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Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungskupplung mit einer Schraubenfeder,
deren eines Ende mit dem treibenden Teil über eine Hilfskupplung ankuppelbar und
deren anderes Ende an dem getriebenen Teil befestigt ist, und mit einem geschlitzten
Reibring, dessen Reibflächen eine sich nach außen öffnende Keilforin haben.
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Es ist bereits bekannt, einen treibenden Teil mit einem getriebenen
Teil über eine Schraubenfeder in der Weise zu kuppeln, daß die mit dem einen Teil
fest verbundene Schraubenfeder an den anderen Teil durch einen als Hilfskupplung
wirkenden Elektromagneten angekuppelt wird. Dabei wird über die Schraubenfeder das
ganze Drehmoment übertragen. Um nun die für die Hilfskupplung aufzuwendende Kraft
herabzusetzen, ist es bekannt, die Schraubenfeder um eine zylindrische Muffe des
anderen Teils herum anzuordnen. Wenn nun die Ankupplung an diesem anderen Teil durch
Erregen des Elektromagneten erfolgt, so wird die Schraubenfeder fest um die Muffe
herumgewickelt. Dies hat die Wirkung, daß der auf die Schraubenfeder am eigentlichen
Kupplungsfederstück ausgeübte Zug der Hilfskupplung zu immer mehr abnimmt, so daß
der Elektromagnet eine verhältnismäßig geringe Anziehungskraft auf das freie Ende
der Schraubenfeder ausüben muß. Diese Kupplung hat jedoch den Nachteil, daß das
gesamte Drehmonient über die Schraubenfeder übertragen wird und diese daher entweder
einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisen muß oder die Höhe des zu übertragenden
Drehmomentes begrenzt ist (österreichische Patentschrift 85 862).
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Bei einer anderen bekannten Kupplung soll die Aufgabe gelöst werden,
den Kupplungsvorgang stoßfrei und weich zu gestalten. Zu diesem Zweck ist eine Schraubenfederkupplung
mit einer Reibringkupplung hintereinandergeschaltet. Die Konstruktion ist dabei
so, daß die Schraubenfeder am treibenden Teil mit ihrem einen Ende befestigt ist
und mit einigen Windungen eine Mutter umgibt, die mit ihrem Innengewinde auf einem
Außengewinde der Antriebswelle axial verschiebbar sitzt. Wenn nun durch einen Mitnahmering,
der gegen eine Umfangsschräge der Mutter angepreßt wird und eine Hilfskupplung bildet,
die Mutter an das bisher freie Ende der Schraubenfeder angekuppelt wird, so dreht
sich die Mutter und verschiebt sich dabei axial. Hierdurch übt -sie auf einen Reibring
einen Druck aus, der zwischen der Mutter und dem getriebenen Teil angeordnet ist
und gegen den letzteren so angepreßt wird, daß er durch Reibung mitgenommen wird.
Auch diese Bauart hat den grundsätzlichen Nachteil, daß das ganze Drehmoment über
die Schraubenfeder übertragen wird. Insgesamt gesehen ist diese Konstruktion sehr
aufwendig und benötigt viele Teile und einen erheblichen Platz in Axialrichtung
(USA.-Patentschrift 1699 838).
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Ferner sind Lamellenkupplungen bekannt, bei denen Lamellen der beiden
Kupplungsglieder zusammengepreßt werden, um einen Kraftschluß herbeizuführen. Bei
einer dieser bekannten Kupplung ist die Aufgabe zu lösen, zwei Teile mit achsparallelen,
radial ineinander angeordneten Zylinderflächen kraftschlüssig miteinander zu verbinden.
