-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft eine Kupplungs-/Bremseinheit zur Verwendung in
einem Aufsitzmäher
bzw. Rasentraktor oder einem ähnlichen Fahrzeug,
und insbesondere eine Einheit mit einem Polstück, das einen relativ hohen
magnetischen Widerstand aufweist und ein Paar Polstücke trennt,
die relativ niedrige magnetische Widerstände aufweisen, um ein effizienteres
Lösen der
Bremse und Einrasten der Kupplung zu ermöglichen.
-
2. Offenbarung
des Standes der Technik
-
Kupplungs-/Bremseinheiten
sind üblicherweise
bei Aufsitzmähern,
Rasentraktoren und ähnlichen
Fahrzeugen eingesetzt, um selektiv ein Antriebsdrehmoment von einem
Motor zu einem Geräteantrieb
zu übertragen
(bspw. einem Antrieb eines Rasenmäherblattes) und um ein positives
Bremsmoment an den Antrieb anzulegen, wenn das Antriebsdrehmoment
nicht übertragen
wird.
-
Eine
herkömmliche
Kupplungs-/Bremseinheit kann ein Eingangselement oder eine Nabe
aufweisen, die mit einer sich longitudinal erstreckenden Eingangswelle
verbunden ist, um sich mit dieser zu drehen, eine Rotorscheibe,
die auf dem Eingangselement angebracht ist, einen Anker, der axial
von der Rotorscheibe beabstandet ist, und ein Ausgabeelement, bspw.
eine Scheibe, das mit dem Anker verbunden ist. Der Anker und das
Ausgabeelement können
durch eine Anzahl an Federn verbunden sein, welche den Anker in
eine erste Axialrichtung von der Rotorscheibe weg und in eine Bremsposition
gegen das Bremselement vorspannen. Die Einheit kann darüber hinaus
eine elektromagnetische Kupplung aufweisen, die auf einer Seite
der Rotorscheibe gegenüber
dem Anker angeordnet ist. Die Kupplung kann eine elektrische Spule
aufweisen, die innerhalb eines Gehäuses mit stationärem Feld
angeordnet ist. Die Erregung der Spule erzeugt einen magnetischen Keil
zwischen dem Bereichs- bzw. Feldgehäuse, der Rotorscheibe und dem
Anker und zieht den Anker in eine zweite Axialrichtung gegen die
Rotorscheibe und in eine Kupplungseinrastposition, wobei gleichzeitig
der Anker von dem Bremselement bzw. den Bremselementen entkoppelt
wird. Das Abschalten der Spule trennt den Magnetkreis und die Federn
ziehen wiederum den Anker in die erste axiale Richtung in eine Bremsposition
gegen das Bremselement.
-
Wie
im früheren
Patent US-5,119,918, dessen gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme enthalten
sein soll, des Anmelders angemerkt ist, weisen die vorstehend beschriebenen
Kupplungs-/Bremseinheiten signifikante Nachteile auf. Bei diesen
herkömmlichen
Einheiten wird die gesamte Bremskraft durch die Federn bereitgestellt,
die den Anker und das Ausgabeelement miteinander verbinden. Als
Ergebnis davon müssen
diese Federn relativ stark sein. Eine relativ hohe elektromagnetische
Kraft muss dann von der elektromagnetischen Kupplung erzeugt werden,
um die Bremse zu lösen
und ein Einrasten der Kupplung zu bewirken. Zusätzlich dazu nimmt die von den
Federn bereitgestellte Kraft zu, wenn der Anker von der Bremsposition
weggezogen und gegen die Kupplungseinrastposition gegen die Rotorscheibe
gezogen wird. Da eine hohe elektromagnetische Kraft erforderlich
ist, müssen
größere und/oder
teurere elektrische Komponenten sowohl innerhalb der Kupplungs/Bremseinheit
selbst als auch innerhalb eines Fahrzeugs oder einer Maschine, welche
die Einheit umfasst, eingesetzt werden.
-
In
der US-5,119,918 ist eine Kupplungs-/Bremseinheit offenbart, welche
die vorstehend erwähnten
Nachteile überwinden
kann. Insbesondere ist eine Kupplungs-/Bremseinheit offenbart, welche
eine Anzahl an Permanentmagneten zum Ausführen des Bremsvorgangs umfasst.
