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Elektromagnetisch betätigte Lamellenreibungskupplung geringen Raumbedarfs
Es sind zahlreiche Konstruktionen von elektromagnetisch betätigten Kupplungen bekanntgeworden.
Eine derartige Kupplung besitzt einen Elektromagnetkörper mit einer Wicklung sowie
einen Anker. Wird der Wicklung, beispielsweise über einen Schleifring, Strom zugeführt,
so wird der Anker angezogen und bewirkt jetzt einen Kupplungsvorgang. Als eigentliche
Kupplung verwendet man meist die bekannten Lamellenkupplungen, welche aus einer
Anzahl Innen- und Außenlamellen besteben. Der Nachteil dieser bekannten Konstruktionen
liegt darin, daß der magnetische Kraftlinienfluß das Lamellenpaket durchdringen
muß, wodurch eine starke Schwächung der magnetischen Kräfte eintritt. Man hat daher
vorgeschlagen, Magnetteil und Kupplungsteil räumlich zu trennen, so daß ein nur
durch einen Luftspalt unterbrochener, verhältnismäßig widerstandsfreier, magnetischer
Kreis entstand. Neben diesem magnetischen Teil war dann die Lamelleneinrichtung
angeordnet. Kupplungen dieser Art wiesen wohl gegenüber den erstgenannten Konstruktionen
erhebliche Vorteile auf, jedoch waren sie verhältnismäßig groß und schwer, welches
ihrer Verwendung in Werkzeugmaschinen, Getrieben od. dgl. hindernd im Wege stand.
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Wenn auch die vorstehend erwähnten elektromagnetisch betätigten Kupplungen
den vorher verwendeten
mechanisch oder hydraulisch betätigten Kupplungen,
was Größe und Einfachheit anbelangte, überlegen waren, so reichte doch in vielen
Fällen die Gedrängtheit der Kupplungen nicht aus, um sie organisch in das Getriebegehäuse
einzupassen. Die Forderung geht daher dahin, daß die Kupplung ungefähr die Größenordnung
besitzen soll, wie sie die zur Kraftübertragung verwendeten Zahnräder aufweisen.
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Eine weitere Forderung, die an moderne, besonders in der Werkzeugmaschinenindustrie
zu verwendende Kupplungen zu stellen ist, besteht darin, daß außer der selbstverständlichen
sicheren Übertragung des benötigten Drehmomentes auch das Ein- und Auskuppeln exakt
und in 'kürzester Zeit erfolgt, so daß es .beispielsweise möglich ist, die angetriebene
Welle nur Bruchteile von Umdrehungen machen zu lassen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte
Kupplung, welche in weitestem Maße die im vorstehenden aufgezeigten Fehler vermeidet
und den gestellten Forderungen der Praxis gerecht wird.
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Gemäß der Erfindung ist bei einer elektromagnetisch betätigten Lamellenreibungskupplung,
bei der die Wicklung in einer U-förmigen Nut des Magnetkörpers untergebracht ist
und bei der durch einen axial verschiebbaren Anker ein Druck auf die Lamellen ausgeübt
wird, die offene Seite der U-förmigen Nut nach dem Umfang zu gerichtet und, der
Anker über den U-förmigen Teil glockenartig gestülpt, wobei sich die Lamellen zwischen
dem inneren Schenkel des U und der Stirnfläche der Glocke befinden.
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Durch diese Ausbildung ist es gelungen, daß beim Abschalten der Erregerwicklung
das Drehmoment sofort gegen Null absinkt und daß tatsächlich die angetriebene Welle
im- Bedarfsfalle nur Bruchteile einer Umdrehung macht. Die Exaktheit der Drehmomentübertragung
mit den Stromimpulsen ist so groß, daß in der Sekunde etwa io Drehmomentimpulst
an die Antriebswelle abgegeben werden (können.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in den Fig. i bis 4 dargestellt.
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Fig. i zeigt die Gesamtanordnung der Kupplung in halb geschnittenem
Zustand; Fig. 2 zeigt die Anordnung und Befestigung des Schleifringes, der Isolierstücke
und des Zahnkranzes im Schnitt; Fig.3 zeigt einen entsprechenden um 9o° gedrehten
Schnitt; Fig. 4 zeigt die Anordnung von Rückstellfedern für den Anker.
