DE102009016716A1

DE102009016716A1 - Magnetkupplung

Info

Publication number: DE102009016716A1
Application number: DE102009016716A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Schmitt; Thomas Pütz
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-10-21
Also published as: WO2010115517A2; WO2010115517A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung 2, aufweisend: ein Gehäuse 4 zur Aufnahme eines Rotors 8 und eines Spulenkörpers 6, einen Rotor 8 mit einem Flanschabschnitt 12, der einen ersten als Außenring 24 ausgebildeten Abschnitt umfasst, der über zumindest einen Stegabschnitt 26, der einen zweiten Abschnitt des Flanschabschnitts 12 bildet, an einen dritten Abschnitt 22 des Flanschabschnitts 12 angebunden ist, zumindest eine Kupplungsscheibe 14, die mit dem Flanschabschnitt 12 des Rotors 8 zur Übertragung einer Drehbewegung zusammenwirkt, und einen Spulenkörper 6 zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches einen Kraftschluss zwischen dem Flanschabschnitt 12 und der Kupplungsscheibe 14 zur Übertragung der Drehbewegung bewirkt. Der Stegabschnitt 26 erstreckt sich dabei zumindest in einer Richtung und verjüngt sich dabei bis zu einer Anbindungsfläche A. Die Erfindung betrifft ferner ein Presswerkzeug 40 und ein Verfahren zur Herstellung eines zu sinternden Presslings 8 aus einem pulverförmigen Stoff, und zwar in der Gestalt eines derartigen Rotors.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung zur Übertragung und Unterbrechung einer Drehbewegung. Ferner betrifft die Erfindung ein Presswerkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines zu sinternden Presslings aus einem pulverförmigen Stoff, wobei der gesinterte Pressling als ein Rotor für eine derartige Magnetkupplung Verwendung findet.
Magnetkupplungen gehören der Gruppe schaltbarer Kupplungen an, die kraftschlüssig bzw. reibschlüssig und fremdgeschaltet funktionieren. Sie finden in verschiedensten Bereichen der Technik Anwendung, um eine Drehbewegung und ein mit der Drehbewegung einhergehendes Drehmoment von einem angetriebenen Bauteil auf ein anzutreibendes Bauteil zu übertragen.
Eine Magnetkupplung dieser gattungsgemäßen Art umfasst vorzugsweise einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Rotor, der durch ein Gehäuse aufgenommen ist und mit zumindest einer Kupplungsscheibe zusammenwirkt. Das Gehäuse nimmt ferner einen Elektromagneten in der Gestalt eines Spulenkörpers zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, welches den Rotor, die Kupplungsscheibe und das Gehäuse bei einer Bestromung des Elektromagneten durchsetzt. Dabei wird die Kupplungsscheibe gegen einen Flanschabschnitt des Rotors gedrückt, um mit dem Flanschabschnitt zur Übertragung einer Drehbewegung zusammen zu wirken. Der Elektromagnet ist dabei vorzugsweise zwischen dem Gehäuse und dem Rotor angeordnet.
Es ist bekannt, dass ein Rotor einer solchen Magnetkupplung magnetische Verluste erzeugt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die magnetischen Verluste in einer derartigen Magnetkupplung zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit einer Magnetkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind Gegenstand von bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung. In der nachfolgenden Beschreibung werden ferner weitere vorteilhafte Merkmale angegeben, die Gegenstand weiterer Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung sein können. Diese weiteren Merkmale können dabei untereinander und mit den Merkmalen der Anspruchsfassung kombiniert werden.
Es wird eine Magnetkupplung vorgeschlagen umfassend: ein Gehäuse zur Aufnahme eines Rotors und eines Spulenkörpers, einen Rotor, einen Spulenkörper und zumindest eine Kupplungsscheibe. Der Spulenkörper kann dabei vorzugsweise zwischen dem Gehäuse und dem Rotor angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Spulenkörper auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Funktionsweise der Magnetkupplung bleibt davon unberührt. Der Rotor weist einen Flanschabschnitt auf, der einen ersten als Außenring ausgebildeten Abschnitt umfasst, der über zumindest einen Stegabschnitt, der einen zweiten Abschnitt des Flanschabschnitts bildet, an einen dritten Abschnitt des Flanschabschnitts angebunden ist. Die Kupplungsscheibe wirkt zur Übertragung einer Drehbewegung und eines mit der Drehbewegung einhergehenden Drehmoments mit dem Flanschabschnitt des Rotors zusammen. Der als ein Elektromagnet fungierende Spulenkörper erzeugt bei seiner Bestromung ein Magnetfeld, welches einen Kraftschluss bzw. Reibschluss zwischen dem Flanschabschnitt und der Kupplungsscheibe zur Übertragung der Drehbewegung bewirkt. Das Magnetfeld erfasst dabei die Kupplungsscheibe, die infolge dessen gegen den Flanschabschnitt gedrückt wird. Zur Reduktion der sich in dem Stegabschnitt infolge einer Bestromung des Spulenkörpers einstellenden magnetischen Verluste erstreckt sich der Stegabschnitt zumindest in einer Richtung und verjüngt sich dabei bis zu einer Anbindungsfläche.
