 und in dem Glied 70, so daß dieser konzentrierte Magnetfluß das Zusamnenziehen der Feder auf dem Glied 70 über die gesamte axiale Länge des Gliedes 70 unterstützt, so daß die Ansprechzeit der Kupplung sehr gering ist. Die Feder 20 wickelt sich somit selbst so nach unten zusammen, daß das Glied mit dem Ausgangsglied 54 gekoppelt wird und das Antriebsql ied 14 mit diesem rot.iprt.

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Wenn die Spule 46 entregt wird, entspannt sich die Feder 20, so daß das anzutreibende Glied 16 von dem Antriebsglied 14 entkoppelt wird. Letzteres wird, falls der Motor 28 weiterhin eingeschaltet ist, ebenfalls weiter rotieren. Das Glied 54 kann ein spiralförmiges Gewinde 00 (Fig. 1) oder Nocken (nicht gezeigt) aufweisen, mittels denen die Bewegung der Kupplung an eine entsprechende Vorrichtung (nicht gezeigt) übertragen werden kann, für die die Kupplung 10 verwendet wird.

Die Fi g„ 3 und 4 zeigen ein modifiziertes anzutreibendes Glied, das ebenfalls in der Kupplung 10 verwendet werden könnte. Das anzutreibende Glied 82 kann aus plastischem Material gefertigt sein und ist im wesentlichen identisch mit dem anzutreibenden Glied mit der Ausnahme, daß es ein nichtmagnetisches Lager 84 aufweist, das drehbar die Hohlwelle 24 aufnehmen kann. Das Lager 84 ist so fixiert, daß es sich mit dem anzutreibenden Glied 82 drehen kann. Als Befestigungstechnik können herkömmliche allgemein bekannte Verfahren verwendet werden. Das anzutreibende Glied weist einen verstärkten Bereich 86 in der Nähe von dessen Enden auf, der gegen die Hülse 58 (Fig. 1) stößt. Ein ringförmiges zylindrisches Glied 70 ist auf diesem durch einen GaIvanisierungsvorgang oder andere in der vorangehenden Leschreibung erwähnten Techniken aufgebracht. Ein vorstehendes ringförmiges Teil 60 ist ebenfalls auf dem anzutreibenden Glied 82 für den gleichen Zweck vorgesehen, wie das ringförmige Teil 60 auf dem Glied 54 verwendet wird. Ein Nocken 88 auf dem anzutreibenden Glied 82 zeigt eine alternative Möglichkeit wie das anzutreibende Glied

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mit der Kupplung 10 verbunden werden kann, um eine Verwendungsvorrichtung, zum Beispiel eine Papiertransportvorrichtung in einem Drucker, an die Kupplung 10 anschließen zu können. Auf dem anzutreibenden Glied 82 ist ebenfalls ein Doppelnocken 90 vorgesehen, der in Konjunktion mit einem Folgearm verwendet werden kann, wie mit einer modifizierten anzutreibenden Vorrichtung 92 gemäß den Fig. 5 und C beschrieben wi rd.

Das anzutreibende Glied 92 (Fig„ 5 und fi) ist in· wesentlichen gleich aufgebaut wie das anzutreibende Glied 16 gemäß Fig. 1 und es weist ein ringförmiges Teil 60 mit einem Gewinde 80 auf, wie das anzutreibende Glied 16. Nachdem die Kupplung 10 montiert ist, ist die Hohlwelle 24 drehbar in der öffnung 94 des anzutreibenden Gliedes 92 angeordnet, die ein Glied aus plastischem Material enthalte Das Ende 96 des anzutreibenden Gliedes 92 hat an entgegengesetzten Stellen Erhöhungen 98, die auf diesen komplementären Ausnehmungen angeordnet sind und sich in einem ringförmigen zylindrischen Glied befinden, welches die gleiche Funktion wie das Glied gernäii Fig. 1 auszuführen hat. Als geeignetes Material für die zylindrischen Glieder 70 und 100 kann Nickel verwendet werden, da es einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist. Eine geeignete Ausführungsform der Kupplung weist eine äußerst kurze Ansprechzeit auf (11 Millisekunden +_ 1 Millisekunde), wenn sie betätigt wird.

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In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, daß zusätzlich ein Anzeigeschalter in der Kupplung 10 eingebaut ist, um nach einer bestimmten Winkeldrehung der anzutreibenden Vorrichtung eine Lntrequng der Spule 46 zu bewirken. Dies kann durchgeführt werden durch einen normalen üffnungsschalter 102 (Fig. 5), der in dem Erregungsstromkreis (nicht gezeigt) der Spule 46 angeordnet ist. Der Schalter 102 wird durch einen Folgearm 104 betätigt, der federnd vorgespannt ist und mit der Peripherie des Doppelnockens 90 mit Hilfe einer Feder 106 zusammenwirkt bzw. gegen diese über ein Stützglied 108 vom Gehäuse 12 anstößt. Wenn der Folgearm eine der unteren Punkte des Nocken 90, wie in Fig. 5 dargestellt, erreicht, so wird der Schalter 102 geöffnet.

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Claims

Patentansprüche:

l.j Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (20) aus ferromagnetischem Material besteht und daß das angetriebene Glied (16) ein Gehäuseglied (54) aus nicht-ferromagnetischem Material enthält, auf dem ein ringförmiges zylindrisches Glied (70) aus ferromagnetischem Matrial angeordnet ist, um welches die Windungen der Feder (20) lose angeordnet sind, wobei infolge einer Erregung ein magnetischer Fluß in der Feder (20) und in dem ringförmigen zylindrischen Glied (70) konzentriert wird.

2„ Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein stationär angeordnetes ferromagnetisches Glied (50), das so aufgebaut ist, daß infolge der genannten Erregung ein freies Ende der Feder (20) durch Zusammenziehen mit diesem verbunden wird, wodurch das genannte freie Ende gebremst wird und bewirkt wird, daß die Feder (20) sich um das ringförmige zylindrische Glied (70) zusammenzieht.

3. Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre ferromagnetische Glied (50) so aufgebaut ist, daß ein definierter ringförmiger Spalt (74) zwischen dem genannten anzutreibenden Glied (16) und dem stationären ferromagnetischen Glied (50) entsteht und wobei die Feder (20) im wesentlichen innerhalb einer elektromagnetischen Spule (46) liegt und mit ihrem freien Ende in den genannten ringförrinen Spalt (74) ragt.

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4. Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte ringförmige zylindrische Glied (70) im wesentlichen innerhalb der elektromagnetischen Spule (46) angeordnet ist, sich aber in den genannten ringförmigen Spalt (74) hinein erstreckt.

5. Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige zylindrische Glied (70) radial gesehen eine Stärke innerhalb der Grenzen zwischen 0,025 mm und 1,6 mm aufweist.

6. Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige zylindrische Glied (70) aus Nickel besteht.

7. Elektromagnetisch arbeitende Federkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Glied (92) eine Schaltsteuervorrichtung (90) aufweist, die so aufgebaut ist, daß sie während der Operation einen Schalter (102) steuert, um eine Entregung der elektromagnetischen Spule (46) zu bewirken, nachdem das anzutreibende Glied (92) einen vorbestimmten Winkelweg gedreht wurde.

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