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In der Fig. i stellt i die treibende Welle dar, auf der der U-förmig
ausgebildete Magnetkörper 2 mit der darin angeordneten Wicklung 3 sitzt. Es ist
wesentlich, daß die Wicklung 3 mit dem Magnetkörper 2 auf der mit konstanter Geschwindigkeit
umlaufenden Antriebswelle i sitzt, da hierdurch auch die Wicklung mit stets gleichbleibender
Drehzahl läuft und daher beim Schalten der Kupplung keine Drehbeschleunigungskräfte
auszuhalten hat. Auf dem Magnetkörper 2 sitzt ein Zahnkranz 8, auf welchem der Anker
9 axial beweglich angeordnet ist. Der Anker 9 besitzt eine Glockenform. Der Innenteil
seiner Mantelfläche trägt eine dem Zahnkrani 8 entsprechende Innenverzahnung, durch
welche eine sichere Mitnahme sowie eine leichte Axialbeweglichkeit gewährleistet
ist. Am wesentlichsten ist es jedoch, daß durch diese Art der Verbindung für den
magnetischen Kraftlinienfluß außer einem einzigen Luftspalt bei 6' kein praktisch
ins Gewicht fallender Widerstand' auftritt. Der Magnetkörper 2 ist U-förmig ausgebildet,
und zwar derart, daß die offene Seite des U nach dem Umfang zu liegt. Der
Mantelteil des glockenförmigen Ankers 9 deckt zum großen Teil die offene Seite des
U ab. Auf dem äußeren Polschenkel 2a des Magnetkörpers 2 ist ein verstellbarer
Gewindering 4 angeordnet, welcher zusammen mit der ringscheibenförmigen Stirnfläche
des Ankers den Luftspalt 6 bildet. Wie man aus der Zeichnung erkennt, besitzt der
magnetische Kreis nur einen einzigen Luftspalt, und zwar den eben genannten Luftspalt
6, während der Übergang von dem Schenkel 2b des Magnetkörpers zu dem Anker über
die großflächige Verzahnung 8 erfolgt.
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Zwischen dem inneren Polschenkel 2b des Magnetkörpers 2 und
dem Anker befindet sich das Lamellenpaket, welches im Falle des vorliegenden Beispiels
aus einer Außenlamelle io und den beiden Innenlamellen i i und 12 besteht. Die Außenlarpelle
io ist axial verschiebbar in der inneren Verzahnung des Ankers 9 befestigt, während
die Innenlamellen in Nuten 13 der angetriebenen Welle axial verschiebbar gehaltert
sind. Über der Mantelfläche des Ankers 9 ist, wie weiter unten ausführlich beschrieben
wird, ein für die Stromzuführung dienender $chleifring 7 isoliert angeordnet. Die
Wirkungsweise der Kupplung ist einfach so, daß bei Stromdurchgang durch .die Wicklung
3 der Anker 9 angezogen wird, wobei sich der Luftspalt 6 zwischen Gewindering 4
und dem Anker verkleinert. Durch den Anker wird das aus den Lamellen io, i i und
12 bestehende Lamellenpaket gegen den äußeren Polschenkel 2b, der eine Ringfläche
darstellt, gedrückt, wodurch der Kupplungsvorgang bewirkt wird. Beim Ausschalten
des Erregerstromes läßt der Druck auf das Lamellenpaket nach und die Wellen i und
13 werden entkuppelt. Durch Drehen des Gewinderinges 4 kann man die Größe des Luftspaltes
6 auf einen möglichst günstigen Wert einstellen. Durch diese Einstellung läßt sich
vor allem eine Abnutzung der Lamellen kompensieren, so daß die Kupplung bis zum
völligen Verbrauch der Lamellen bei richtiger Einstellung immer ihre volle Leistungsfähigkeit
zeigt.
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In der Fig. i ist neben .dem Arbeitsluftspalt 6 der Kupplung noch
das Maß 5 eingezeichnet. Bei Abnutzung der Reiblamellen nähert sich der Anker immer
mehr dem Einstellring 4. Von Zeit zu Zeit ist es zweckmäßig, den Ring so zu verstellen,
daß wieder ein Arbeitsluftspalt von 1/2 bis i mm erreicht wird. Aus der Breite des
Luftspaltes 6 und
der Größe des Maßes 5 kann man also auf die Abnutzung
bzw. den Verbrauch der Lamellen schließen, da mit zunehmender Abnutzung auch das
Maß 5 kleiner wird. Es sei erwähnt, daß dadurch, daß der Luftspalt 6 offen liegt,
eine gute Kontrolle möglich ist. Abgesehen davon, daß Schmutzteilchen durch die
Fliehkraft von selbst entfernt werden, ist eine Reinigung in einfacher Weise möglich.
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Aus den Fig. 2 und 3 ist die Anordnung und Befestigung des Schleifringes
7 sowie der Isolierteile 14 und des verzahnten Ringes 8 deutlich zu erkennen. Ferner
ist die Ausbildung der Stromzuführung ersichtlich. Der Schleifring 7 erhält über
einen nicht dargestellten Schleifkontakt Strom. Vom Schleifring 7 läuft ein Kabel
15 in einem Isolierrohr 16 zur Spule 3. Zur Befestigung des Schleifringes 7 ist
der Anker 9 beispielsweise an drei Stellen seines Umfanges mit einer etwa io mm
breiten Ausfräsung versehen. In dieser Ausfräsung wird auf den verzahnten Ring 8
ein Isolierstück 1,4 über einen Stift 17 aufgesetzt. Sobald nun der Ring
7 über die Isolierteile 14 aufgeschoben ist, sitzen sämtliche Teile vollkommen fest,
und zwar die Isolierstücke 14 infolge der Verzahnung und des Stiftes 17. Der Schleifring
7 wird durch mindestens drei auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Isolierstücke
abgestützt. Das andere Ende der Wicklung 3 ist in an sich bekannter Weise an Masse
gelegt. Selbstverständlich können an Stelle der Masse als Rückleitung auch zwei
Schleifringe verwendet werden. Durch die vorstehend geschilderte Anordnung des Schleifringes
und der Isolierstücke unter Verwendung des verzahnten Ringes 8 erreicht man eine
sehr' zuverlässige und raumsparende Befestigung aller Teile. Durch den Stift
17 erfolgt gleichzeitig die Übertragung des Drehmomentes von dem Magnetgehäuse
2 auf den verzahnten Ring B.
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Durch die Einfräsungen in den Anker 9 für die Isolierstücke 14 ist
es auch möglich, von außen die Arbeitsweise bzw. die Abnutzung der Reiblamellen
zu beobachten. Die Öffnungen dienen auch als Lüftungsöffnung. Ferner kann durch
sie der Abrieb an den Lamellen unter dem Einfluß der Fliehkraft nach außen gelangen.
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Um eine möglichst hohe SchaltHufigkeit der Kupplung zu erzielen, ist
es vorteilhaft, die Rückbewegung des Ankers nach Abschalten der Erregung in an sich
bekannter Weise durch eine Rückstellkraft, beispielsweise durch Rückstellfedern,
zu bewirken, die zur Erzielung geringen Raumbedarfs in der nachstehend beschriebenen
Weise ausgebildet sind. In der Abb. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Man
erkennt, daß in dem Mantelteil des Ankers 9 parallel zur Achse verlaufende Bohrungen
vorgesehen sind, in welchen Schraubenfedern 20 sowie Stifte i9 aus unmagnetischem
Material liegen. Die Stifte i9 drücken gegen den Gewindering 4. Durch Vertiefungen
in dem Gewindering ,4 kann gleichzeitig eine Rastwirkung für den Gewindering erzielt
werden. Die mit 21 bezeichneten Bohrungen in dem Gewindering dienen zu seiner Verstellung.
Durch geeignete Bemessung der Federn und der Länge der Stifte i9 kann eine Vorspannung
des Ankers erzielt werden, so daß bei Einschalten des Erregerstromes der Anker gegen
die Wirkung der Federkraft angezogen wird. Bei Abschalten der Erregung sorgt die
Federkraft dafür, den Anker in kürzester Zeit in die entkuppelte Stellung zurückzuführen.
Durch richtige Bemessung und Einstellung der Feder und der Kupplung ist es möglich,
wie eingangs erwähnt, bis io Kupplungsimpulse pro Sekunde zu übertragen.
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Dadurch, daß einem Bauteil mehrere Funktionen obliegen, war es möglich,
eine Kupplung zu schaffen, welche bei größter mechanischer Leistung ein Minimum
an Raum beansprucht.