Die Anzahl an Magneten ist zwischen einem sich radial erstreckenden
Flansch des Feldgehäuses
und einer entsprechenden Anzahl an Polstücken mit relativ niedrigem
Magnetwiderstand angeordnet. Die Magnete erzeugen einen Magnetkreis
zwischen den Magneten, den Polstücken,
dem Bereichs- bzw. Feldgehäuse und
dem Anker, welcher den Anker in eine erste axiale Richtung in eine
Bremsposition gegen die Polstücke
zieht. Da der Anker durch magnetische Anziehung in die Bremsposition
gezogen wird, müssen
die Federn, die den Anker und das Ausgabeelement verbinden, nur
stark genug sein, um das Drehmoment vom Anker zum Ausgabeelement
zu übertragen. Darüber hinaus
nimmt die Bremskraft, die durch den Magnetkreis bereitgestellt wird,
ab, wenn der Anker in eine zweite axiale Richtung gegen die Rotorscheibe
und in die Kupplungseinrastposition gezogen wird (entgegengesetzt
zur zunehmenden Kraft bei der herkömmlichen Federbremse). Da eine
geringere Kraft erforderlich ist, um die Bremse zu lösen und
den Anker mit der Rotorscheibe in Eingriff zu bringen, können kleinere
und/oder preiswertere elektrische Komponenten in der Kupplungs /Bremseinheit
und im Fahrzeug oder der Maschine, welche die Einheit umfasst, eingesetzt
werden.
-
Obwohl
die in der US-5,119,918 beschriebene Kupplungs-/Bremseinheit eine
signifikante Verbesserung gegenüber
dem Stand der Technik darstellt, sind zusätzliche Verbesserungen wünschenswert.
Ein gewünschte
Verbesserung liegt darin, die elektromagnetische Kraft, die erforderlich
ist, um die Bremse freizugeben und die Kupplung einzukuppeln, zu
verringern. Bei der in der US-1,119,918 beschriebenen Kupplungs-/Bremseinheit
spannen die Magnete und Polstücke
einen Winkelabstand von weniger als der Hälfte des Umfangs des Feldgehäuses auf.
Deshalb schnappt der Teil des Ankers, der am weitesten von den Magneten
entfernt ist, schnell in eine Einraststellung mit der Rotorscheibe,
wenn die Spule erregt wird. Wenn die magnetische Anziehung zwischen
dem Anker und der Rotorscheibe zunimmt, schnappt auch der Abschnitt
des Ankers benachbart den Magneten in eine Einraststellung mit der
Rotorscheibe. Die Kraft, die erforderlich ist, um diesen letztgenannten
Abschnitt des Ankers mit der Rotorscheibe in Eingriff zu bringen,
ist jedoch noch größer als
gewünscht.
-
Eine
andere wünschenswerte
Verbesserung liegt darin, die Anbringung eines Schutzüberzuges, bspw.
aus Chromkarbid, auf einem oder mehreren der Polstücke, um
die Erhaltbarkeit und Lebensdauer der Polstücke zu verbessern, zu ermöglichen. Chromkarbid
weist einen hohen magnetischen Widerstand auf. Bei herkömmlichen
Kupplungs/Bremseinheiten kann deshalb nur eine relativ geringe Menge
auf die Polstücke
aufgebracht werden, ohne dass es zu einer signifikanten Verringerung
der magnetischen Anziehung zwischen dem Anker und den Polstücken, und
folglich des Bremsmoments, führt.
-
Es
besteht somit ein Bedarf nach einer Bremse, die einen oder mehrere
der vorstehenden Nachteile heilt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Erfindung ist darauf ausgerichtet, eine Kupplungs-/Bremseinheit
bereitzustellen, die eine geringere elektromagnetische Kraft im
Vergleich zu herkömmlichen
Einheiten benötigt,
um die Bremse zu lösen
und die Kupplung einzurasten.