Zu diesem Zweck sind zwischen den beiden Flächen keilförrnige Ringe angeordnet,
die beim axialen Aneinanderpressen abwechselnd radial gegen diese Flächen angepreßt
werden und so einen Reibungsschluß herbeiführen. Die Axialkraft erfolgt in der speziellen
Konstruktion über eine Schraubenfeder, die _zuf- den inneren Teil wirkt. Diese Bauart
benötigt die für Lamellenkupplungen typische axiale Länge (deutsche Patentschrift
180 505).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kupplung der obenerwähnten
Art derart zu verbessern, daß bei Betätigung der Schraubenfeder durch Anlage gegen
die Reibflächen ein Hilfsreibungsdrehmoment erzeugt-wird, welches den Reibring dreht
und auf die Schraubenfeder in einer solchen Richtung,einwirkt, daß das Drehmoment
der Hilfskupplung ergänzt und erheblich verstärkt wird, wodurch eine weitere und
progressive Erhöhung der Aufwicklung der Schraubenfeder erzielt wird, bis dann die
Belastung an der getriebenen Welle überwunden ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reibring
zwischen dem treibenden Teil mit einem größeren Keilwinkel und dem getriebenen Teil
mit einem kleineren Keilwinkel angeordnet ist und die Schraubenfeder den Umfang
des Reibringes derart umschlingt,'daß sie bei Drehung des treibenden Teils nach
Betätigung der Hilfskupplung so lange auf dem Umfang des Reibringes immer fester
aufgewickelt wird, bis der Reibring den getriebenen Teil mitnimmt, wobei der sich
beim Ankuppeln mitdrehende Reibring ein zusätzliches Hilfsdrehmoment auf die Schraubenfeder
ausübt und so die Hilfskupplung entlastet. Bei dieser Bauart übernimmt der Reibring
die kraftschlüssige Verbindung, und die Schraubenfeder braucht nur für den verhältnismäßig
geringen Zug angelegt zu werden , wie er an der Hilfskupplung auftritt. Da
der Reibring in axialer Richtung nicht viel Platz benötigt und die Schraubenfeder
um diesen Reibring herumgewickelt ist, so ergibt sich in Axialrichtung eine gedrängte
Bauart, die bei vielen Anwendungen, besonders im Automobilbau, sehr günstig ist.
Außerdem können nun mit einer verhältnismäßig kleinen Kupplung große Drehmomente
übertragen werden.
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Die von der Hilfskupplung aufzuwendende Kraft wird dabei in günstiger
Weise auf ein Minimum herabgesetzt, so daß für diese Hilfskupplung wenig Platz benötigt
wird, also beispielsweise bei Verwendung eines Elektromagneten als Hilfkupplung
die Spule verkleinert werden kann. Dieses vorteilhafte Merkmal wird dadurch erreicht,
daß auf den Reibring ein größeres Drehmoment vom treibenden Teil ausgeübt wird als
vom getriebenen, in Ruhe befindlichen Teil. Damit dreht sich der Reibring beim Ankuppeln
mit dem treibenden Teil und übt dabei durch Kraftschluß einen Zug bzw
- . ein Hilfsdrehmoment auf die Schraubenfeder aus, die also nun unter der
Wirkung der Hilfskupplung und des Reibringes so lange- aufgewickelt wird, bis eine
Mitnahme des getriebenen Teils erfolgt. Da also nun der Reibring einen Teil des
Aufwickeldrehmomentes übernimmt, kann das Ankupplungsdrehmoment der Hilfskupplung
und damit die ganze Hilfskupplung kleiner sein. Da außerdem die Zugspannung an der
Schraubenfeder geringer ist, kann für das gleiche zu übe»rtragende Drehmoment der
Querschnitt der Schraubenfeder kleiner sein, oder es kann mit einer bestimmten Schraubenfeder
ein größeres Drehmoment übertragen werden.
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Im Zusammenhang mit der Verwendung von Reibringen unterschiedlicher
Steigung sei auf eine bekannte
Konstruktion einer Lamellenkupplung
verwiesen, bei der der Anpreßdruck der gegenseitigen Reibflächen der Lamellen durch
die Schwerkraft der Lamellen des äußeren getriebenen Teils erfolgt. Um diese Schwerkraft
in Axialkraft umzusetzen, sind keilförmige Ringlamellen vorgesehen, so daß alle
Lamellen entsprechend aneinandergepreßt werden. Um nun die Mitnahmekraft den Anforderungen
anzupassen, ist in einer bekannten Ausführungsform so vorgegangen, daß
je eine Lamelle des getriebenen Teils und des treibenden Teils eine schräge
Ringfläche aufweisen, während alle anderen Reibflächen der Lamellen senkrecht zur
Drehachse sind. Durch den Winkel der Schrägflächen kann dann der Anpreßdruck der
Querflächen und damit das gesamte Mitnahmedrehmoment eingestellt werden (USA.-Patentschrift
2 127 768).
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung gemäß der Erfindung
nach Linie 1-1 der F i g. 7,
F i g. 2 einen Teilschnitt entsprechend
F i g. 1, wobei die Teile in einer unterschiedlichen Lage und in größerem
Maßstab dargestellt sind, F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht des Reibringes,
F i g. 4 eine schaubildliche Ansicht der Schraubenfeder zur Betätigung des
Reibringes, F i g. 5 einen Teilschnitt nach Linie 5-5 der F i
g. 1,
F i g. 6 einen Teilschnitt nach Linie 6-6 der F i
g. 7
in größerem Maßstab als diese, F i g. 7 eine Stirnansicht von
rechts gemäß F i g. 1,
F i g. 8 einen Teilschnitt entsprechend F i
g. 6, wobei die Schraubenfeder und ihr Halter während des Zusammenbaues dargestellt
sind, F i g. 9 einen Teilschnitt entsprechend F i g. 1
durch eine Variante
der Kupplung gemäß der Erfindung.
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In den F i g. 1 bis 8 der Zeichnung ist als erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine mit einem zusammenziehbaren Reibring versehene Kupplung dargestellt,
um eine Antriebsscheibe 10 - im folgenden treibender Teil genannt
- eines Antriebsgliedes mit einer Abtriebsscheibe 1:1 - im folgenden
getriebener Teil genannt - zu kuppeln, deren Nabe 12 beispielsweise durch
eine Schraube 13 und einen Keil 14 auf einer Abtriebswelle 15 befestigt
ist, die über einen stationären Träger 16 herausragt.
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Der treibende Teil 10 ist in einen Innenring und einen Außenring
17 bzw. 18 geteilt, die durch einen Trennring 19 aus nicht
magnetisierbarem Metall, wie beispielsweise Kupfer, voneinander getrennt sind. Der
Trennring füllt dabei eine Nut 20 aus und ist mit den Nutwänden hart verlötet, die
in ungefähr achsparalleler Richtung auf eine Ringkante 21 zu konvergieren. Die letztere
hat eine schmale, radiale Breite und ist auf den getriebenen Teil 11 zu gerichtet.
Die Nabe 22 des getriebenen Teils 11 ist auf dem äußeren Laufring eines Wälzdrucklagers
23 aufgepreßt. Der innere Laufring dieses Lagers ist auf der Nabe 12 des
getriebenen Teils 11 aufgepreßt. Die letztere kann aus nicht magnetisierbarem
Material, wie beispielsweise Kunststoff, bestehen und hat an ihrem Umfang einen
Flansch 24, der achsparallel nach innen gegen den treibenden Teil 10
gerichtet
ist.
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Die kraftschlüssige Verbindung des treibenden Teils 10 und
des getriebenen Teils 11 wird durch einen ringartig ausgebildeten Reibring
25 erzielt, der durch einen oder mehrere Schlitze 26 (F i
g. 3) getrennt ist, so daß er zur kraftschlüssigen Verbindung von Antriebs-
bzw. Abtriebsflächen 27 und 28 des treibenden Teils und des getriebenen
Teils und zum Lösen dieser Flächen radial zusammenziehbar bzw. ausdehnbar ist. Der
Reibring kann aus Metall bestehen, doch ist er im vorliegenden Beispiel aus irgendeinem
bekannten Bremsbelagmaterial.
