DE4234596C2

DE4234596C2 - Elektromagnetische Kupplung

Info

Publication number: DE4234596C2
Application number: DE19924234596
Authority: DE
Inventors: Dieter Theinert; Hans-Juergen Wockenfus
Original assignee: Stromag GmbH
Current assignee: Stromag GmbH
Priority date: 1992-10-14
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: DE4234596A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung mit einer der Antriebsseite zugeordneten Elektromagnetspule, sowie mit einem zwischen der Antriebsseite und einer Abtriebsseite angeordneten Kupplungsteil, dem abtriebsseitig ein elastisches Kupplungselement zugeordnet ist, und der eine mit der Antriebs seite magnetisch verbindbare Ankerscheibe aufweist.

Aus einem Prospekt der Maschinenfabrik Stromag GmbH ist eine Kombination einer Polreibungskupplung mit einer Periflex-Schei benkupplung bekannt, bei der der die Ankerscheibe aufweisende Kupplungsteil drehbar am antriebsseitigen Rotor gelagert ist. Abtriebsseitig weist der Kupplungsteil ein elastisches Kupp lungselement auf, das mit einem Abtriebsteil verbunden ist. Die Ankerscheibe ist mittels einer vorgespannten Federmembran mit dem Kupplungsteil verbunden, die die Ankerscheibe bei entregter antriebsseitiger Arbeitsspule in die vom Rotor getrennte Leer laufposition zurückstellt.

Aus der US-PS 3 650 361 ist eine elektromagnetische Kupplung bekannt, bei der ein im Kraftfluß eines Antriebsteils liegendes Dämpfungselement formschlüssig mit dem zugehörigen Kupplungs teil verbunden ist.

Aus der US-PS 4 793 455 ist eine weitere elektromagnetische Kupplung bekannt, die ein axial bewegliches Kupplungselement aufweist, das mit einer kreuzförmigen Formgebung versehen ist. Aufgrund dieser kreuzförmigen Formgebung ist das Kupplungsele ment formschlüssig mit einem zugehörigen Dämpfungselement ver bunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromagnetische Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Lagerung und eine vereinfachte Justierung der Kupplung ermög licht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kupplungsteil zwi schen einer Leerlaufposition und einer Arbeitsposition über wenigstens ein Mitnahmeelement axial gleitbeweglich und form schlüssig mit dem elastischen Kupplungselement verbunden ist. Dadurch ist der Kupplungsteil nicht durch Lagerungen axial fixiert, so daß der Kupplungsteil insoweit keine Axialkräfte übernehmen muß und zudem keine aufwendigen Justierungsarbeiten vorgenommen werden müssen. Trotz der axialen Beweglichkeit überträgt der Kupplungsteil dennoch ein Drehmoment auf das ela stische Kupplungselement und damit auf den Abtrieb.

In Ausgestaltung der Erfindung ist am Kupplungsteil ein das ela stische Kupplungselement koaxial umschließender Ring vorgesehen, der eine Verzahnung aufweist, die mit einer korrespondierenden Verzahnung des Kupplungselementes für die Übertragung eines Drehmomentes vom Antrieb auf den Abtrieb kämmt. Dadurch ist trotz einer axialen Gleitbeweglichkeit des Kupplungsteiles eine Drehmomentübertragung möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Verzahnung des Ringes eine größere axiale Erstreckung als die Verzahnung des Kupplungselementes auf. Dadurch ist eine axiale Gleitbeweg lichkeit der Verzahnungen relativ zueinander gewährleistet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein den Kupplungsteil in seine Leerlaufposition bewegendes Rückstell element vorgesehen. Bevorzugt ist als Rückstellelement wenig stens eine elektromagnetische Spule vorgesehen, die ortsfest an der Kupplung angeordnet ist. Diese Spule ist während der Stel lung des Kupplungsteiles in seiner mit dem Antrieb verbundenen Arbeitsposition nicht mit einer Spannung beaufschlagt, so daß in dieser Position keine durch das Rückstellelement hervorge rufenen Axialkräfte auftreten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Kupplungsteil abtriebsseitig wenigstens ein den Kupplungsteil in der Leer laufposition haltender Permanentmagnet zugeordnet. Durch den Permanentmagneten erübrigt es sich, die abtriebsseitige Spule mit einer Haltespannung zu beaufschlagen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an die Spule eine Steuereinheit angeschlossen, die wenigstens einen Schaltpunkt zum Beaufschlagen der Spule mit einer Überspannung und einen weiteren Schaltpunkt zum Beaufschlagen der Spule mit einer niedrigen Haltespannung aufweist. Mittels dieser Steuereinheit ist es zum einen möglich, den Kupplungsteil schnell vom Antrieb zu trennen, und zum anderen, den Kupplungsteil in seiner Leer laufposition zu halten. Zudem kann diese elektromagnetische Spule auch als Bremsteil für die Kupplung verwendet werden. Durch entsprechende Wahl der Spannung, mit der die Spule beauf schlagt wird, wird die Drehzahl des Kupplungsteils abgebremst.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Schnitt die obere Hälfte einer rota tionssymmetrischen Ausführung einer erfindungsgemäßen Kupplung, bei der der die Ankerscheibe aufweisende Kupp lungsteil auf einer Außenverzahnung einer elastischen Scheibenkupplung zwischen einer Leerlauf- und einer Ar beitsposition axial beweglich gelagert ist,