-
Erfindungsgemäß wird eine
Kupplungs-/Bremseinheit angegeben, die folgendes aufweist:
-
- eine Rotorscheibe, die mit einer Welle zur Rotation mit
derselben verbunden ist, wobei sich die Welle entlang einer ersten
Achse erstreckt und sich die Rotorscheibe radial von der Welle nach
außen
erstreckt;
- einen Anker, der von der Rotorscheibe axial beabstandet ist;
- ein Ausgabeelement, das mit dem Anker verbunden ist;
- ein Gebiets- bzw. Feldgehäuse,
das vom Anker axial durch die Rotorscheibe beabstandet ist, wobei
das Gebietsgehäuse
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch umfasst;
- erste und zweite Polstücke,
die winkelig voneinander beabstandet und mit dem Flansch verbunden
sind, wobei die ersten und zweiten Polstücke einen relativ niedrigen
magnetischen Widerstand aufweisen;
- erste und zweite Permanentmagneten, die zwischen dem Flansch
und dem ersten bzw. dem zweiten Polstück angeordnet sind, wobei das
Gebietsgehäuse, der
erste und der zweite Permanentmagnet, das erste und das zweite Polstück und der
Anker einen ersten Magnetkreis bilden, der den Anker in eine erste axiale
Richtung von der Rotorscheibe weg und einen ersten Abschnitt des
Ankers in Eingriff mit den ersten und zweiten Polstücken zieht;
- ein drittes Polstück,
das mit dem Flansch verbunden und zwischen den ersten und zweiten
Polstücken
angeordnet ist, wobei das dritte Polstück ein relativ hohen magnetischen
Widerstand aufweist; und
-
Mittel
zum selektiven Erzeugen eines zweiten Magnetkreises zwischen dem
Gebietsgehäuse, der
Rotorscheibe und dem Anker, wobei der zweite magnetische Kreis den
Anker in eine zweite axiale Richtung gegen die Rotorscheibe zieht,
wobei ein zweiter Abschnitt des Ankers, der dem ersten Abschnitt
bezüglich
des Winkels gegenüberliegt,
zunächst
mit der Rotorscheibe in Eingriff gelangt, wodurch der erste Abschnitt
gezwungen wird, sich von einem der ersten und zweiten Polstücke zu entkoppeln.
-
In
der in der US-5,119,918 offenbarten Kupplungs-/Bremseinheit verbleibt
der Anker sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Polstück in Eingriff,
auch nachdem der Abschnitt des Ankers, der den Polstücken bezüglich des
Winkels gegenüberliegt,
in die Rotorscheibe eingekoppelt hat. Das Hinzufügen eines dritten Polstücks zwischen
dem ersten und dem zweiten Polstück
gewährleistet
jedoch, dass der Anker nur mit einem der ersten und zweiten Polstücke in Eingriff
bleibt, sobald der Abschnitt des Ankers, der den Polstücken bezüglich des Winkels gegenüberliegt,
mit der Rotorscheibe in Eingriff gelangt. Der resultierende Luftspalt
zwischen dem Anker und dem nicht in Eingriff stehenden Polstück schwächt oder
trennt den Magnetkreislauf, der das Bremsmoment erzeugt. Als Ergebnis
davon ist weniger elektromagnetische Kraft erforderlich, um den Anker
vollständig
in Eingriff mit der Rotorscheibe zu bringen, und somit erfolgen
das Lösen
der Bremse und das Einrasten der Kupplung effizienter als bei herkömmlichen
Einheiten.
-
Eine
Kupplungs-/Bremseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine erhöhte
Dauerhaftigkeit und eine längere
Lebensspanne auf, da weniger elektromagnetische Kraft benötigt wird,
um das Bremsmoment innerhalb der Einheit zu überwinden. Es kann eine Schutzschicht
auf Komponenten der Einheit aufgebracht werden, um die Beständigkeit und
Lebensdauer der Einheit zu erhöhen.
Bspw. kann ein Schutzüberzug
auf Chromkarbid auf das dritte Polstück aufgebracht werden. Die
in der US-5,119,918 offenbarte Kupplungs-/Bremseinheit verwendet
nur zwei Polstücke,
wobei beide Teil des magnetischen Bremskreises sind. Da Chromkarbid einen
hohen magnetischen Widerstand aufweist, würde dessen Aufbringung auf
jene Polstücke
das Bremsmoment der Einheit signifikant beeinträchtigen. Bei einer erfindungsgemäßen Kupplungs-/Bremseinheit
kann jedoch der Überzug
auf das dritte Polstück
aufgebracht werden, welches nicht Teil des magnetischen Bremskreises
ist. Das Aufbringen des Chromkarbidüberzugs auf das dritte Polstück verringert
den Verschleiß bei
allen Polstücken
und erweitert dementsprechend die Lebensdauer der Einheit.
-
Diese
und andere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden für den Fachmann
aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
offensichtlich, welche Merkmale der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist eine Querschnittsansicht
einer Kupplungs-/Bremseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung,
die die Einheit in der Bremsposition zeigt.