Vorteilhaft an dieser vorgeschlagenen Ausgestaltung des Rotors ist, dass ein Teil eines Magnetflusses minimiert wird, der über den mindestens einen Stegabschnitt fließt und nicht zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen dem Flanschabschnitt des Rotors und der Kupplungsscheibe genutzt werden kann, sondern vielmehr einen magnetischen Verlust darstellt, der nicht zur Kraftschlussbildung zwischen dem Flanschabschnitt und der Kupplungsscheibe beiträgt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich der mindestens eine Stegabschnitt zumindest in radialer Richtung des Flanschabschnitts und verjüngt sich dabei bis zu der Anbindungsfläche. Zusätzlich oder alternativ dazu kann sich der Stegabschnitt auch in Längsrichtung des Flanschabschnitts erstrecken und/oder in Längsrichtung des Flanschabschnitts bis zu der Anbindungsfläche verjüngen, so dass der Stegabschnitt sowohl eine radiale Komponente als auch eine Längskomponente in Bezug auf seine Erstreckung und/oder Verjüngung aufweisen kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verjüngt sich der Stegabschnitt von dem Außenring zu dem dritten Abschnitt des Flanschabschnitts bzw. in Richtung des dritten Abschnitts des Flanschabschnitts bis zu der Anbindungsfläche. Zusätzlich oder alternativ dazu kann sich der Stegabschnitt auch von dem dritten Abschnitt des Flanschabschnitts zu dem Außenring bzw. in Richtung des Außenrings bis zu der Anbindungsfläche verjüngen. Dabei kann die Verjüngung des Stegabschnitts in der Gestalt einer konischen, konvexen und/oder konkaven Verjüngung ausgebildet sein.
Die Anbindungsfläche erstreckt sich dabei zumindest über einen Bereich der Flanschdicke. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Anbindungsfläche über die gesamte Flanschdicke. Diese Variationsmöglichkeit ermöglicht eine weitere Reduktion von magnetischen Verlusten.
Vorzugsweise sind zwischen dem Außenring und dem dritten Abschnitt des Stegabschnitts zumindest ein erster Stegabschnitt und ein zweiter Stegabschnitt vorgesehen, die den zweiten Abschnitt des Flanschabschnitts bilden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwischen dem Außenring und dem dritten Abschnitt des Stegabschnitts eine Vielzahl von Stegabschnitten, vorzugsweise insgesamt acht Stegabschnitte vorgesehen, die in Umfangsrichtung des Flanschabschnitts vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Auch diese Variationsmöglichkeit ermöglicht eine weitere Reduktion von magnetischen Verlusten.
Alternativ dazu kann nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung auch nur ein einziger Stegabschnitt vorgesehen sein, der sich vorzugsweise über den gesamten Umfang des Flanschabschnitts erstreckt. Auch dabei kann sich der eine Stegabschnitt von dem Außenring zu dem dritten Abschnitt des Flanschabschnitts bzw. in Richtung des dritten Abschnitts des Flanschabschnitts bis zu der Anbindungsfläche und/oder von dem dritten Abschnitt des Flanschabschnitts zu dem Außenring bzw. in Richtung des Außenrings erstrecken und dabei bis zu der Anbindungsfläche verjüngen.
Zur weiteren Reduktion der magnetischen Verluste wird vorgeschlagen, dass sich die Anbindungsfläche nicht über die gesamte Flanschdicke des Flanschabschnitts, sondern vielmehr nur über einen Bereich der Flanschdicke erstreckt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Anbindungsfläche angrenzend zu einer ersten Stirnseite des Flanschabschnitts ausgebildet, die mit der Kupplungsscheibe zusammenwirkt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Anbindungsfläche angrenzend zu einer zweiten Stirnseite des Flanschabschnitts ausgebildet sein, die dabei vorzugsweise planparallel zu der ersten Stirnseite ausgebildet sein kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Anbindungsfläche nach einer alternativen Ausgestaltung auch in einem Bereich des Flanschabschnitts zwischen der ersten und der zweiten Stirnseite ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der Rotor als ein einteiliges Bauteil ausgebildet. Alternativ dazu kann der Rotor auch aus zumindest zwei Teilen zusammengefügt sein.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Rotor im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet, der einen Flanschabschnitt nach der zuvor beschriebenen Art aufweist. Der Rotor weist dabei ein Durchgangsloch auf, welches sich durch den Flanschabschnitt und einen sich daran anschließenden Abschnitt erstreckt. Die hohlförmige Ausbildung des Rotors trägt dabei vorteilhafterweise zu einer Material- und Gewichtseinsparung bei.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Rotor als ein Sinterbauteil bzw. sintertechnisch hergestelltes Bauteil und dabei vorzugsweise als ein einteiliges Sinterbauteil ausgebildet. Dabei wird ein pulverförmiger Stoff zu einem zu sinternden Pressling, auch Grünling genannt, verpresst. Beim Sintern erlangt der Pressling seine endgültige Festigkeit, indem der verpresste pulverförmige Stoff beim Durchlaufen eines Sinterofens durch Diffusions- und Rekristallisationsvorgänge ein zusammenhängendes Kristallgefüge bildet.
Es wird ferner eine Verwendung einer Magnetkupplung nach der zuvor beschriebenen Art in einem Geldautomaten vorgeschlagen.
