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Schaltbare Reibungskupplung oder/und -bremse Schaltbare Kupplungen
oder/und Bremsen sind bekannt, bei denen ein eingeschalteter Elektromagnet in eingerücktem
Zustand die Kupplungs- oder Bremshälften reibschlüssig miteinander verbindet. Die
Verwendung von Elektromagneten für diesen Zweck hat einerseits den Vorteil, daß
dadurch das Schalten der Kupplung oder Bremse wesentlich vereinfacht wird. Diesem
steht jedoch der Nachteil entgegen, daß immer eine Stromquelle notwendig ist und
daß bei einer unerwarteten Unterbrechung des Stroms im Elektromagneten sich die
Kupplung bzw. die Bremse löst.
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Die bekannten mechanischen Kupplungen und Bremsen haben wiederum den
Nachteil, daß zum Schalten eine verhältnismäßig große Kraft oder ein verhältnismäßig
großer Weg benötigt wird. Aus diesem Grunde sind auch bereits Bremsen bekannt, bei
denen die Bremswirkung mittels Federn erzeugt wird und bei denen zum Lüften der
Bremse ein Elektromagnet vorgesehen ist. Dies hat aber den Nachteil, daß beim Lüften
der Bremse der Elektromagnet über einen Luftspalt gegen die Federkraft wirken muß.
Dadurch werden ein verhältnismäßig viel Raum einnehmender und ein verhältnismäßig
großes Gewicht aufweisender starker Elektromagnet und damit auch eine verhältnismäßig
große Stromquelle benötigt.
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Bei einer weiteren bekannten schaltbaren Kupplung oder/und Bremse
wird ein radial magnetisierter Dauermagnet verwendet, der in eingerücktem Zustand
die Kupplungs- oder Bremshälften reibschlüssig miteinander verbindet und dessen
magnetischer Kraftfluß durch mindestens einen senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien
verschiebbaren Schaltteil dadurch steuerbar ist, daß der Dauermagnet selbst als
verschiebbarer Schaltteil ausgebildet ist und durch magnetisierbare Teile der Kupplungs-
oder Bremshälfte geleitet wird, die sich in eingerücktein Zustand mit ihren gegenüberliegenden
Stirnflächen berühren. Bei dieser bekannten Kupplung oder/und Bremse wird die Reibungskraft
zwischen den Kupplung- oder Bremshälften durch die den magnetischen Kraftfluß leitenden
Teile der Hälften verursacht. Da für diese leitenden Teile praktisch nur Weicheisen
in Frage kommt, das mit seinem geringen magnetischen Widerstand einzig dasteht,
wird bei dieser bekannten Kupplung oder/und Bremse zum Erzeugen einer praktisch
brauchbaren Reibungskraft eine große Andrückkraft zwischen den beiden Hälften benötigt,
da der Reibwert von Eisen nur etwa 0,10 bis 0,15 beträgt. Um eine
solche große Andrückkraft zu verursachen, benötigt man einen großen Dauermagneten
mit großer Remanenz, durch den die Vorrichtung verteuert wird und verhältnismäßig
große Abmessungen erhält. Auch haben Dauermagnete mit großer Remanenz eine geringe
Koerzitivkraft, so daß sich ihre Remanenz mit der Zeit verringert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuletzt genannte schaltbare
Kupplung oder/und Bremse mit wenigstens einem Dauermagneten zum reibschlüssigen
Verbinden der beiden Kupplungs- oder Bremshälften zu verbessern.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die folgenden, an sich
bekannten Merkmale gelöst: a) daß die Leitungsteile radial innerhalb der eigentlichen
Reibflächen angeordnet sind und b) daß die Stirnflächen dieser Leitungsteile
kleiner sind als die Querschnittsflächen der unmittelbar an dem Dauermagneten anliegenden
Leitungsteile.