-
2 ist eine Querschnittsansicht
der Kupplungs-/Bremseinheit von 1 im
Wesentlichen entlang der Linie 2–2 von 1.
-
3 ist eine Draufsicht auf
die Kupplungs-/Bremseinheit der 1 und 2 im Wesentlichen entlang
der Linie 3–3
von 2.
-
4 ist eine Teilansicht einer
Kupplungs-/Bremseinheit gemäß der Erfindung
im Querschnitt, welche die Einheit in einer Position zeigt, in der
die Kupplung teilweise eingerastet ist.
-
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht
eines Abschnitts der Kupplungs-/Bremseinheit von 4 im Wesentlichen entlang der Linie 5–5 von 4.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
-
Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden, um identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten
zu kennzeichnen, veranschaulichen die 1 und 2 eine Kupplungs-/Bremseinheit
10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Einheit 10 ist für die Verwendung bei einem
Aufsitzmäher,
Rasentraktor oder einem ähnlichen
Fahrzeug gedacht, um selektiv ein Drehmoment von einer Eingangswelle
zu einem Geräteantrieb
(bspw. einem Antrieb des Mäherblattes)
zu übertragen.
Die Einheit 10 ist auch dafür gedacht, ein positives Bremsmoment
an den Geräteantrieb
anzulegen, wenn kein Drehmoment auf den Antrieb übertragen wird. Es ist anzumerken, dass
die Einheit 10 bei einer großen Vielzahl an Fahrzeugen
und Anwendungen eingesetzt werden kann, die hier nicht speziell
angeführt
sind.
-
Die
Einheit 10 umfasst eine Rotoreinheit 12, die um
eine sich longitudinal erstreckende Welle 14 angeordnet
ist, eine Ankereinheit 16 und eine Feld- bzw. Gebietsgehäuseeinheit 18.
Die Rotoreinheit 12 kann eine Eingangsnabe 20 und
eine Rotorscheibe 22 umfassen. Die Ankereinheit 16 kann
einen Anker 24, ein Ausgabeelement 26, bspw. eine
Scheibe und Mittel, bspw. Blattfedern 28, zum Verbinden
des Elements 26 mit dem Anker 24 aufweisen. Die
Feldgehäuseeinheit 18 kann
ein Feldgehäuse 30,
ein Paar Permanentmagnete 32, 34, ein entsprechendes
Paar Polstücke 36, 38 mit
relativ niedrigem magnetischen Widerstand, ein Polstück 40 mit
einem relativ hohem magnetischen Widerstand, und Mittel, bspw. eine Feldspule 42,
zum Erzeugen eines Magnetkreises zwischen dem Feldgehäuse 30,
der Rotorscheibe 22 und dem Anker 24, um einen
selektiven Eingriff des Ankers 24 und der Rotorscheibe 22 zu
bewirken, aufweisen.
-
Die
Eingangsnabe 20 wird auf konventionelle Weise eingesetzt,
um ein strukturelles Rahmenwerk und eine strukturelle Stütze für die anderen Komponenten
der Einheit 10 bereitzustellen. Die Nabe 20 kann
aus Pulvermaterial hergestellt sein. Die Nabe 20 ist radial
außerhalb
der Welle 14 angeordnet, die sich longditudinal entlang
der Achse 44 erstreckt und einen Abschnitt 46 mit
verringertem Durchmesser umfasst. Die Nabe 20 umfasst einen sich
axial erstreckenden Schlüssel 48 und
kann mit der Welle 14 gekoppelt werden, indem der Schlüssel 48 in
einen sich axial erstreckenden Schlüsselweg (nicht gezeigt), welcher
entlang dem Umfang des Abschnitts 46 der Welle 14 ausgebildet
ist, eingeführt wird.
Die Einheit 10 kann auch ein Abstandselement 50 umfassen,
das vom Abschnitt 46 der Welle 14 axial beabstandet
und innerhalb der Nabe 20 teleskopartig zusammengeschoben
ist. Das Abstandselement 50 kann dazu verwendet werden,
die Ankereinheit 16 mit den anderen Komponenten der Einheit 10 zusammengefügt zu halten,
und kann aus herkömmlichen
Materialien, einschließlich
Pulvermetall, hergestellt sein. Das Abstandselement 50 weist
eine allgemein zylindrische äußere Oberfläche 52,
ein zylindrisches Durchgangsloch 54 und einen Flansch 56 an
einem Longditudinalende auf. Die Oberfläche 52 kann einen
oder mehrere sich axial erstreckende Schlüsselwege 58 zur Aufnahme
des Schlüssels 48 der
Nabe 20 aufweisen. Die Bohrung 54 ist dafür konfiguriert,
eine Schraube 60 oder ein anderes Befestigungselement aufzunehmen,
das durch die Bohrung 54 und in eine Öffnung 62 im Abschnitt 46 der
Welle 14 geschraubt werden kann, um das Abstandselement 50,
die Nabe 20 und ein Lager 64 in Bezug auf die
Welle 14 zusammengefügt
zu halten. Ein innerer Laufring 66 des Lagers 64 ist
zwischen einer Schulter 68 der Nabe 20 und einem
Flansch 56 des Abstandselements 50 befestigt.