Ferner wird eine Verwendung einer Magnetkupplung nach der zuvor beschriebenen Art in einem Fahrzeug beispielsweise in Verbindung mit einem Kompressor, einer Pumpe und/oder einem Anlasser vorgeschlagen. Bei dem Fahrzeug kann es sich dabei um ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder eine Kombination davon handeln.
Der Flanschabschnitt des Rotors wird dabei ferner vorzugsweise als eine Überlastsicherung für eine Drehmomentbegrenzung verwendet, wobei die Anbindungsfläche des jeweiligen Stegabschnitts als eine Sollbruchstelle fungiert, an welcher der Stegabschnitt bei einer definierten Überlast bricht.
Es wird ferner ein Presswerkzeug zur Herstellung eines zu sinternden Presslings aus einem pulverförmigen Stoff vorgeschlagen, wobei der gesinterte Pressling als ein Rotor für eine Magnetkupplung der zuvor beschriebenen Art Verwendung findet. Das Presswerkzeug weist dabei auf: eine Form zur Aufnahme des pulverförmigen Stoffes, wobei die Form zumindest einen Unterstempel und zumindest eine Matrize umfasst, und zumindest einen Oberstempel zum Verpressen des pulverförmigen Stoffes zu dem Pressling, wobei der Oberstempel mit der Form zusammenwirkt.
Der Oberstempel und die Form weisen dabei eine formgebende Geometrie auf, welche zu der Geometrie eines Rotors nach der zuvor beschriebenen Art korrespondiert, so dass beim Zusammenwirken des Oberstempels mit der Form ein Pressling in der Gestalt eines derartigen Rotors ausbildbar ist.
Zusätzlich dazu kann die Form ferner zumindest einen Dorn zur Erzeugung eines Freiraumes in einem Flanschabschnitt des Presslings aufweisen, so dass beim Zusammenwirken des Oberstempels mit der Form ein Pressling in der Gestalt eines Rotors nach der zuvor beschriebenen Art ausbildbar ist.
Ferner kann die Form zusätzlich dazu zumindest einen zentralen Dorn aufweisen, um einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Pressling auszubilden, so dass beim Zusammenwirken des Oberstempels mit der Form ein Pressling in der Gestalt eines Rotors nach der zuvor beschriebenen Art ausbildbar ist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines zu sinternden Presslings aus einem pulverförmigen Stoff vorgeschlagen, bei dem der pulverförmige Stoff in eine Form eines Presswerkzeugs eingefüllt und mittels zumindest eines Oberstempels des Presswerkzeugs, der mit der Form zusammenwirkt, unter Aufbringung einer Kraft zu dem Pressling verpresst wird, wobei beim Verpressen ein Pressling in der Gestalt eines Rotors nach der zuvor beschriebenen Art ausgebildet wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird dabei ein Presswerkzeug nach der zuvor beschriebenen Art verwendet.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend erläutert. Die aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Beschreibungen hervorgehenden Merkmale beschränken sich dabei nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele. Auch sind diese Merkmale nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr dienen diese Merkmale zur Veranschaulichung einer beispielhaften Umsetzung der vorgeschlagenen Magnetkupplung und des vorgeschlagenen Presswerkzeugs. Darüber hinaus sind diese einzelnen Merkmale im Hinblick auf mögliche weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung untereinander wie auch mit den Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen kombinierbar, die im einzelnen nicht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer vorgeschlagenen Magnetkupplung,
2 zwei nach dem Stand der Technik bekannte Ausführungsbeispiele eines Rotors für eine derartige Magnetkupplung,
3 eine erste, zweite und dritte Ausführungsform eines vorgeschlagenen Rotors für eine derartige Magnetkupplung,
4 eine vierte, fünfte und sechste Ausführungsform eines vorgeschlagenen Rotors für eine derartige Magnetkupplung und
5 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Presswerkzeugs zur Herstellung der in der 3 dargestellten dritten Ausführungsform des Rotors.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich nachfolgend auf gleiche oder gleichartige Bauteile.
Die in der 1 dargestellte Magnetkupplung 2 umfasst ein Gehäuse 4, welches einen Rotor 8 und einen als Elektromagnet fungierenden Spulenkörper 6 aufnimmt. Der Spulenkörper 6 ist dabei vorzugsweise zwischen dem Gehäuse 4 und dem Rotor 8 angeordnet. Ferner ist der Spulenkörper 6 vorzugsweise gegenüber dem Rotor 8 feststehend und gegenüber dem Gehäuse 4 drehbar angeordnet, so dass eine entsprechende Passung zwischen dem Rotor 8 und dem Spulenkörper 6 vorgesehen ist. Alternativ dazu kann der Spulenkörper 6 auch feststehend gegenüber dem Gehäuse 4 und drehbar gegenüber dem Rotor 8 angeordnet sein. Die Magnetkupplung 2 umfasst ferner vorzugsweise eine Kupplungsscheibe 14, die zur Übertragung einer Drehbewegung und eines mit der Drehbewegung einhergehenden Drehmoments mit einer ersten Stirnseite 28 eines Flanschabschnitts 12 des Rotors 8 zusammenwirkt. Der Rotor 8 ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen als ein Hohlzylinder 10 mit einem Durchgangsloch 16 ausgebildet. Der Flanschabschnitt 12 umfasst einen Außenring 24, der einen ersten Abschnitt des Flanschabschnitts 12 bildet, und einen vorzugsweise innen liegend zu dem Außenring 24 angeordneten Innenring 22, der einen dritten Abschnitt des Flanschabschnitts 12 bildet. Der Außenring 24 ist dabei über zumindest einen Stegabschnitt 26, der einen zweiten Abschnitt des Flanschabschnitts 12 bildet, an den Innenring 22 angebunden. Der Spulenkörper 6 ist vorzugsweise an einer zugeordneten zweiten Stirnseite 30 des Flanschabschnitts 12 anliegend angeordnet. Alternativ dazu kann der Spulenkörper 6 auch beabstandet zu der zweiten Stirnseite 30 angeordnet sein.