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Der Querschnitt des Reibringes entspricht der Form der Antriebs- und
Abtriebsflächen 27 und 28,
die nach innen zu derart konvergieren, daß
eine nicht selbstsperrende Keilwirkung entsteht und die Mitnahmekraft erhöht wird,
wenn der Reibring zur Betätigung der Kupplung nach innen gepreßt und dadurch zusammengezogen
wird. Ein solches Zusammenziehen wird bei der dargestellten Kupplung dadurch erzielt,
daß eine Schraubenfeder 30 aus Federdraht schraubenförmig um die Umfangsfläche
29, 31
des Reibringes in einer solchen Richtung herumgewickelt ist, daß der
Reibring zusammengezogen wird, wenn die freie Endwindung 32 in Drehrichtung
des treibenden Teils 10 gedreht wird, wobei die andere Endwindung
33 der Schraubenfeder im vorliegenden Beispiel bei 34 am getriebenen Teil
11
befestigt ist. Zwar kann der Draht der Schraubenfeder irgendeinen beliebigen
Querschnitt haben, doch ist er vorzugsweise rechteckig, und zwar mit der größeren
Seitenlänge senkrecht zur Schraubenfederachse. Die Schraubenfeder weist im vorliegenden
Beispiel sechs Windungen auf.
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In gelöstem Zustand umfaßt die Schraubenfeder lose die Umfangsteilfächen
29 und 31 des Reibringes, von denen die erstere bis zur Abtriebsfläche
28 des getriebenen Teils 11 reicht (s. F i g. 1 und 2). Um
nun ein Zusammenwirken der Schraubenfeder mit dem Ende der Umfangsfläche
31 des Reibringes zu verhindern, erstreckt sich die letztere über die Innenstirnfläche
des treibenden Teils hinaus und greift in eine Ringausnehmung 35 des treibenden
Teils ein. Der Außendurchmesser des Reibringes ist derart, daß bei Anordnung des
letzteren in der durch die Antriebs- und Abtriebsflächen 27 und
28 und die gelöste Schraubenfeder 30 gebildeten Ringnut die Ring'.
kante 21 des Trennrings 19 ungefähr in der Mitte zwischen den inneren und
äußeren Kanten der Endwindung 32 ist, so daß entgegengesetzte Längskanten
dieser Endwindung den miteinander fluchtenden Stirnteilflächen 38 und
39 an der Innenstirnfläche des treibenden Teils 10 gegenüberliegen.
Durch Bildung einer schrägen Querbiegung 37 (F i g. 4 und
6)
an der Verbindungsstelle der ersten und der zweiten Windung der Schraubenfeder
ist die ganze Länge der ersten oder der Endwindung in einer axialen Querebene und
damit parallel zu den Stirnteilflächen 38 und 39 des treibenden Teils
angeordnet, von denen die Endwindung bei gelöster Schraubenfeder durch einen engen
Spalt 40 getrennt ist (F i g. 1
und 6).
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Bei dieser Anordnung der Endwindung 32 kann diese als Anker
einer magnetischen Hilfskupplung 42 verwendet werden, die die relative Drehung des
treibenden und getriebenen Teils ausnutzt, um ein Drehmoment zum Aufwickeln der
Schraubenfeder 30 zu erzeugen und dadurch die Hauptkupplung zu betätigen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Hilfskupplung ein stationäres Feld
mit einer eine Vielzahl von Windungen aufweisenden Wicklung 43, die in einem im
Querschnitt U-förmigen Ringkern 44
angeordnet ist, der mit Hilfe
eines Lappens 45 und einer Schraube 46 am Träger 16 befestigt ist. Der Ringkern.