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Durch die Kombination der beiden Merkmale a) und b) werden
besonders kleine Querschnitte der Stirnflächen der Leitungsteile erreicht, so daß
an den übergangsstellen von einer Kupplungs- oder/und Bremshälfte auf die andere
eine verhältnismäßig große Kraftliniendichte und damit eine hohe Induktion erreicht
wird, die auch bei verhältnismäßig kleiner Remanenz des Dauennagneten eine maximale
Anziehungskraft zur Folge hat, da die Anziehungskraft dem Quadrat der Induktion
proportional ist und mit der Querschnittsfläche des Leiters für den Kraftfluß nur
linear abnimmt. Durch die Verkleinerung der Stirnflächen der Leitungsteile gemäß
der Erfindung wird dadurch eine lineare Vergrößerung der Anziehungskraft erreicht.
Die Erfindung ermöglicht es somit, Dauermagnete mit verhältnismäßig kleiner Remanenz
zu wählen, die bekannterweise mit einer hohen Koerzitivkraft hergestellt werden
können, wie z. B. die bekannten gesinterten Oxyd-Dauermagnete. Nur Dauerinagnete
mit hoher Koerzitivkraft haben jedoch
die für derartige Anwendungsfälle
unbedingt erforderliche Stabilität.
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Dadurch, daß gemäß dem Merkmal a) die eigentlichen Reibflächen außerhalb
der Leitungsteile angeordnet sind, wird zunächst der Vorteil erreicht, daß für diese
Reibflächen ein zur Erzeugung einer großen Reibung geeignetes Material verwendet
werden kann. Dadurch erreicht man eine bessere Wirkung der Vorrichtung auch bei
verhältnismäßig kleinen Anziehungskräften, so daß dieses Merkmal die Möglichkeit
schafft, einen Dauennagneten mit verringerter Remanenz zu verwenden. Auch können
durch diese Anordnung der Reibflächen diese verhältnismäßig groß ausgeführt werden.
Auch wird bei einem bestimmten Durchmesser der Kupplung oder/und Bremse eine optimale
Verteilung zwischen den Reibflächen und den Berührungsflächen der Leitungsteile
erreicht, nämlich in dem Sinn, daß die eigentlichen Reibflächen zur Erzielung eines
möglichst großen Reibungsdrehmomentes möglichst weit von der Drehachse entfernt
und zur Verringerung der Abnutzung möglichst groß sind und daß die Berührungsflächen
der Leitungsteile zur Erhöhung der Anziehungskraft möglichst stark verkleinert sind.
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Bei elektromagnetisch schaltbaren Kupplungen -oder/und Bremsen ist
zwar jedes der beiden Merkmale a) und b) fär sich bekannt. Die Anwendung
eines jeden dieser beiden Merkmale bei einer schaltbaren Kupplung oder/und Bremse
und insbesondere die Kombination dieser beiden Merkmale wurde dem Fachmann durch
den Stand der Technik nicht nahegelegt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Leitungsteile die Führungen für den verschiebbaren Schaltteil bilden und
über den Schaltteil hinausragen, so daß der Schaltteil innerhalb dieser Führungen
um einen bestimmten, dem möglichen Verschleiß der Kupplungs- oder/und Bremshälften
entsprechenden Betrag ohne wesentliche Beeinflussung des magnetischen Kraftflusses
verschiebbar ist. Die Wirkung des Schaltteils wird dadurch von einer durch Verschleiß
bewirkten Änderung der Stellung der Kupplungs- oder Bremshälften während des Kuppelns
bzw. Bremsens nicht beeinflußt.
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Die Leitungsteile können in die Kupplungsoder/und Bremshälften aus
nicht magnetischem Material eingebettet sein. Dadurch wird eine besonders scharfe
Konzentration des magnetischen Kraftflüsses erzielt, so daß die Kraft des Dauermagneten
möglichst optimal ausgenutzt werden kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Stirnflächen der Leitungsteile aus den einander zugekehrten Flächen der
Kupplungs- oder/und Brenishälften herausragen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsforin der Erfindung können die
Leitungsteile aus gegeneinander verschiebbaren Teilen bestehen. Hierbei kann ein
verschiebbarer Leitungsteil als Unterbrechungsteil ausgebildet sein, dessen Verschieben
ein Schließen oder Unterbrechen des magnetischen Kraftflusses bewirkt, so daß durch
die Verschiebung dieses Unterbrechungsteiles die Kupplung schaltbar ist.