Bei einer Bestromung des Spulenkörpers 6 erzeugt dieser ein Magnetfeld, welches den Rotor 8, die Kupplungsscheibe 14 und das Gehäuse 4 durchsetzt. Der magnetische Fluss 20 ist in diesem Zusammenhang aus der 1 schematisch ersichtlich. Der magnetische Fluss 20 überbrückt dabei einen Luftspalt 17 zwischen dem Gehäuse 4 und dem Flanschabschnitt 12 und einen Luftspalt 19c zwischen dem Gehäuse 4 und einem hohlzylinderförmigen Abschnitt 10 des Rotors 8. Ein Luftspalt 19a und ein Luftspalt 19b hingegen bleiben dabei unüberbrückt. Daher sind diese beiden Luftspalte 19a und 19b gegenüber den beiden Luftspalten 17 und 19c entsprechend größer dimensioniert.
Durch die Wirkung des Magnetfeldes wird die Kupplungsscheibe 14 gegen die zugeordnete erste Stirnseite 28 des Flanschabschnitts 12 gedrückt, wodurch ein Kraftschluss bzw. Reibschluss zwischen dem Rotor 8 und der Kupplungsscheibe 14 zustande kommt, um die Drehbewegung von dem Rotor 8 auf die Kupplungsscheibe 14 zu übertragen.
Die linke und die rechte Darstellung in der 2 veranschaulichen zwei nach dem Stand der Technik bekannte Ausführungsformen eines Rotors 8 für eine derartige Magnetkupplung, und zwar jeweils in einer geschnittenen Vorderansicht und in einer Draufsicht. Die geschnittenen Darstellungen bzw. Vorderansichten beziehen sich auf die jeweiligen in der Draufsicht abgebildeten Schnittlinien. Die beiden Rotoren 8 sind dabei jeweils im Wesentlichen hohlzylinderförmig mit einem Durchgangsloch 16 ausgebildet und umfassen je einen Abschnitt 10 und einen Flanschabschnitt 12. Der Flanschabschnitt 12 wiederum umfasst einen Außenring 24 und einen innen liegend zu dem Außenring 24 angeordneten Innenring 22, wobei der Außenring 24 über insgesamt 4 Stegabschnitte 26 an den Innenring 22 angebunden ist, wobei die Stegabschnitte über den Umfang des Flanschabschnitts 12 gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Der Außenring 24, der Innenring 22 und die vier Stegabschnitte 26 bilden dabei insgesamt vier Freiräume 18. Diese beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich lediglich dadurch voneinander, dass deren Stegquerschnitte unterschiedlich dimensioniert sind. Die rechte Darstellung in der 1 weist gegenüber der linken Darstellung einen geringeren Stegquerschnitt auf.
Die rechte Darstellung stellt dabei gegenüber der linken Darstellung eine Verbesserung hinsichtlich der sich in den einzelnen Stegabschnitten 26 einstellenden magnetischen Verluste dar, die bei einer Bestromung des Spulenkörpers 6 (1) entstehen, zumal sich die einzelnen Stegabschnitte 26 des Flanschabschnitts 12 nicht über die gesamte Flanschdicke H erstrecken, sondern nur über einen Bereich davon. Damit einhergehend wird eine Reduktion eines Teils eines Magnetflusses erreicht, der über die einzelnen Stegabschnitte 26 fließt und infolge dessen nicht zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen dem Flanschabschnitt 12 des Rotors 8 und der Kupplungsscheibe 14 genutzt werden kann, sondern vielmehr einen magnetischen Verlust darstellt. Dieser Verlust trägt nicht zur Kraftschlussbildung zwischen dem Flanschabschnitt 12 und der Kupplungsscheibe 14 bei (1).