Fig. 2 einen Schnitt einer weiteren Ausführung einer Kupp lung ähnlich Fig. 1, bei der antriebsseitig eine Arbeits spule und abtriebsseitig eine Haltespule vorgesehen sind, die beide am antriebsseitigen Rotor angeordnet sind und

Fig. 3 in einem weiteren Schnitt schematisch eine Ausführung einer Kupplung ähnlich Fig. 2, bei der zusätzlich ab triebsseitig Permanentmagneten für das Halten des Kupp lungsteiles in der Leerlaufposition vorgesehen sind.

Die elektromagnetische Kupplung nach Fig. 1 ist zwischen einem die Antriebsseite (1) bildenden Dieselmotor und einem die Ab triebsseite (2) bildenden Generator angeordnet. In einer Ar beitsposition der elektromagnetischen Kupplung treibt der Die selmotor den Generator an, in einer Leerlaufposition sind Gene rator und Dieselmotor getrennt. Antriebsseitig ist ein Rotor (3) mittels eines nicht näher bezeichneten Zwischenflansches an einem Schwungrad des Dieselmotors zentriert. Am Gehäuse (24) des Dieselmotors ist eine elektromagnetische Arbeitsspule (6) befestigt, die stirnseitig von dem Rotor (3) überdeckt ist. Die Arbeitsspule (6) wird über elektrische Leitungen (26) gespeist. Abtriebsseitig ist auf einer Generatorwelle (4) eine Kupplungs nabe (5) befestigt. An einem Gehäuse (27) des Generators ist eine elektromagnetische Haltespule (7) vorgesehen. Auf der Kupp lungsnabe (5) ist zwischen zwei Flanschen mittels mehrerer über den Umfang verteilter Spannschrauben (20) ein elastisches Kupp lungselement (13), und zwar eine Periflex-Scheibenkupplung, kon zentrisch befestigt. Das elastische Kupplungselement (13) ist über seinen Umfang mit einer Außenverzahnung (15) versehen. Die Außenverzahnung (15) des elastischen Kupplungselementes (13) kämmt mit einem im folgenden noch näher beschriebenen Kupplungs teil (8).

Dieser Kupplungsteil (8) ist zwischen der abtriebsseitigen Hal tespule (7) und dem Rotor (3) mit der antriebsseitigen Arbeits spule (6) angeordnet. Er weist einen der Haltespule (7) zuge ordneten Anker (12) und eine der Arbeitsspule (6) zugeordnete Ankerscheibe (9) auf, die an einem Ankerteil (11) befestigt ist. Zwischen Ankerteil (11) und Anker (12) ist ein Ring (10) mittels mehrerer über den Umfang verteilter Schraubbolzen ko axial zur Kupplungslängsachse befestigt. Dieser Ring (10) weist ein etwa rechteckiges Profil auf und ist mit einer Innenverzah nung (14) versehen, die mit der Außenverzahnung (15) des ela stischen Kupplungselementes (13) kämmt. Die Innenverzahnung (14) des Ringes (10) und die Außenverzahnung (15) des elastischen Kupplungselementes (13) erstrecken sich jeweils axial, wobei die Innenverzahnung des Ringes (10) die Außenverzahnung (14) des elastischen Kupplungselementes (13) axial zu beiden Seiten über ragt. Durch diese Verzahnung zwischen dem Kupplungsteil (8) und dem elastischen Kupplungselement (13) ist der Kupplungsteil (8) auf dem elastischen Kupplungselement (13) so gelagert, daß der Kupplungsteil (8) zum einen in Richtung der Doppelpfeile (16) axial gleitbeweglich ist und zum anderen dennoch eine Drehmo mentübertragung auf das elastische Kupplungselement (13) und damit auf die Generatorwelle (4) ermöglicht. Somit gleitet die Innenverzahnung (14) des Ringes (10) bei einer Axialbewegung des Kupplungsteils (8) axial in der Außenverzahnung des elasti schen Kupplungselementes (13) und kämmt gleichzeitig bei einer Drehmomentübertragung mit dieser Außenverzahnung (15).