-
Die
Rotorscheibe
22 ist für
einen selektiven Eingriff in den Anker
24 vorgesehen, um
ein Drehmoment von der Welle
14 zum Ausgabeelement
26 zu übertragen.
Die Rotorscheibe
22 kann aus herkömmlichen Metallen oder Metalllegierungen,
einschließlich
Stahl, hergestellt sein. Die Rotorscheibe
22 ist mit der
Welle
14 durch die Eingangsnabe
20 verbunden und
erstreckt sich radial von der Welle
14 nach außen. Wie
in der
US 5,285,882 des
Anmelders angegeben, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme
enthalten sein soll, kann die Scheibe
22 eine Anzahl an
Kerben (nicht gezeigt) aufweisen. Eine entsprechende Anzahl an bezüglich des
Winkels beabstandeten, sich radial nach außen erstreckenden Ansätzen (nicht
gzeigt) auf der Nabe
20 kann in die Kerben eingefügt und ausgedehnt
werden, um einen engen Eingriff der Scheibe
22 und der Nabe
20 zu
erzeugen. Die Scheibe
22 umfasst ein sich axial erstreckendes
ringförmiges
Element
74, das um den radialen Umfang der Scheibe
22 angeordnet
ist. Die Scheibe
22 umfasst auch eine Anzahl radial beabstandeter
Reihen winkelig beabstandeter Schlitze
76, deren Zweck
nachstehend noch detaillierter beschrieben wird. In der veranschaulichten Ausführungsform
umfasst die Scheibe
22 drei Reihen von Schlitzen
76.
Es ist jedoch anzumerken, dass die Anzahl an Reihen, die Anzahl
an Schlitzen in jeder Reihe und die Größe und Form der Schlitze
76 variieren
können.
-
Der
Anker 24 ist dafür
vorgesehen, ein Bremsmoment zum Ausgabeelement 26 zu übertragen
und selektiv ein Antriebsdrehmoment von der Welle 14 auf
das Element 26 zu übertragen.
Der Anker 24 kann aus einer Anzahl an herkömmlichen
Metallen und Metalllegierungen, einschließlich Stahl, hergestellt werden.
Der Anker 24 ist radial außerhalb der Welle 14 angeordnet
und ist axial von der Rotorscheibe 22 durch einen Luftspalt 78 beabstandet. Ebenso
wie die Scheibe 22 umfasst der Anker 24 eine Anzahl
radial beabstandeter Reihen winkelig beabstandeter Schlitze 80,
deren Zweck nachstehend detaillierter beschrieben wird. In der veranschaulichten
Ausführungsform
umfasst der Anker 24 zwei Reihen an Schlitzen 80.
Die radial innere Reihe von Schlitzen 80 auf dem Anker 24 befindet
sich zwischen den radial inneren und radial zentralen Reihen von
Schlitzen 76 auf der Rotorscheibe 22. Die radial äußere Reihe
von Schlitzen 80 auf dem Anker 24 befindet sich
zwischen den radial zentralen und radial äußeren Reihen von Schlitzen 76 auf
der Scheibe 22. Wiederum ist anzumerken, dass die Anzahl
an Reihen von Schlitzen 80 auf dem Anker 24, die
Anzahl an Schlitzen 80 in jeder Reihe und die Größe und Form
der Schlitze 80 variieren können.
-
Das
Ausgabeelement 26 ist dafür vorhanden, ein Drehmoment
an ein Instrument zu übertragen,
bspw. eine (nicht gezeigte) Mäherklinge.
Das Ausgabeelement 26 kann eine Scheibe und einen Riemen
(nicht gezeigt) umfassen, welcher mit der Mäherklinge oder einer anderen
angetriebenen Vorrichtung auf herkömmliche Art verbunden ist.