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Eine besonders einfache konstruktive Lösune, ergibt sich, wenn die
Leitungsteile für den magnetischen Fluß ringförmig ausgebildet sind und zylindrische,
zur Achse der Kupplung bzw. Bremse parallele Flächen aufweisen, längs denen ringförmige
Schalttelle verschiebbar sind. Diese Schaltteile müssen dann lediglich beim Schalten
der Kupplung bzw. der Bremse parallel zur Achse verschoben werden.
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Die Erfindung ist an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert: Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine Kupplung
gemäß der Erfindung, bei der der Dauermagnet verschiebbar angeordnet ist, F i
g. 2 einen Schnitt durch eine Kupplung mit einem verschiebbaren Kurzschlußring
und mit einem verschiebbaren Unterbrechungsring, F i g. 3 eine gleichzeitig
als Bremse und Kupplung wirkende Vorrichtung mit verschiebbaren Unterbrechungsringen.
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Die in F i g. 1 dargestellte Kupplung dient zum Kuppeln von
zwei Wellen 1 und 2. Auf der Welle 1
ist die eine Kupplungshälfte
3 mittels Schrauben 4 und in Nuten 4" eingreifender Federn befestigt. An
einer äußeren ringförmigen Stirnfläche der Kupplungshälfte 3 ist ein Reibbelag
5 vorgesehen. Die Kupplungshälfte 3 ist vorzugsweise aus einem unmagnetisierbaren
Werkstoff hergestellt und weist eine ringförinige Aussparung auf, in der ein im
Querschnitt U-förrniger Weicheisenring 6 angeordnet ist.
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Auf der Welle 2 ist eine Kupplungshälfte 7 Angel ordnet, die
eine mit der Welle 2 drehfest aber axial verschiebbar verbundene Nabe
8 aufweist. Auf der zylindrischen Außenfläche der Nabe 8 ist ein aus
zwei konzentrischen Weicheisenringen 9 und 10, die mittels eines unmagnetisierbaren
Ringes 11 miteinander verbunden sind, bestehende Führung 9, 10 für
einen Dauermagnetring 12 befestigt. Der Dauermagnetring 12 ist radial zur Achse
der Welle 2 magnetisiert und parallel zur Welle 2 verschiebbar angeordnet. Auf der
zylindrischen Außenfläche des äußeren Weicheisen# rings 10 ist ein Ring
13 angeordnet, der den Reibkörper der Kupplungshälfte 7 bildet und
dessen Stiriifläche 13' beim Kuppeln an den Reibbelag 5 der Kupplungshälfte
3 gedrückt wird.
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Die Weicheisenringe 9 und 10 sind so ausgebildet und
angeordnet, daß sie unmittelbar Verlängerungen der Schenkel 6' des iin Querschnitt
U-förmigen Rings 6
der KupplungsWälfte 3 bilden. Die Ringe
9 und 10
ragen dabei den Schenkeln 6' so weit entgegen, daß
sich die gegenüberliegenden Stirnflächen der Ringe 9,
10 und der Schenkel
6' berühren, wenn die Stirnfläche 13' der Kupplungshälfte 7 am Reibbelag
5 der Kupplungshälfto, 3 anliegt. Dadurch wird bei eingeschalteter
Kupplung ein praktisch luftspaltfreier Weg für die Kraftlinion des Dauermagneten
12 gebildet. Die den Schenkeln 6' abgekehrten Enden der Ringe 9 und
10
ragen in Achstichtung über den Dauermagneten 12 um einen Betrag hinaus,
der dem möglichen Verschleiß des keibbelags entspricht, so daß die volle Kraftwirkung
des Magneten auch dann eintritt, wenn die Betätigungsvorrichtung ihn nicht mehr
bis zum Anschlag an den unmagnetisierbaren Ring 11 in die Führung
9, 10 einschieben.
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Zur axialen Begrenzung der Kupplungshälfte 7 ist auf der Welle
2 ein Stellring 14 angeordnet. Es können dabei in der Zeichnung nicht dargestellte
Federn vorgesehen sein, die die Kupplungshälfte 7 an den Stellring 14 drücken.