Der Abstand zwischen abtriebsseitiger Haltespule (7) und an triebsseitigem Rotor (3) ist so groß, daß eine axiale Verschie bung des Kupplungsteiles (8) möglich ist. An der Kupplungsnabe (5) ist ein Anschlag (19) vorgesehen, der die Axialbewegung des Kupplungsteiles (8) zur Abtriebsseite (2) hin begrenzt. Wenn der Kupplungsteil (8) am Anschlag (19) zur Anlage kommt, bleibt zwischen Anker (12) und Haltespule (7) ein Restluftspalt (17). Zwischen Ankerscheibe (9) und Rotor (3) befindet sich in der dargestellten Position ein Luftspalt (18).

In Fig. 1 befindet sich die elektromagnetische Kupplung in ihrer Leerlaufposition. Die Haltespule (7) ist mit einer nied rigen Haltespannung beaufschlagt, die den Anker (12) gegen den Anschlag (19) zieht und so den Kupplungsteil (8) in seiner Leerlaufposition hält. Um den Kupplungsteil (8) und damit die Generatorwelle (4) an den Rotor (3) des Dieselmotors zu kup peln, wird die Haltespule (7) entregt und die Arbeitsspule (6) erregt. In der Verzahnung des Elastomers des elastischen Kupp lungselementes (13) wird der Kupplungsteil (8) durch die Mag netwirkung der Arbeitsspule (6) axial zur Antriebsseite (1) gezogen, bis die Ankerscheibe (9) am Rotor (3) in der Arbeits position reibschlüssig anliegt. Beim Entkoppeln wird die Ar beitsspule (6) entregt und die Haltespule (7) kurzzeitig mit einer Überspannung beaufschlagt, so daß ein schnelles öffnen an der Reibfläche zwischen Rotor (3) und Ankerscheibe (9) erfolgt. Anschließend wird die Haltespule (7) auf die niedrige Halte spannung umgeschaltet, so daß zuverlässig ein axiales Wandern des Kupplungsteiles (8) im Leerlaufbetrieb verhindert wird. Die Haltespule (7) ist an eine Steuereinheit angeschlossen, die die Haltespule (7) ein- und ausschaltet, sowie auf eine niedrige Haltespannung oder auf eine Überspannung schaltet.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Haltespule (7) als Bremse ausgestaltet, indem sie an eine entsprechende Steuer einheit angeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, den Kupp lungsteil (8) und dadurch die Generatorwelle (4) abzubremsen.

Die elektromagnetische Kupplung nach Fig. 2 entspricht im we sentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1, jedoch ist hier die Haltespule (7a) nicht wie bei Fig. 1 axial abtriebsseitig hin ter dem Ring (10), sondern konzentrisch zum Ring (10) angeord net. Die Haltespule (7a) ist in einer Halterung (22) befestigt, die mittels mehrerer Schraubbolzen (23) am Gehäuse (24) der Antriebsseite (1) befestigt ist. Der Ankerteil (20), an dem die antriebsseitige Ankerscheibe (9) befestigt ist, ragt flansch artig radial über den Ring (10) hinaus und weist zur Abtriebs seite (2) hin eine weitere Ankerscheibe (21) auf, die auf Höhe der Haltespule (7a) an dem Ankerteil (20) befestigt ist. Der Ankerteil (20) dient daher sowohl als Halterung für die ab triebsseitige Ankerscheibe (21) als auch für die antriebssei tige Ankerscheibe (9) und auch als Halterung für den Ring (10). Um in der in Fig. 2 dargestellten Leerlaufposition einen Rest luftspalt zwischen Haltespule (7a) und Ankerscheibe (21) zu gewährleisten, ist an der Kupplungsnabe (5) ein Anschlag (19a) vorgesehen, an dem der Ankerteil (20) in der Leerlaufposition anliegt. Die Arbeitsweise dieser Kupplung nach Fig. 2 ent spricht der der Ausführung nach Fig. I.