Das Ausgabeelement 26 kann aus einer Vielzahl herkömmlicher
Metalle und Metalllegierungen, einschließlich Stahl, hergestellt sein.
Das Element 26 wird für
eine Rotation relativ zur Nabe 20 durch das Lager 64 getragen.
Das Element 26 kann eine oder mehrere Schultern 82 umfassen,
welche dabei helfen, die Axialbewegung des Lagers 64 zu
beschränken.
-
Blattfedern 28 sind
vorhanden, um ein Drehmoment vom Anker 24 zum Ausgabeelement 26 zu übertragen.
Die Federn 28 sind auch deshalb vorhanden, um eine axiale
Bewegung des Ankers 24 relativ zum Element 26 und
zur Rotorscheibe 22 hin und von dieser weg zu ermöglichen.
Die Federn 28 können aus
Edelstahl hergestellt sein. Die Federn 28 sind an einem
Ende mit dem Anker 24 und an einem zweiten Ende mit dem
Element 26 unter Verwendung von Nieten 84 oder
einem anderen Befestigungsmittel verbunden.
-
Das
Gebietsgehäuse 30 ist
vorhanden, um die Feldspule 42 aufzunehmen. Das Gehäuse 30 bildet
auch einen Teil eines Magnetkreises, der die selektive Kupplung
der Scheibe 22 und des Ankers 24, wie nachstehend
detaillierter beschrieben, bewirkt. Das Feldgehäuse 30 kann aus herkömmlichen
Metallen und Metalllegierungen, einschließlich Stahl, hergestellt sein.
Das Gehäuse 30 ist
allgemein U-förmig
im Querschnitt und umfasst radial innere und radial äußere ringförmige Elemente 86, 88.
Das innere Element 86 ist benachbart der Eingangsnabe 20 und radial
außerhalb
derselben angeordnet. Das innere Element 86 liegt auch
auf einem äußeren Laufring 90 des
Lagers 92 auf, der dazu verwendet wird, das Gehäuse 30 zu
stützen,
während
er ermöglicht,
dass die Welle 14 und die Nabe 20 innerhalb des
inneren Elements 86 des Gehäuses 30 rotieren.
Das Lager 92 wird in seiner Axialbewegung durch eine Schulter 94 der
Welle 14 an einem axialen Ende des Lagers 92 und
durch die Nabe 20 und eine Schulter 98 des inneren
Elements 86 auf dem anderen axialen Ende des Lagers 92 gehindert.
Das äußere Element 88 des Gehäuses 30 ist
radial außerhalb
des Elements 74 der Scheibe 22 angeordnet. Das
Gehäuse 30 umfasst
auch einen Flansch 100, der mit dem äußeren Element 88 ein
integrales Element darstellt und sich vom äußeren Element 88 radial
nach außen
erstreckt. Befestigungsmittel (nicht gezeigt) erstrecken sich durch
Kerben 102 des Flansches 100 und befestigen das
Gehäuse
am Maschinenblock oder einer anderen festen Struktur, um die Rotation
des Gehäuses 30 zu
verhindern.
-
Polstücke 36, 38 bilden
eine Bremsoberfläche
für den
Anker 24. Die Polstücke 36, 38 können aus
Materialien mit einem relativ niedrigen magnetischen Widerstand,
einschließlich
herkömmlichen Metallen
und Metalllegierungen, wie bspw. Stahl, hergestellt sein. Die Polstücke 36, 38 können mit dem
Flansch 100 des Gehäuses 30 durch
Nieten 104 oder andere Befestigungsmittel verbunden sein.
Ein radial innerer Abschnitt jedes der Polstücke 36, 38 überlappt
einen radial äußeren Abschnitt
des Ankers 24.
-
Mit
Bezug auf 3 sind Permanentmagneten 32, 34 vorhanden,
um einen Magnetkreis 106 zwischen dem Feldgehäuse 30,
den Magneten 32, 34, den Polstücken 36, 38 und
dem Anker 24 auszubilden. Die Magnete 32, 34 können aus
einem keramischen Material hergestellt sein. Die Magnete 32, 34 sind
zwischen Polstücken 36 bzw. 38 und
dem Flansch 100 angeordnet, und zwischen diesen durch Nieten 104 gesichert.
Eine dünne
Kunststoffschicht kann auf den radial inneren und äußeren Oberflächen der
Magneten 32, 34 vorhanden sein. In der veranschaulichten
Ausführungsform
gibt es zwei Magneten 32, 34 und zwei entsprechende
Polstücke 36, 38.