Diese Federn brauchen nur sehr schwach zu sein, weil sie lediglich die Remanenz
der Weicheisenringe 9, 10 und 6 zu überwinden haben. Es kann aber
auch auf diese Federn verzichtet werden.
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Zur Betätigung der Kupplung wird der Dauermagnetring 12 in die durch
die Weicheisenringe 9, 10
und den Ring 11 gebildete Führung hineingeschoben.
Seine
magnetischen Kraftlinien werden nun durch die Weicheisenringe 9, 10 und
6 geschlossen. Durch die dadurch bewirkte magnetische Anziehungskraft werden
die Weicheisenringe 9 und 10 an den Weicheisenring 6 angezogen.
Dadurch wird aber gleichzeitig die Kupplungshälfte 7 auf der Welle
2 axial verschobenb bis die Stimfläche 13' der Kupplungshälfte
7 mit dem Reibbelag 5 der Kupplungshälfte 3 in Reibungsschluß
tritt und dadurch die Kupplung eingeschaltet. Zum Lösen der Kupplung muß der Dauermagnetring
12 lediglich aus seiner Führung 9, 10, 11 herausgezogen werden. Dadurch bricht
das magnetische Feld in den Weicheisenringen 9, 10, 6 zusammen, so daß die
Anziehung zwischen den beiden Kupplungshälften aufhört. Es bleibt höchstens noch
eine praktisch unbedeutende Anziehungskraft zwischen den Kupplungshälften, die durch
die keinanenz in den Weicheisenringen verursacht wird. Diese Kraft reicht jedoch
zur Erzeugung eines Peibungsschlusses zwischen der Fläche 13' und dem Reibbelag
5 nicht aus, so daß die Kupplung durch das Herausziehen des Dauermagnetrings
12 gelöst ist. Sind, wie beschrieben, auch noch Federn vorgesehen, dann wird die
Kupplungshälfte 7
durch die Kraft der Federn an den Stellring 14 gedrückt
und dadurch eine Berührung der einander gegenüberliegenden Reibflächen vermieden.
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In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt.
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Die miteinander zu kuppelnden Wollen sind mit 101
und 102 bezeichnet,
denen jeweils die mit 103 bzw. 107 bezeichneten Kupplungshälften zugeordnet
sind. Die Kupplungshälfte 107 besteht ebenfalls aus einer Nabe
108, zwei Weicheisenringen 109 und 110, zwischen denen ein
fest mit diesen Weicheisenringen verbundener Dauermagnetrilig 112 angeordnet ist,
und einem Reibring 113 mit einer Reibfläche 113'. Im Gegensatz zur
Kupplungshälfte 7 in F i g. 1 ist bei der Kupplungshälfte
107 der Dauermagnetring 112 nicht verschiebbar, sondern stellt mit ein mittragendes
Glied der Kupplungshälfte 107 dar. Die beiden Weicheisenringe 109
und 110 bilden ähnlich wie in F i g. 1 eine Führung 115 für
einen auf der zylindrischen Außenfläche der Nabe 108 und des Rings
109 verschiebbaren Weicheisenring 116. Ebenso wie der Dauerniagnet
12 in F i g. 1 ist auch der Dauermagnet 112 radial zur Achse der Wolle 102
magnetisiert, so daß die Kraftlinion des Magneten durch die Weicheisenringe
109 und 110 entsprechend der gestrichelten Linie geleitet werden.
Für den Fall, daß der Dauerniagnetring 112 aus einem Material besteht, das für die
statischen Beanspruchungen als tragendes Glied nicht geeignet ist, sind die Ringe
109 und 110 mittels eines Ringes 111' aus unmagnetisierbarem
Stoff verbunden.
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Ähnlich wie die Kupplungshälfte 107 besteht auch die Kupplungshälfte
103 aus einer Nabe 117, zwei konzentrischen Weicheisenringen
118 und 119, die mittels eines unmagnetisierbaren Rings
111 miteinander verbunden sind. Auf der zylindrischen Außenfläche
des Weicheisenrings 119 ist ein Reibring 120 befestigt, der einen Reibbelag
105 trägt. Die beiden Weicheisenringe 118 und 119 bilden zusammen
mit dein unmagnetisierbaren Ring 111 eine der Führung 115 ähnliche
Führung für einen auf der zylindrischen Außenfläche der Nabe 117 und des
Weicheisenrings 118 verschiebbaren Weicheisenring 121. Die Weicheisenringe
118 und 119 sind in bezug auf die Weicheisenringe 109 und
110 der Kupplungshälfte 107 so angeordnet, daß ihre der Kupplungshälfte
107 zugekehrten Stirnflächen die entsprechenden Stirnflächen der Ringe
109 und 110 berühren, wenn die Reibfläche 113' der Kupplungshälfte
107 an den Reibbelag 105
der Kupplungshälfte 103 angedrückt
wird.
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Um die magnetischen Kraftlinien in den Weicheisenringen zu konzentrieren,
sind die Teile 108, 113,
117 und 120 aus einem nicht magnetisierbaren
Stoff. Ebenso ist, wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1,
die Kupplungshälfte
103 mittels einer Schraube 104 und einer Nut-Feder-Verbindung 104' mit der
Welle 101 verbunden, während die Axialverschiebung der Kupplungshälfte
107 auf der Welle 102 wieder durch einen Stellring 114 begrenzt ist.
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Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform zeigt zwei verschiedene
Möglichkeiten der Steuerung der Kupplung, die einzeln oder beide gleichzeitig angewendet
werden können. In der in F i g. 2 dargestellten Stellung der Ringe
116 und 121 verlaufen die magnetischen Kraftlinien des Dauermagneten 112
durch die Ringe 110, 119, 121, 118 und 109, wie das durch die
gestrichelte Linie 112 angedeutet ist. Dadurch wird bewirkt, daß die Kupplungshälfte
107 an die Kupplungshälfte 103 angezogen wird. Ein Abschalten der
Kupplung ist dadurch möglich, daß der Ring 116 in die Führung 115
hineingeschoben wird. Hier bewirkt der Ring 116 einen Kurzschluß der magnetischen
Kraftlinien des Dauermagneten 112 innerhalb der Kupplungshälfte 107, so daß
praktisch keine Kraftlinien mehr in die Weicheisenringe 118 und
119 gelangen und die Anziehungskraft zwischen den beiden Kupplungshälften
103 und 107 aufhört. Dasselbe kann je-
doch auch dadurch bewirkt
werden, daß der Ring 121
in Richtung des Pfeiles 123 verschoben wird,
so daß er aus dem ringförmigen kaum zwischen den Weicheisetiringen 118 und
119 heraustritt und so den magnetischen Kraftfluß unterbricht. Eine besonders
wirksame Beseitigung der Anziehungskraft zwischen den beiden Kupplungshälften wird
dadurch erreicht, daß beide Ringe 116 und 121 gleichzeitig in der Richtung
des Pfeils 123 verschoben werden. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist,
erfolgt die Verschiebung beider Ringe senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien,
so daß dazu nur eine verhältnismäßig geringe Kräft erforderlich ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung,
die als Kupplung und als Breinse wirkt. Die Kupplungs- bzw. Bremshälfte 201 ist
auf einer Welle 202 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet. Auf der einen Seite
dieser Kupplungs- bzw. Bremshälfte 207 ist auf der Welle 202 drehbar aber
axial nicht verschiebbar eine Kupplungshälfte 203 angeordnet, die mit einem
Antriebsrad 225 verbunden ist. Auf der anderen Seite der Kupplungs- bzw.
Breinshälfte 207 befindet sich eine beispielsweise mit dein Maschinengehäuse
fest verbundene Bremshälfte 303. Die Kupplungshälfte 203 besteht aus einer
Nabe 217
und zwei Weicheisenringen 218 und 219, die mittels
eines unmagnetisierbaren Rings 211 fest miteinander verbunden sind.