44 ist konzentrisch zur Kupplungsachse und greift mit Spiel in eine Ringnut ein,
die durch die inneren Endstücke des treibenden Teils 10 und der Nabe 22 gebildet
ist. Diese Endstücke bilden äußere und innere Magnetschenkel, die an den Stirnteilflächen
38 und 39 enden, wobei die letzteren die inneren und äußeren Pole
des Elektromagneten darstellen. Wie gestrichelt in F i g. 1 gezeigt ist,
bilden die stationären und sich drehenden Teile einen Magnetkreis 41 von toroidaler
Form, der die Wicklung 43 umgibt und dabei von einer der Stimtellflächen38,39 in
die Endwindung32 hinein, aus dieser heraus und um den Trennring 19 herum
in die andere Stirnteilfläche hinein verläuft. Der Magnetkreis weist ringförmige
Luftspalte um die inneren und äußeren Seiten des Ringkernes 44 auf, doch ist die
zur Aktivierung der Hilfskupplung erforderliche Energie so klein, daß diese Luftspalte
verhältnismäßig groß sein können. Hierdurch wird die Notwendigkeit einer engen Kopplung
der stationären und drehbaren Teile des Magnetkreises vermieden. Während die mit
der Schraubenfeder 30 zusamrnenwirkende Umfangsfläche 29, 31 des Reibrings
zyLindrisch, wie in F i g. 9 dargestellt, sein kann, ist doch diese Fläche
vorzugsweise axial so konisch, daß während des Aufwickelns der Schraubenfeder durch
das Hilfskupplungsdrehmoment die Windungen der Schraubenfeder, beginnend mit der
freien Endwindung 32, nacheinander in Berührung mit dem Reibring gebracht
werden. Dies wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß die
Umfangsteilfläche 31 des Reibringes am freien Ende der Schraubenfeder zylindrisch
ist, während der Durchmesser der anderen Umfangsteilfläche 29, beginnend
am inneren Ende der zylindrischen Umfangsteilfläche 31, progressiv abnimmt.
Die Abschrägung hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Winkel von ungefähr
101 und beginnt ungefähr an der zweiten Windung der Schraubenfeder, so daß
mindestens die freie Endwindung 32 stets die zylindrischen Umfangsteiffläche
31 berührt, wenn die Schraubenfeder zusammengezogen wird. Der Durchmesser
der Umfangsteilfläche 31 ist, wenn das Band neu und ausgedehnt ist, im wesentlichen
gleich dem Innendurchmesser der entspannten Schraubenfeder.
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Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine neuartige Befestigung
des Endes der Schraubenfeder vor, so daß dieses Ende auch einer starken Beanspruchung
widerstehen kann, wie sie bei schwerem Betrieb auftreten kann. Zu diesem Zweck ist
der Schraubenfederdraht in entgegengesetzten Richtungen, wie bei 48 und 49 (F i
g. 4 und 6) angedeutet, an der übergangsstelle der Endwindung
33 der Schraubenfeder und der benachbarten Windung 52
quer abgebogen.
Das dazwischenliegende Drahtstück 50 erstreckt sich schräg auf einem Bogen
von erheblicher Länge und ist innerhalb eines Fensters 54 in der Nähe der äußeren
Kante des treibenden Teils 10
angeordnet. Der durch dieses Fenster hinausragende
Teil der Endwindung ist in einer Nut 55 an der äußeren Stirnfläche des treibenden
Teils 11 angeordnet. Die Windung ist lose in der Nut durch eine Unterlegscheibe56
(Fig.6 und 7) gehalten, die durch eine Schraube 57 gegen den Boden
einer Ausnehmung 56 a an der äußeren Stirnfläche des getriebenen
Teils angepreßt ist. Das äußere Ende des Drahtes ist rechtwinklig quer abgebogen,
und der hierdurch gebildete Haken 58
greift in einen Schlitz 59 des
getriebenen Teils 11
derart ein, daß eine Wand dieses Schlitzes die Befestigungsstelle
34 zum Halten des Schraubenfederendes gegen Verdrehen relativ zum getriebenen Teil
während des Aufwickelns der Schraubenfeder bildet.
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Bei einer im Draht vorhandenen Spannung wird die volle Länge der Endwindung
33 gegen die Innenwand der Nut 55 angepreßt, wodurch eine Reibungskraft
von erheblicher Größe erzeugt und so die Beanspruchung am Haken 58 herabgesetzt
wird.