Die Anzahl an Magneten (und ensprechenden Polstücken) kann variieren. Jedoch
sollten die Magneten (und die Polstücke), wie aus der nachstehenden
Erörterung
deutlich werden wird, so angeordnet werden, dass der Winkelabstand,
der von den Magneten (und den Polstücken) aufgespannt wird, weniger
als die Hälfte
des Umfangs des Feldgehäuses 30 beträgt. Die
Magneten 32, 34 werden so erregt, dass die Magneten 32, 34 axial
gegenüberliegende
Pole entgegengesetzter Polarität
aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich der Nordpol
des Magneten 34 axial näher
am Flansch 100 des Gehäuses 30,
während
der Südpol
des Magneten 32 axial näher
am Flansch 100 liegt. Es ist jedoch anzumerken, dass die
Polarität
der Magneten 32, 34 variieren kann, so lange gleiche
Pole benachbarter Magneten einander axial entgegengesetzt gerichtet
sind. Innerhalb des Magnetkreises 106 fließt der Magnetfluss
entlang dem folgenden Pfad: Magnet 32 → Polstück 36 → Anker 24 → Polstück 38 → Magnet 34 → Flansch 100 des
Feldgehäuses 30 → Magnet 32.
Wie in 1 gezeigt ist,
zieht der Kreis 106 immer dann, wenn die Spule 42 abgeschaltet
wird, den Anker 24 in eine erste Axialrichtung von der
Rotorscheibe 22 weg und in eine Bremsposition in Eingriff
mit den Polstücken 36, 38.
-
Mit
Bezug auf 2 ist das
Polstück 40 vorhanden,
um eine einfachere Freigabe des Ankers 24 von den Polstücken 36, 38 zu
ermöglichen,
wie nachstehend deutlicher beschrieben wird. Das Polstück 40 ist
zwischen den Polstücken 36, 38 angeordnet und
kann aus Materialien mit relativ hohem magnetischen Widerstand sein,
bspw. Edelstahl in Form von Pulvermetall. Das Polstück 40 kann
axial weiter vom Anker 24 entfernt sein als die Polstücke 36, 38.
Das Polstück 40 ist
mit dem Flansch 100 des Feldgehäuses 30 durch Nieten 108,
Schrauben oder ein anderes Befestigungsmittel verbunden. Ein radial äußerer Abschnitt
des Polstücks 40 kann
eine größere axiale Länge aufweisen
als der radial innere Abschnitt des Polstücks 40, der durch
den Anker 24 überlappt
wird.
-
Mit
Bezug auf 4 ist die
Feldspule 42 gemäß dem Stand
der Technik ausgebildet und dient dazu, einen Magnetkreis 110 zwischen
dem Feldgehäuse 30,
der Rotorscheibe 22 und dem Anker 24 zu erzeugen,
um ein Ineinandergreifen der Rotorscheibe 22 und des Ankers 24 zu
bewirken und dadurch ein Drehmoment von der Welle 14 zum
Ausgabeelement 26 zu übertragen.
Die Feldspule 42 ist allgemein ringförmig und kann mit Kunststoff
umhüllt
sein. Die Spule 42 ist zwischen den inneren und äußeren Elementen 86, 88 des
Feldgehäuses 30 angeordnet und
kann elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Stromversorgung verbunden
sein, bspw. einer Fahrzeugbatterie. Wenn die Spule 42 erregt
wird, wird ein Kreis 110 zwischen dem Feldgehäuse 30,
der Rotorscheibe 22 und dem Anker 24 ausgebildet.
Der Magnetfluss fließt
vom äußeren Element 88 des
Gehäuses 30 über einen
Luftspalt zum Element 74 der Rotorscheibe 22.
Die Reihen von Schlitzen 76 auf der Scheibe 22 und
die Reihen von Schlitzen 80 auf dem Anker 24 bewirken
dann, dass der Fluss zwischen der Scheibe 22 und dem Anker 24 über dem
Luftspalt 78, wie gezeigt, zurück und nach vorne fließt. Diese Anordnung
ermöglicht
einen hohen Drehmomenteingriff zwischen der Scheibe 22 und
dem Anker 24, selbst wenn die axiale Distanz des Spalts 78 ziemlich groß ist. Schließlich kehrt
der Fluss von der Scheibe 22 zum inneren Element 86 des
Gehäuses 30 zurück.