Die Ausführung einer elektromagnetischen Kupplung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 2. Im inneren Bereich des Ankerteiles (20) ist jedoch zur Abtriebsseite (2) hin ein ringförmiger Permanentmagnet (25) vorgesehen, der in der darge stellten Leerlaufposition an der Kupplungsnabe (5) anliegt. Bei einer anderen Ausführung sind anstelle des ringförmigen Perma nentmagneten (25) mehrere über den Umfang verteilte Einzelmag neten vorgesehen. Der Permanentmagnet (25) dient dazu, den Kupplungsteil (8) in seiner Leerlaufposition zu halten und so ein axiales Wandern auf dem elastischen Kupplungselement (13) zu verhindern. Der Permanentmagnet (25) übernimmt daher die Aufgabe der Haltespule (7a), den Kupplungsteil (8) in der Leer laufposition zu halten. In der Leerlaufposition ist daher die Haltespule (7a) entregt. Die Haltespule (7a) wird somit nur be nötigt, um beim Abschalten des Antriebes ein schnelles Trennen der Ankerscheibe (9) vom Rotor (3) zu ermöglichen, indem die Haltespule (7a) in bereits beschriebener Weise mit einer Über spannung beaufschlagt wird.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 ist die axiale Er streckung der Kupplung durch die konzentrische Anordnung der Haltespule (7, 7c) geringer als bei der Ausführung nach Fig. 1. Diese Ausführungen eignen sich daher insbesondere für Antriebe mit geringem verfügbaren Bauraum.

Bei den Ansprüchen nach den Fig. 1 bis 3 ist eine elektromag netische Polreibungskupplung vorgesehen. Bei anderen Ausfüh rungsformen der Erfindung ist der axial verschiebbare Kupp lungsteil (8) in entsprechender Weise bei einer elektromagne tischen Zahnkupplung vorgesehen. Funktion und erfindungsgemäßer Aufbau entsprechen bei dieser Zahnkupplung im wesentlichen den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3.

Claims

1. Elektromagnetische Kupplung mit einer der Antriebsseite zugeordneten Elektromagnetspule, sowie mit einem zwischen der Antriebsseite und einer Abtriebsseite angeordneten Kupplungs teil, dem abtriebsseitig ein elastisches Kupplungselement zuge ordnet ist, und der eine mit der Antriebsseite magnetisch ver bindbare Ankerscheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (8) zwischen einer Leerlaufposition und einer Ar beitsposition über wenigstens ein Mitnahmeelement (14) axial gleitbeweglich und formschlüssig mit dem elastischen Kupplungs element (13) verbunden ist.

2. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kupplungsteil (8) ein das elastische Kupplungselement (13) koaxial umschließender Ring (10) vorge sehen ist, der eine Verzahnung (14) aufweist, die mit einer korrespondierenden Verzahnung (15) des Kupplungselementes (13) für die Übertragung eines Drehmomentes vom Antrieb (1, 3) auf den Abtrieb (2, 4) kämmt.

3. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (14) des Ringes (10) eine größere axiale Erstreckung als die Verzahnung (15) des Kupp lungselementes (13) aufweist.

4. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein den Kupplungsteil (8) in seine Leerlaufposition bewegendes Rückstellelement (7, 7a) vor gesehen ist.

5. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellelement wenigstens eine elek tromagnetische Spule (7, 7a) vorgesehen ist, die ortsfest an der Kupplung angeordnet ist.

6. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Spule (7, 7a) ein Ringmagnet vorgesehen ist.

7. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichmäßig über den Umfang der Kupplung verteilte Einzelspulen vorgesehen sind.

8. Elektromagnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Spule (7) auf der der antriebsseitigen Elektromagnetspule (6) gegen überliegenden Stirnseite des Kupplungsteiles (8) vorgesehen ist.

9. Elektromagnetische Kupplung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (8) einen radial abragenden Ankerteil (20) aufweist, der zur Abtriebsseite (2) hin mit einer Ankerscheibe (21) versehen ist, und daß die Spule (7a) der Ankerscheibe (21) konzentrisch zum Ring (10) zugeordnet ist.

10. Elektromagnetische Kupplung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kupplungsteil (8) abtriebsseitig wenigstens ein den Kupplungsteil (8) in der Leerlaufposition haltender Permanentmagnet (25) zugeordnet ist.

11. Elektromagnetische Kupplung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Spule (7, 7a) eine Steuereinheit angeschlossen ist, die wenigstens einen Schaltpunkt zum Beaufschlagen der Spule (7, 7a) mit einer Über spannung und einen weiteren Schaltpunkt zum Beaufschlagen der Spule (7, 7a) mit einer niedrigen Haltespannung aufweist.