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Wenn die Schraubenfeder 30 frei oder gelöst ist, so ist sie
zylindrisch und von einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich der zylindrischen
Umfangsteilfläche 31 des Reibringumfangs ist. Um nun die letzte wirksame
Windung 52 der Schraubenfeder in kraftschlüssige Anlage mit dem kleinsten Durchmesser
der Umfangsteilfläche 29 zu bringen, muß das schräge Drahtstück
50 im Fenster 54 nach innen verschoben werden, was von einem entsprechenden
Querbiegen der Endwindung 33 zwischen der Befestigungsstelle 34 und dem Fenster
begleitet wird. Um die Querbiegung der Endwindung auf einen Bogen von erhelblicher
Länge zu verteilen, weist die innere Seitenwand der Nut 55 eine BogenMche
61
auf, die sich von der Befestigungsstelle 34 im Uhrzeigersinn gemäß (F i
g. 7) um ungefähr eine halbe Umdrehung um den getriebenen Teil
11 herum mit einem Radius erstreckt, der im wesentlichen gleich dem Innenradius
der entspannten Schraubenfeder ist. Der Radius der übrigen Bogenfläche
62 der Nutenwand nimmt progressiv bis zu einem Punkt jenseits des Fensters
54 ab und geht dann an einer Schulter 63 in die Bogenfläche 61 über.
Damit wird das Querabbiegen des Drahtes auf einen erheblichen Bogen verteilt, im
vorliegenden Beispiel ungefähr auf einen Halbkreis.
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Um nun die Beanspruchung des Drahtes der Endwindung 33 der
Schraubenfeder herabzusetzen, ist die Bodenfläche 65 der Nut 55 in
axialer Richtung unter einem kleinen Winkel geneigt. Die Neigung beginnt am Ende
66 (F i g. 6) des Fensters 54, und der Anstieg erfolgt allmählich
längs eines erheblichen Bogenstückes des getriebenen Teils 11, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ungefähr längs eines Halbkreises. Da die Nut 55 neben
dem Fenster am tiefsten ist, kann die Kröpfung des Drahtstückes 50
einen minimalen
Wert haben, und die Querbiegung dieses Drahtstückes ist während der Betätigung der
Kupplung entsprechend kleiner.
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Ein solcher Anstieg der Bodenfläche 65 dient ferner dazu, um
den Zusammenbau der Schraubenfeder und des getriebenen Teils 11 zu erleichtern.
Um diesen Zusammenbau zu bewirken, wird der Haken 58 der Schraubenfeder durch
das Fenster 54 am Ende 66 vorbei hindurchgesteckt (s. F i g. 8), wobei
der Haken gegen die geneigte Bodenfläche 65 anliegt. Wenn nun der getriebene
Teil gedreht wird, um die Endwindung 33 durch das Fenster vorzuschieben,
so gleitet der Haken auf der geneigten Fläche und schnappt nach innen, wenn er am
Schlitz 59 ankommt. Der Zusanimenbau ist damit abgeschlossen.
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Bei Betätigen des Reibringes wird unter Anlage gegen die Flächen
27, 28 ein Zusatzdrehmoment erzeugt, das den Reibring dreht und auf die Schraubenfeder
in einer solchen Richtung einwirkt, daß das
Drehmoment der magnetischen
Hilfskupplung 42 ergänzt und erheblich verstärkt wird, wodurch eine weitere und
progressive Erhöhung der Aufwicklung der Schraubenfeder erzielt wird, bis dann die
Belastung am getriebenen Teil überwunden wird. Dabei wird das Zusatzdrehmoment gemäß
dem vorliegenden Beispiel dadurch erzielt, daß die Antriebs- und Abtriebsflächen
27, 28 unter unterschiedlichen Winkeln relativ zur Kupplungsachse so angeordnet
sind, daß als Ergebnis der Keilwirkung des Reibringes ein Druck und dadurch eine
Reibungskraft an der einen Fläche entwickelt wird, die ausreicht, um die entgegengerichteten
Reibungskräfte an der anderen Fläche zu überwinden, wodurch der Reibring relativ
zum verankerten Ende der Schraubenfeder in der gleichen Richtung gedreht wird wie
durch die Hilfskupplung. Bei einer derartigen Drehung übt der Reibring auf die Schraubenfederwindungen,
gegen die er anliegt, ein Reibungsdrehmoment aus, das in der gleichen Richtung wie
das Hilfskupplungsdrehmoment wirkt, so daß das letztere ergänzt und das Gesamtdrehmoment
in dieser Richtung erhöht wird. Damit wird das zum Aufwinden der Schraubenfeder
dienende Drehmoment entsprechend erhöht, und ferner wird die Mitnahmekraft, durch
die der Reibring gegen die Flächen 27 und 28 der Reibungskupplung
gedrückt wird, verstärkt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die gewünschte Verstärkung
des Hilfsdrehmoments dadurch erreicht, daß die Antriebsfläche 27 unter einem
erheblich kleineren Winkel relativ zur Kupplungsachse angeordnet ist als die Abtriebsfläche
28. Um die Herstellung zu vereinfachen und um die Drehmomentdifferenz bei
einem bestimmten Winkel der Antriebsfläche 27 so groß wie möglich zu machen,
ist die Abtriebsfläche 28 vorzugsweise eben und in einer zur Achse senkrechten
Ebene so angeordnet, daß der auf die zuletzt genannte Fläche durch Einkeilen des
Reibringes in die Nut hervorgerufene Druck herabgesetzt wird. Die Nut ist im Querschnitt
durch das Konvergieren der Flächen 27, 28 nach innen und aufeinander zu V-förmig.