Nachfolgend werden mittels der 3 und der 4 verschiedene Ausgestaltungen eines vorgeschlagenen Rotors 8 in der Gestalt eines im Wesentlichen Hohlzylinders eingehend beschrieben, der einen Abschnitt 10 und einen sich daran anschließenden Flanschabschnitt 12 aufweist. Durch diese beiden Abschnitte 10 und 12 des Rotors 8 erstreckt sich ein Durchgangsloch 16. Aufgrund der im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Ausgestaltung des Rotors 8 umfasst der Flanschabschnitt 12 einen als Innenring 22 ausgebildeten Abschnitt, der über zumindest einen Stegabschnitt 26 des Flanschabschnitts 12 an einen Außenring 24 des Flanschabschnitts 12 angebunden ist. Der Außenring 24 bildet einen ersten Abschnitt, der Stegabschnitt 26 einen zweiten Abschnitt und der Innenring 22 einen dritten Abschnitt des Flanschabschnitts 12. Der Innenring 22 ist dabei vorzugsweise innen liegend zu dem Außenring 24 angeordnet. Die verschiedenen veranschaulichten Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Anbindungsstege 26, auf die nachfolgend eingegangen wird, begründen dabei eine Verbesserung gegenüber dem zuvor beschriebenen Stand der Technik (2), wobei die Verbesserung in einer Reduktion von magnetischen Ver lusten begründet liegt, die sich bei einer Bestromung des Spulenkörpers 6 in den einzelnen Stegabschnitten 26 einstellen.
Die 3 veranschaulicht drei Ausgestaltungen eines Rotors 8, bei dem der Außenring 24 über vorzugsweise acht Stegabschnitte 26 an den Innenring 22 angebunden ist. Die einzelnen Stegabschnitte 26 sind dabei in Umfangsrichtung des Flanschabschnittes 12 vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet. Allen diesen Ausgestaltungen ist gemein, dass sich der jeweilige Stegabschnitt 26 vorzugsweise in radialer Richtung des Flanschabschnitts 12 erstreckt und dabei bis zu einer Anbindungsfläche A verjüngt. Ergänzend sei an dieser Stelle bemerkt, dass sich der Stegabschnitt 26 nach einer alternativen Ausgestaltung zusätzlich oder alternativ dazu auch in Längsrichtung des Flanschabschnitts 12 erstrecken und dabei verjüngen kann.
Die linke Darstellung der 3 veranschaulicht dabei eine Ausgestaltung, bei der sich der Stegabschnitt 26 von dem Innenring 22 zu dem Außenring 24 bis zu der Anbindungsfläche A verjüngt (3a). Unterhalb der 3a ist eine Vergrößerung X eines der Stegabschnitte 26 der 3a dargestellt. X^| symbolisiert dabei eine Erstreckung der Anbindungsfläche A in Umfangsrichtung des Flanschabschnitts 12. Bei der mittleren Darstellung in der 3 hingegen verjüngt sich der Stegabschnitt 26 von dem Außenring 24 zu dem Innenring 22 bis zu der Anbindungsfläche A (3b). Die mittlere Darstellung stellt sozusagen eine Umkehrung zu der Stegabschnittsausbildung dar, welche der linken Darstellung zugrunde liegt. In der rechten Darstellung verjüngt sich der Stegabschnitt 26 sowohl von dem Innenring 22 zu dem Außenring 24 bis zu der Anbindungsfläche A als auch von dem Außenring 24 zu dem Innenring 22 bis zu der Anbindungsfläche A (3c). Die rechte Darstellung stellt sozusagen eine Kombination aus der linken Darstellung und der mittleren Darstellung dar. Die beiden aufeinander zulaufenden und sich verjüngenden Abschnitte des Stegabschnitts 26 sind dabei vorzugsweise im Wesentlichen gleich dimensioniert, so dass die Anbindungsfläche A vorzugsweise im Wesentlichen mittig zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 24 angeordnet ist. Nach den Darstellungen der 3 verjüngen sich die jeweiligen Stegabschnitte 26 vorzugsweise konisch. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch eine konvexe und/oder konkave Verjüngung der jeweiligen Stegabschnitte 26 vorgesehen sein.
Ferner erstreckt sich die Anbindungsfläche A nach allen Darstellungen der 3 vorzugsweise über die gesamte Flanschdicke H. Dies geht anschaulich aus den einzelnen geschnittenen Vorderansichten hervor, die Querschnittsdarstellungen entlang der jeweiligen in der Draufsicht dargestellten Schnittlinien beschreiben. Nach einer alternativen Ausgestaltung kann sich die Anbindungsfläche A auch nur über einen Bereich der Flanschdicke H erstrecken. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise eine weitere Reduktion der eingangs genannten magnetischen Verluste erreichen.
Die 4 hingegen veranschaulicht drei weitere, vorzugsweise rotationssymmetrische Ausgestaltungen eines Rotors 8, bei dem der Außenring 24 über lediglich einen Stegabschnitt 26 an den Innenring 22 angebunden ist, wobei sich der Stegabschnitt 26 vorzugsweise analog zu den Darstellungen in der 3 in radialer Richtung des Flanschabschnitts 12 erstreckt und verjüngt. Auch sei an dieser Stelle ergänzend bemerkt, dass sich der Stegabschnitt 26 nach einer alternativen Ausgestaltung zusätzlich oder alternativ dazu auch in Längsrichtung des Flanschabschnitts 12 erstrecken und verjüngen kann. Der Stegabschnitt 26 erstreckt sich dabei vorzugsweise über den gesamten Umfang des Flanschabschnitts 12. Alternativ dazu kann sich der Stegabschnitt 26 auch nur über einen Bereich des Umfangs erstrecken. Allen in der 4 dargestellten Ausgestaltungen ist gemein, dass sich der Stegabschnitt 26 dabei vorzugsweise lediglich über einen Bereich der. Flanschdicke H erstreckt. Dabei verjüngt sich der Stegabschnitt 26 von dem Innenring 22 zu dem Außenring 24 bis zu der Anbindungsfläche A und/oder von dem Außenring 24 zu dem Innenring 22 bis zu der Anbindungsfläche A (4a, 4b, 4c). Auch nach den Darstellungen der 4 verjüngen sich die jeweiligen Stegabschnitte 26 vorzugsweise konisch. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch eine konvexe und/oder konkave Verjüngung der jeweiligen Stegabschnitte 26 vorgesehen sein.