-
Der
Kreis 110 zeiht den Anker 24 in eine zweite axiale
Richtung gegen die Scheibe 22 und in eine Kupplungseinrastposition.
Insbesondere schnappt ein Abschnitt 112 des Ankers 24,
der den Magneten 32, 34 bezüglich des Winkels gegenüberliegt,
zunächst
in Eingriff mit der Scheibe 22. Wie vorstehend erwähnt, spannen
die Magneten 32, 34 (und entsprechend die Polstücke 36, 38)
vorzugsweise einen Winkelabstand von weniger als der Hälfte des Umfangs
des Feldgehäuses 30 auf.
Als Ergebnis davon wandert der magnetische Fluss innerhalb des Kreises 106 nur
durch einen Abschnitt des Feldgehäuses 30 und die Interferrenz
zwischen dem Kreis 110 und der Schaltung 106 wird
minimiert. Darüber hinaus
ermöglicht
es die Anordnung der Magneten 32, 34 und der Polstücke 36, 38,
dass ein Abschnitt 112 des Ankers 24 schnell in
Eingriff mit der Scheibe 22 schnappt. Mit Bezug auf 5 wird ein Abschnitt 114 des
Ankers 34 von einem der Polstücke 36, 38 entkoppelt,
wenn der Abschnitt 112 des Ankers 24 mit der Scheibe 22 in
Eingriff gelangt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Anker 24 vom Polstück 38 entkoppelt.
In der in der US-5,119,918 offenbarten Kupplungs/Bremseinheit verbleibt
der Anker 24 mit beiden Polstücken 36, 38 in
Eingriff, bis eine ausreichende magnetische Kraft innerhalb der Schaltung 110 erzeugt
worden ist, um den Anker 24 zu entkoppeln. Obwohl der Abschnitt 114 des
Ankers 24 schnell mit der Scheibe 22 in Eingriff
schnappt, ist es wünschenswert,
die magnetische Kraft, weiche erforderlich ist, um den Anker 24 vollständig mit
der Scheibe 22 in Eingriff zu bringen, weiter zu verringern.
Durch Hinzufügen
des Polstücks 40 zwischen den
Polstücken 36, 38 kann
der Anker 24, sobald der Abschnitt 112 des Ankers 24 mit
der Scheibe 22 in Eingriff gelangt, mit nur einem der Polstücke 36, 38 (zusätzlich zum
Polstück 40)
in Kontakt bleiben. Der resultierende Luftspalt zwischen dem Anker 24 und dem
nicht in Eingriff stehenden Polstück 38 schwächt oder
löst den
Kreis 106. Als Ergebnis ist weniger elektromagnetische
Kraft erforderlich, um den Anker 24 vom Polstück 36 zu entkoppeln
und den Anker 24 vollständig
in Eingriff mit der Scheibe 22 zu bringen. Die Einheit 10 kann
deshalb effizienter betrieben werden.
-
Das
Hinzufügen
des Polstücks 40 bewirkt
einen zusätzlichen
Vorteil: Um die Dauerhaftigkeit und Lebensdauer der Polstücke 36, 38, 40 zu
erhöhen,
ist es wünschenswert,
eine Schutzschicht, bspw. aus Chromkarbid, auf mindestens einem
Abschnitt eines oder mehrerer Polstücke 36, 38, 40 aufzubringen. Chromkarbid
weist jedoch einen hohen magnetischen Widerstand auf. Deshalb bewirkt
das Anbringen der Beschichtung auf den Polstücken 36, 38 eine signifikante
Verringerung der magnetischen Anziehung zwischen dem Anker 24 und
den Polstücken 36, 38,
und dementsprechend des Bremsmoments. Gemäß der vorliegenden Erfindung
jedoch kann ein Chromkarbidüberzug 116 auf
dem Polstück 40 aufgebracht
werden (am besten in 2 gezeigt),
da dieses keinen Teil des Magnetkreises 106 bildet. Das Aufbringen
des Überzugs 116 auf
das Polstück 40 hilft,
den Verschleiß bei
den Polstücken 36, 38 und 40 zu
verringern, wodurch die Dauerhaftigkeit erhöht und die Lebensdauer der
Einheit 10 verlängert
wird.
-
Obwohl
die Erfindung insbesondere mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich,
dass verschiedene Änderungen und
Modifikationen der Erfindung gemacht werden können, ohne den Geist und Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen.