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Selbsttätig stufenlos wirkende Nachstellvorrichtung für eine elektromagnetisch
betätigte Reibungskupplung Die Erfindung betrifft eine selbsttätig stufenlos wirkende
Nachstellvorrichtung für eine elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung.
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Derartige Kupplungen werden weniger dazu benutzt, zwei Wellen wahlweise
miteinander zu verbinden oder zu trennen, sondern es soll vielmehr das zu übertragende
Drehmoment in Abhängigkeit eines durch die Erregerwicklung der Kupplung fließenden
Stromes gesteuert werden. Wenn also beispielsweise die Beziehung zwischen dem Steuerstrom
einer Vorrichtung und dem Abtriebsdrehmoment der Kupplung einem vorgegebenen Gesetz
zu folgen hat, wobei das Antriebsdrehmoment konstant ist, ist es notwendig, daß
die relativen Stellungen der festen und der beweglichen Teile der Kupplung bei jedem
Teilwert des Steuerstroms stets die gleichen sind, da ihre relative Stellung teilweise
die auf die Kupplung ausgeübte Kraft bestimmt.
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Die bisher bekannten elektromagnetisch betätigten Reibungskupplungen
sind für den Einsatz in Servosystemen nicht geeignet, und zwar wegen der starren
Verbindung zwischen dem von dem Magnetkörper beeinflußten Anker und der eigentlichen
Kupplung, da bei einer Abnutzung der Reibflächen der Kupplungshälften die Schaltbewegung
der beweglichen Kupplungshälften größer wird, als sie für einen vorgegebenen Wert
des das Magnetsystem durchfließenden Steuerstroms vorbestimmt ist. Diese relative
Änderung der Schaltbewegung wirkt sich als Verminderung des Luftspalts zwischen
Magnetkörper und Anker aus, so daß der Steuerstrom eine größere Kraft als vorgesehen
auf die Kupplung ausübt und dementsprechend auch das Verhältnis zwischen dem Steuerstrom
und dem Abtriebsdrehmoment nicht mehr das vorgegebene ist.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine für ein Servosystem geeignete
elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung zu schaffen, bei welcher die Beziehung
zwischen dem das Magnetsystem der Reibungskupplung durchfließenden Steuerstrom und
dem von der Kupplung abgegebenen Abtriebsdrehmoment für einen konstanten Wert des
Antriebdrehmoments im wesentlichen unverändert bleibt trotz der unvermeidlichen
Abnutzung der einander zugewandten Reibflächen der Kupplungshälften.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine Nachstellvorrichtung erreicht,
bei der die Kupplungshälften mittels eines sie durchgreifenden feststehenden Bolzens
und einer auf den. Bolzen aufgeschraubten Nachstellmutter gegeneinandergedrückt
sind und bei der an der Nachstellmutter eine im Sinne der Nachstellbewegung vorgespannte
Torsionsfeder angreift, welche die Nachstellmutter auf dem Bolzen verdrehen kann.
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Erfindungsgemäß können auch zwei mit derartigen Nachstellvorrichtungen
versehene elektromagnetisch betätigte Reibungskupplungen vorgesehen werden, die
in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben werden und die beide gemeinsam auf
ein einziges Abtriebsglied arbeiten, wobei die die Abnutzung der Reibflächen. ausgleichenden
Schaltglieder die Reibflächen beider Kupplungen in einem Reibungsschluß halten,
der insgesamt geringer ist als der zur Erzeugung des an dem Abtriebsglied geforderten
Mindestdrehmoments erforderliche Reibungsschluß.
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Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel
einer Kupplung gemäß der Erfindung darstellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung gemäß der Erfindung, Fig.
2 einen Teil der Fig. 1 in größerem Maßstab. Die elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung
besteht aus der Antriebs- und der Abtriebshälfte 10 und 11, welche lose drehbar
auf dem hohlen feststehenden Schaft 12 gelagert sind. Jede dieser Kupplungshälften
hat die Form einer an einer Seite mit einer kurzen Muffe versehenen Scheibe. Die
ebenen Flächen der Scheiben sind einander zugewandt und mit je einem Reibbelag 10'
bzw. 11' versehen; sie bilden die einander zugewandten die Kräfte übertragenden.
Reibflächen.
Die gemeinsame Achse 13 der Teile 10 bis 12 ist vertikal
angeordnet, und die Abtriebsscheibe 11 liegt unterhalb der Antriebsscheibe 10. Die
Antriebsscheibe 10 ist mit einem nicht dargestellten Motor gekuppelt, der sie mit
einer gleichmäßigen Geschwindigkeit antreibt. Das Abtriebsdrehmoment wird von der
Abtriebsscheibe 11 abgenommen. Durch den feststehenden hohlen Schaft 12 ist mit
radialem Spiel ein Bolzen 14 geführt, der nach unten über die Antriebs-und Abtriebsscheibe
10 und 11 hinausragt. Das untere Ende des Bolzens 14 ist mit dem freien Ende einer
einseitig eingespannten Blattfeder 15 verbunden. Diese Blattfeder 15 verhindert
eine Drehung des Bolzens 14, gestattet aber innerhalb gewisser Grenzen eine axiale
(vertikale) Verschiebung desselben.
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Sowohl zwischen einer Scheibe 16 am unteren Ende des Bolzens 14 und
der Abtriebsscheibe 11 als - auch zwischen der Antriebsscheibe 10 und der Unterseite
einer feststehenden horizontalen Montageplatte 20 ist je ein axial belastetes Kugellager
17 bzw. 21 angeordnet.
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Es ist ersichtlich, daß durch eine Aufwärtsbewegung des Bolzens 14
die Abtriebs- und Antriebsscheibe 11 und 10 mit den einander zugewandten
Reibflächen 10' und 11' zwischen den Axialkugellagern 17 und 21 zusammengedrückt
werden.
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Der obere Teil des Bolzens 14 ragt über die Montageplatte 20 und über
den die Kupplung zu betätigenden Magnetkörper 22 hinaus. Der Eisenkörper dieses
Magnetkörpers umfaßt einen inneren und äußeren Zylinder 23 und 24, die den Bolzen
14 konzentrisch umgeben. Die oberen Enden der Zylinder 23 und 24 sind miteinander
verbunden; das untere flanschartig verbreiterte Ende des äußeren Zylinders 24 ist
an der Montageplatte 20 befestigt; der innere Zylinder 23 trägt die Magnetwicklung
25.
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Die Ankerscheibe 26 ist aus einem Stück mit dem Schaft 27, welcher
konzentrisch den Bolzen 14 umgibt und sich zwischen ihm und dem Zylinder 23 des
Magnetkörpers 22 erstreckt, ohne eines dieser Teile zu berühren. Das obere Ende
des Schaftes 27 erstreckt sich nur wenig über den Magnetkörper 22 hinaus und ruht
dort auf einer Unterlegscheibe 30; welche - wenn der Magnetkörper ausgeschaltet
ist - die Ankerscheibe 26 in einiger Entfernung von den Magnetpolen hält. Die Ankerscheibe
befindet sich dann in der Lüftstellung.
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Innerhalb des Schaftes 27 ist der Bolzen 14 in die Nachstellmutter
31 geschraubt, die sich mit ihrer unteren Kugelfläche auf der Kegelfläche 32 des
Schaftes 27 und damit der Ankerscheibe 26 abstützt. In die Nachstellmutter 31 und
in eine mit dem Bolzen 14 drehfest verbundene Scheibe 34 greift eine in Umlaufrichtung
vorgespannte Schraubenfeder 33 ein, die bestrebt ist, den Bolzen 14 im Sinne einer
Spielbeseitigung zwischen den beiden Kupplungshälften 10, 10' und 11, 11' zu verstellen.
Die Scheibe 34 ist mit dem Bolzen 14 durch radial verschiebbare Stifte 35 (vgl.
Fig.2) verbunden, welche lose in der diametralen Bohrung 36 liegen. Der Bolzen 14
ist durch eine zentrale Bohrung 37 der Scheibe 34 hindurchgeführt und weist an seinem
oberen Ende axial gerichtete Nuten 39 auf, in die die Stifte 35 unter der Wirkung
einer Ringfeder 38 einrasten.
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Die Torsionsfeder 33 wird mittels der Scheibe 34 so vorgespannt, daß
im wesentlichen lediglich die Abnutzung der Reibbeläge 10' und 11' ausgeglichen
`werden kann.
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Beim Erregen des Elektromagneten wird die Ankerscheibe 26 nach oben
gezogen. Bei der Aufwärtsbewegung des Schaftes 27 wird die Nachstellmutter 31 und
damit der Bolzen 14 durch die Kegelfläche 32 des Schaftes 27 mitgenommen und auf
diese Weise der Anpreßdruck zwischen den Reibbelägen 10' und 11' erhöht.
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In der Praxis ist diese Aufwärtsbewegung äußerst gering, denn die
Kupplungshälften 10, 10' und 11, 11' stehen bereits bei unerregtem Elektromagneten
durch die unter dem Einfluß der vorgespannten Torsionsfeder 33 stehende Nachstellmutter
31 in Reibverbindung miteinander.
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Der aus der Erregung des Magneten resultierende Druck und damit das
Abtriebsdrehmoment hängt von der Größe des Steuerstroms ab. Sobald der Strom abgeschaltet
ist, kehren der Anker und die anderen axial beweglichen Teile in ihre eingangs beschriebenen
Stellungen zurück, und zwar dank der Elastizität des Reibmaterials.
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Es findet so lange keine Drehung der Nachstellmutter 31 statt, als
keine Abnutzung zwischen den einander zugewandten Reibbelägen 10' und 11' eingetreten
ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die axial beweglichen
Teile durch das Gewicht des Magnetankers in ihre Lüftstellung zurückgebracht, und
der Reibbelag 11' ist dann von dem Reibbelag 10' um den jeweiligen Betrag ihrer
Abnutzung entfernt.
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Wenn die Vorrichtung der Fig. 1 umgekehrt angeordnet wäre, d. h. wenn
der Elektromagnet unterhalb der beiden Kupplungshälften sitzen würde, dann würden
die Reibbeläge 10' und 11' durch die Schwerkraft in Berührung miteinander bleiben,
jedoch wäre die Ankerscheibe 26 um den Betrag der Reibbelagsabnutzung von dem Magnetkörper
22 weiter entfernt als zuvor.
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In beiden Fällen dreht die Torsionsfeder 33 die Nachstellmutter 31
so lange, bis das durch die Abnutzung der Reibbeläge 10', 11' entstandene Spiel
zwischen den beiden Kupplungshälften wieder beseitigt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bleibt der Luftspalt zwischen
dem Magnetkörper 22 und der Ankerscheibe 26 konstant. Auch bei verschiedenen Stromstärken
wird die ursprüngliche Größe des Luftspalts beibehalten. Die Beziehung zwischen
Steuerstrom und Abtriebsdrehmoment für ein konstantes Antriebsdrehmoment bleibt
daher im wesentlichen konstant.
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Die Wirkung der Nachstellmutter 31 ist natürlich irreversibel: Jede
Nachstellung, die bei stromlosem Magneten vorgenommen wird, wird nicht aufgehoben,
wenn die Kupplung eingeschaltet wird.
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Die Vorspannung der Torsionsfeder 33 kann durch Drehen der Scheibe
34 eingestellt werden. Dabei muß auf die Scheibe 34 eine ausreichende Kraft ausgeübt
werden, damit die Stifte 35 (vgl. Fig. 2) aus den Nuten 39 des Bolzens 14 gegen
die einwärts gerichtete Kraft der Ringfeder 38 ausrasten können.
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Selbstverständlich kann die durch die Torsionsfeder 33 ausgeübte Kraft
nur stufenweise verändert werden, wobei eine Stufe jeweils einer halben Umdrehung
der Scheibe 34 entspricht.
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Die von der Torsionsfeder 33 ausgeübte Kraft reicht nicht dazu aus,
von sich aus die Stifte 35 aus den Nuten 39 ausrasten zu lassen.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei elektromagnetisch
betätigte Reibungskupplungen der vorbeschriebenen Art nach dem Prinzip eines Ausgleichsgetriebes
in für ein Servosystem bekannter Weise kombiniert. Bei einer derartigen
Kombination
wird das Antriebsmoment von einer gemeinsamen Kraftquelle abgeleitet, und die beiden
Abtriebsglieder sind in Gegenschaltung zueinander durch ein Getriebe mit einer gemeinsamen
Abtriebswelle verbünden. Die beiden Kupplungen sind in ihren Arbeitscharakteristiken
einander gleich. Wenn daher die Steuerströme gleich sind, so sind auch die Abtriebsdrehrnomente
die gleichen. Es findet keine Drehung der Abtriebswelle statt, und beide Kupplungen
schleifen daher in gleicher Weise. Sobald der eine Strom stärker wird als der andere,
herrscht das Abtriebsmoment der von dem stärkeren Strom beaufschlagten Kupplung
über das Drehmoment der anderen Kupplung vor, und die Abtriebswelle dreht sich in
der durch die erstgenannte Kupplung bestimmten Richtung, welche ein Drehmoment ausübt,
welches gleich ist der Differenz zwischen den Abtriebsdrehmomenten der beiden Kupplungen.
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Diese Erfindung ist besonders wertvoll bei sogenannten Differentialküpplungsanordnungen,
da das konstante Schleifen beider Kupplungen sich in einer raschen Abnutzung der
Reibbeläge auswirkt, welche bei Kupplungen gemäß der Erfindung jedesmal, wenn die
Magneten entregt werden, ausgeglichen wird, wodurch die gewünschten Arbeitscharakteristiken
aufrechterhalten werden.
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Die obenerwähnten Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung
in weitem Umfange variiert werden: So kann z. B. der Anker auf ein Antriebsglied
wirken (anstatt auf ein Abtriebsglied, wie oben beschrieben) oder mittels einer
einfachen Verbindung auf diese beiden Glieder.
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Der Elektromagnet kann eine Ringspule aufweisen, und der Magnetanker
kann die Form eines Kolbens haben. Die Torsionsfeder kann eine flache Spiralfeder
von dem sogenannten Glockentyp sein, die in diesem Falle innerhalb eines flachen
tablettartigen Teils der Nachstellmutter untergebracht sein kann, wobei das äußere
Ende der Feder am Rand des Tabletts befestigt ist und das innere Ende an dem zugehörigen
S chraubbolzen.
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Die durch die beliebig geformte Feder ausgeübte Torsionskraft kann
dadurch verstellbar sein, daß das an der Nachstellmutter befestigte Ende der Feder
relativ zu dem mit dem anderen Federende verbundenen Teil (Schraubbolzen) gedreht
wird.