Alternativ dazu kann nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass sich der Stegabschnitt 26 in Umfangsrichtung des Flanschabschnitts 12 auch zumindest abschnittsweise über die gesamte Flanschdicke H erstreckt.
In der linken Darstellung der 4 ist die Anbindungsfläche A angrenzend zu einer ersten Stirnseite 28 des Flanschabschnitts 12 ausgebildet, die mit der Kupplungsscheibe 14 zusammenwirkt (4a). Der Innenring 22 und der Außenring 24 bilden dabei eine vorzugsweise umlaufende Nut 32, die sich von einer zweiten Stirnseite 30 bis zu der Anbindungsfläche A erstreckt. Die Nut 32 ist somit der zweiten Stirnseite 30 zugewandt, die vorzugsweise planparallel zu der ersten Stirnseiten 28 ausgebildet ist. Oberhalb der 4a ist eine Vergrößerung X des Stegabschnitts 26 der 4a dargestellt. X^| symbolisiert dabei neben einer axialen Erstreckung der Anbindungsfläche A auch den Abstand der Nut 32 zu der ersten Stirnseite 28.
In der rechten Darstellung hingegen ist die Anbindungsfläche A angrenzend zu der zweiten Stirnseite 30 des Flanschabschnitts 12 ausgebildet, die der ersten Stirnseite 28 abgewandt und vorzugsweise planparallel zu der ersten Stirnseite 28 ausgebildet ist (4c). Dabei bilden der Innenring 22 und der Außenring 24 eine vorzugsweise umlaufende Nut 32, die sich von einer ersten Stirnseite 28 bis zu der Anbindungsfläche A erstreckt. X^| symbolisiert dabei neben einer axialen Erstreckung der Anbindungsfläche A auch den Abstand der Nut 32 zu der zweiten Stirnseite 30. Die Nut 32 ist somit der ersten Stirnseite 28 zugewandt. Die 4c veranschaulicht sozusagen eine Umkehrung der Ausgestaltung des Flanschabschnitts 12, die der 4a zugrunde liegt.
Im Unterschied zu der linken und der rechten Darstellung ist in der mittleren Darstellung die Anbindungsfläche A in einem Bereich des Flanschabschnitts 12 zwischen der ersten und der zweiten Stirnseite 28, 30 ausgebildet, wobei die Anbindungsfläche A vorzugsweise im Wesentlichen mittig zu der ersten Stirnseite 28 und der zweiten Stirnseite 30 angeordnet ist (4b). Dabei bilden der Innenring 22 und der Außenring 24 zwei vorzugsweise umlaufende Nuten 34 und 36, wobei sich die Nut 34 von der zweiten Stirnseite 30 bis zu der Anbindungsfläche A erstreckt, wohingegen sich die Nut 36 von der ersten Stirnseite 28 bis zu der Anbindungsfläche A erstreckt. Die Nut 34 ist somit der zweiten Stirnseite 30 zugewandt, wohingegen die Nut 36 der ersten Stirnseite 28 zugewandt ist. X^| symbolisiert dabei lediglich eine axiale Erstreckung der Anbindungsfläche A. Nach den Darstellungen der 4 sind die beiden Stirnseiten 28 und 30 des Flanschabschnitts 12 vorzugsweise planparallel zueinander ausgebildet.
Allen vorgeschlagenen Ausgestaltungen (3, 4) ist gemein, dass es sich beim dem Rotor 8 vorzugsweise um ein einteilig ausgestaltetes Bauteil handelt, welches vorzugsweise als ein Sinterbauteil ausgebildet ist. Alternativ dazu kann es sich beim Rotor 8 auch um ein zumindest aus zwei Teilen zusammengefügtes Bauteil handeln, wobei die beiden Teile vorzugsweise als Sinterbauteile ausgebildet sein können. Die Ausbildung als Sinterbauteil begründet eine weitere wesentliche Verbesserung gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik (vgl. 2), die darin begründet liegt, dass eine zerteilende, spanende bzw. spanabhebende und/oder umformende Bearbeitung des jeweiligen Rotors 2 zur Erzeugung einer der zuvor beschriebenen Geometrien des Flanschabschnitts 12 entfällt.
Es wird eine Verwendung einer Magnetkupplung mit einem der zuvor beschriebenen Rotoren (3, 4) in einem Geldautomaten vorgeschlagen. Ferner wird eine Verwendung einer derartigen Magnetkupplung in einem Fahrzeug in Verbindung mit einem Kompressor, einer Pumpe und/oder einem Anlasser vorgeschlagen. Dabei fungiert der Flanschabschnitt 12 mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung der einzelnen Stegabschnitte 26 (3) bzw. des Stegabschnitts 26 (4) vorzugsweise auch als eine Überlastsicherung für eine Drehmomentbegrenzung, wobei die Anbindungsfläche A des jeweiligen Stegabschnitts 26 eine Sollbruchstelle beschreibt, die infolge einer definierten Überlast bricht.
Das in der 5 schematisch dargestellte Presswerkzeug 40 dient der Herstellung eines zu sinternden Presslings 8 aus einem pulverförmigen Stoff, wobei der Pressling 8 als ein Rotor für die zuvor vorgeschlagene Magnetkupplung Verwendung findet. Das Presswerkzeug 40 umfasst eine Form 44, 46, 48, 50, 52, 54 zur Aufnahme des pulverförmigen Stoffes und einen vorzugsweise einteilig ausgebildeten Oberstempel 42, der mit der Form 44, 46, 48, 50, 52, 54 zusammenwirkt. Die Form umfasst dabei vorzugsweise: eine Matrize 44, einen ersten Unterstempel 46, insgesamt acht vorzugsweise in einem Kreis angeordnete Dorne 48, einen zweiten Unterstempel 50, einen dritten Unterstempel 52 und einen zentralen Dorn 54. Die Dome 48 und 54 greifen dabei während eines Pressvorgangs in den Oberstempel 42 ein, um die in der rechten Darstellung der 3 dargestellten Freiräume 18 und das Durchgangsloch 16 zu erzeugen bzw. auszubilden (vgl. 3c). Der Oberstempel 42 und die Form 44, 46, 48, 50, 52, 54 weisen demnach beim Zusammenwirken eine formgebende Geometrie auf, welche zu der Geometrie des Rotors 8 nach der beschriebenen 3c korrespondiert, so dass beim Zusammenwirken des Oberstempels 42 mit der Form 44, 46, 48, 50, 52, 54 ein Pressling 8 in der Gestalt eines derartigen Rotors 8 ausbildbar ist. Die einzelnen Bestandteile 44, 46, 48, 50, 52, 54 der Form können dabei auch mehrteilig ausgestaltet sein. Die in dem Kreis angeordneten Dome 48 können aber auch eine Krone eines einteiligen Dorns bilden. Mittels des Presswerkzeugs 40 ist demnach aus dem pulverförmigen Stoff ein Pressling 8 ausbildbar, dessen Geometrie in einer beispielhaften Veranschaulichung zu der rechten Darstellung der 3 korrespondiert.
Aus der rechten Schnittdarstellung der 5, die einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A beschreibt, ist ersichtlich, dass die Anordnung des ersten Unterstempels 46, der acht Dome 48 und des zweiten Unterstempels 50 die Geometrie des Flanschabschnitts 12 der rechten Darstellung der 3 widerspiegelt.
Bei einem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines derartigen Presslings 8, wobei zur Durchführung des Verfahrens das Presswerkzeug 40 verwendet wird, wird ein pulverförmiger Stoff in die Form 44, 46, 48, 50, 52, 54 eingefüllt und mittels des Oberstempels 42, der mit der Form 44, 46, 48, 50, 52, 54 zusammenwirkt, unter Aufbringung einer Kraft zu dem Pressling 8 verpresst. Beim Verpressen entsteht dabei ein Pressling 8 in der Gestalt eines im Wesentlichen Hohlzylinders nach der rechten Darstellung der 3 (3c).
Der Pressling 8 erlangt daraufhin während eines Sintervorgangs seine endgültige Festigkeit, indem der verpresste pulverförmige Stoff beim Durchlaufen eines Sinterofens durch Diffusions- und Rekristallisationsvorgänge ein zusammenhängendes Kristallgefüge bildet.
Nach einem weiteren, alternativen Verfahren kann eine entsprechend ausgestaltete Geometrie eines derartigen Rotors auch mittels einer zerteilenden, spanenden bzw. spanabhebenden und/oder umformenden Bearbeitung eines Rohlings hergestellt werden. Ferner kann auch nach einem weiteren, alternativen Verfahren die zuvor beschriebene sintertechnische Herstellung in einem Nachgang durch eine zerteilende, spanende bzw. spanabhebende und/oder umformende Bearbeitung des gesinterten Presslings ergänzt werden. Beispielsweise sei an dieser Stelle eine nachträgliche Bearbeitung des gesinterten Presslings durch einen Prägevorgang, einen Stanzvorgang und/oder einen Bohrvorgang genannt.

Claims

Magnetkupplung mit einem Gehäuse (4) zur Aufnahme eines Rotors (8) und eines Spulenkörpers (6), einem Rotor (8), der einen Flanschabschnitt (12) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (12) einen ersten als Außenring (24) ausgebildeten Abschnitt umfasst, der über zumindest einen Stegabschnitt (26), der einen zweiten Abschnitt des Flanschabschnitts (12) bildet, an einen dritten Abschnitt (22) des Flanschabschnitts (12) angebunden ist, zumindest einer Kupplungsscheibe (14), die mit dem Flanschabschnitt (12) des Rotors (8) zur Übertragung einer Drehbewegung zusammenwirkt, und einem Spulenkörper (6) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches einen Kraftschluss zwischen dem Flanschabschnitt (12) und der Kupplungsscheibe (14) zur Übertragung der Drehbewegung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stegabschnitt (26) zur Reduktion von sich in dem Stegabschnitt (26) einstellenden magnetischen Verlusten infolge einer Bestromung des Spulenkörpers (6) zumindest in einer Richtung erstreckt und bis zu einer Anbindungsfläche (A) verjüngt.
Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stegabschnitt (26) in radialer Richtung des Flanschabschnitts (12) erstreckt und bis zu der Anbindungsfläche (A) verjüngt.
Magnetkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stegabschnitt (26) in Längsrichtung des Flanschabschnitts (12) erstreckt und bis zu der Anbindungsfläche (A) verjüngt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stegabschnitt (26) von dem Außenring (24) zu dem dritten Abschnitt (22) des Flanschabschnitts (12) bis zu der Anbindungsfläche (A) verjüngt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stegabschnitt (26) von dem dritten Abschnitt (22) des Flanschabschnitts (12) zu dem Außenring (24) bis zu der Anbindungsfläche (A) verjüngt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stegabschnitt (10) eine konische, konvexe und/oder konkave Verjüngung aufweist.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anbindungsfläche (A) zumindest über einen Bereich der Flanschdicke (H) erstreckt.
Magnetkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anbindungsfläche (A) über die gesamte Flanschdicke (H) erstreckt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Stegabschnitt (26) und ein zweiter Stegabschnitt (26) vorgesehen sind, die den zweiten Abschnitt des Flanschabschnitts (12) bilden.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der eine Stegabschnitt (26) über den gesamten Umfang des Flanschabschnitts (12) erstreckt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsfläche (A) angrenzend zu einer ersten Stirnseite (28) des Flanschabschnitts (12) ausgebildet ist, die mit der Kupplungsscheibe (14) zusammenwirkt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsfläche (A) angrenzend zu einer zweiten Stirnseite (30) des Flanschabschnitts (12) ausgebildet ist, die vorzugsweise planparallel zu der ersten Stirnseite (28) ausgebildet ist.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsfläche (A) in einem Bereich des Flanschabschnitts (12) zwischen der ersten und der zweiten Stirnseite (28, 30) ausgebildet ist.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) als ein einteiliges Bauteil ausgebildet ist.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) aus zumindest zwei Teilen zusammengefügt ist.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei der Rotor (8) ein Durchgangsloch (16) aufweist, welches sich durch den Flanschabschnitt (12) und einen sich daran anschließenden Abschnitt (10) erstreckt.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) als ein sintertechnisch hergestelltes Bauteil ausgebildet ist.
Verwendung einer Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in einem Geldautomaten.
Verwendung einer Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit einem Kompressor, einer Pumpe und/oder einem Anlasser.
Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (12) des Rotors (8) ferner als eine Überlastsicherung für eine Drehmomentbegrenzung verwendet wird, wobei die Anbindungsfläche (A) des je weiligen Stegabschnitts (26) als eine Sollbruchstelle fungiert, die bei einer Überlast bricht.
Presswerkzeug (40) zur Herstellung eines zu sinternden Presslings (8) aus einem pulverförmigen Stoff, aufweisend: eine Form (44, 46, 50, 52) zur Aufnahme des pulverförmigen Stoffes, wobei die Form zumindest einen Unterstempel (46, 50, 52) und zumindest eine Matrize (44) umfasst, und zumindest einen Oberstempel (42) zum Verpressen des pulverförmigen Stoffes zu dem Pressling (8), wobei der Oberstempel (42) mit der Form (44, 46, 50, 52) zusammenwirkt, wobei der Oberstempel (42) und die Form (44, 46, 50, 52) eine formgebende Geometrie aufweisen, welche zu der Geometrie eines Rotors (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 korrespondiert, so dass beim Zusammenwirken des Oberstempels (42) mit der Form (44, 46, 50, 52) ein Pressling (8) in der Gestalt eines derartigen Rotors (8) ausbildbar ist.
Presswerkzeug (40) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (44, 46, 50, 52) ferner zumindest einen Dorn (48) zur Erzeugung eines Freiraumes in einem Flanschabschnitt (12) des Presslings (8) aufweist.
Presswerkzeug (40) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (44, 46, 48, 50, 52) ferner zumindest einen zentralen Dorn (54) aufweist, um einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Pressling (8) mit einem Durchgangsloch (16) auszubilden, so dass beim Zusammenwirken des Oberstempels (42) mit der Form (44, 46, 48, 50, 52, 54) ein Pressling (8) in der Gestalt eines Rotors (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausbildbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines zu sinternden Presslings (8) aus einem pulverförmigen Stoff, bei dem der pulverförmige Stoff in eine Form (46, 48, 50, 52, 54) eines Presswerkzeugs (40) eingefüllt und mittels zumindest eines Oberstempels (42) des Presswerkzeugs (40), der mit der Form (46, 48, 50, 52, 54) zusammenwirkt, unter Aufbringung einer Kraft zu dem Pressling (8) verpresst wird, wobei beim Verpressen ein Pressling (8) in der Gestalt eines Rotors (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet wird, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 23 verwendet wird.