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Auf der äußeren zylindrischen Fläche des Weicheisenthigs
219 ist ein Reibring 210 mit einem Reibbelag 205 angeordnet. In einer
durch die Weicheisenringe 218 und 219 und den unmagnetisierbaren Ring 211
gebildeten Führung ist ein auf der zylindrischen Außenfläche des Rings
118 und der Nabe 217 axial verschiebbarer Weicheisenring 221 vorgesehen.
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Entsprechend besteht auch die Bremshälfte 303
aus einem mittleren,
beispielsweise mit dem Maschinengehäuse
verbundenen Teil
317, zwei Weicheisenringen 318 und 319, die mittels eines unmagnetisierbaren
Rings 311 miteinander verbunden sind, und einem Ring 320, der an seiner
der Kupplungs- bzw. Bremshälfte 207 zugekehrten Stirnseite einen Reibbelag
205 trägt. Auch hier bilden die Weicheisenringe 318 und
319 mit dem unmagnetisierbaren Ring 311
eine Führung für einen axial
verschiebbaren Weicheisenring 321.
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Die Kupplungs- bzw. Bremshälfte 207 besteht aus einer Nabe
208, zwei Weicheisenringen 209 und 210, die durch einen Dauermagnetring
212 miteinander verbunden sind, und einem Reibring 213 mit zwei Reibflächen
213' und 213". Die zueinander konzentrischen Weicheisenringe
209 und 210 bzw. 218 und 219 bzw. 318 und
319 der drei verschiedenen Kupplungs- bzw. Bremshälften 207, 203 und
303 sind so angeordnet, daß sie einander unmittelbar fortsetzen. Ihre einander
zugekehrten Stirnflächen berühren einander, wenn die entsprechenden Reibflächen
der Kupplungs- bzw. Bremshälften aufeinander gedrückt werden.
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In der in F i g. 3 dargestellten Stellung der verschiebbaren
Weicheisenringe 221 und 321 werden die Kraftlinien des Dauermagneten 212
über die Ringe 210, 319, 321, 318 und 209, also über die Bremshälfte
303, geschlossen, so daß die Kupplungs- bzw. Bremshälfte 207 an die
Bremshälfte 303 angezogen wird. Dadurch wird die Kupphings- bzw. Bremshälfte
207
und damit auch die Welle 202 gebremst. Wird hierbei die Kupplungshälfte
203 über das Antriebsrad 225
angetrieben, dann dreht sich die Kupplungshälfte
203
frei um die Welle 202.
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Werden die beiden Weicheisenringe 221 und 321
in Richtung des
Pfeils 223 verschoben, wird der magnetische Kraftfluß über die Bremshälfte
303 unterbrochen und mittels der Ringe 219, 221 und 218 über
die Kupplungshälfte 203 geleitet. Dadurch wird die Kupplungs- bzw. Bremshälfte
207 an die Kupplungshälfte 203 angezogen und damit eine Kupplung dieser
beiden bewirkt. Die Welle 202 läuft nun zusammen mit der Kupplungshälfte
203 um.
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Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung
kann in der Weise abgewandelt werden, daß die Dauermagnete entweder als verschiebbare
Ringe oder als Verbindungsringe zwischen den Weicheisenringen in den Kupplungs-
bzw. Bremshälften 203
und 303 angeordnet sind, während die Weicheisenringe
209, 210 in der Kupplungs- bzw. Bremshälfte 207 ein Stück bilden.
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Die an Hand der dargestellten Ausführungsbeispiele beschriebene Erfindung
kann auch in entsprechender Weise bei Lamellenkupplungen verwendet werden.
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Alle Ausführungen der Erfindung können auch mit axial magnetisierten
Dauermagneten ausgerüstet werden, deren Leitungsteile dann eine sinngemäße Ausbildung
erfahren müssen.
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Als Werkstoff für die Dauennagneten wird vorzugsweise keramisches
Material aus Polyoxyden des Eisens, Bariums und anderer Metalle verwendet, da die
außerordentlich hohe Koerzitivkraft dieser Magneten für die Erfindung von besonderer
Wichtigkeit ist, um einer Entmagnetisierung des Dauermagneten bei einer Unterbrechung
des magnetischen Kraftflusses vorzubeugen.