Der gewünschte Unterschied im Reibungsdrehmoment an den betreffenden Flächen kann
natürlich auch erzielt werden, wenn die Flächen 27, 28 gewölbt oder aus einer
Vielzahl von ebenen Flächen zusammengesetzt sind, die nach innen zu konvergierende
Formen entsprechend den Seiten des Reibringes 25 bilden.
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Um das richtige Lösen der Kupplung nach Aberregen der Magnetwicklung
43 unter allen Bedingungen zu gewährleisten, sollte der Tangens des Winkels zwischen
den Flächen 27 und 28 größer als der Reibungskoeffizient der betreffenden
Materialien sein. Wenn der Reibring aus normalem Bremsbelagmaterial besteht, ist
es erwünscht, die Antriebsfläche 27 unter einem Winkel von mehr als
3,0' und innerhalb eines Bereiches von ungefähr 30 bis 501
anzuordnen, wobei ein Winkel von ungefähr 450 üblicherweise besonders günstig ist.
Der Tangens 0,707 dieses Winkels gestattet die Verwendung der meisten bekannten
Reibungsmaterialien.
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Eine Bewegung des frei schwimmenden Reibringes 25, um das gewünschte
zusätzliche Drehmoment zur Verstärkung des Anpreßdruckes auf den Reibring zu erreichen,
hängt nicht von der Form der äußeren Fläche des Reibringes ab, solange die Flächen
27,28
in der richtigen Weise in Beziehung zueinander stehen. Eine solche Variante
ist in F i g. 9 dargestellt, in der die Teile, die dem vorher beschriebenen
Aus-
führungsbeispiel entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind, obwohl diese in ihrer Form etwas verändert sind. In dieser Variante besteht
der einzige wichtige Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach den F i
g. 1 bis 8 in der Verlängerung der zylindrischen Umfangsfläche
31
des Reibringes über die volle Breite. Bei einem Aufwickeln und einem Auseinandergehen
der Schraubenfeder 30 liegen alle Windungen gegen den Reibring gleichzeitig
an und nicht, wie oben beschrieben, nacheinander. Trotzdem dreht sich der Reibring
entsprechend der anfänglichen Anlage der Schraubenfeder unter der Wirkung der Hilfskupplung
und entwickelt das gewünschte zusätzliche Drehmoment, wodurch das Aufwickeln der
Schraubenfeder fortgesetzt und die entsprechende Verstärkung des Drehmoments an
der Hauptkupplung erzielt wird. Wirkungsweise Wenn die Wicklung 43 der oben beschriebenen
Kupplung bei sich drehendem, treibendem Teil aberregt ist, so ist der getriebene
Teil 11 in Ruhe, und die Teile befinden sich in der Lage gemäß F i
g. 1
Die Schraubenfeder 30 ist entspannt und damit auf ihren
freien Durchmesser ausgedehnt, wobei die freie Endwindung 32 außerhalb einer
Reibungsberührung mit den sich drehenden Stimteilflächen 38, 39 des Elektromagneten
ist. Wenn die Wicklung erregt wird, so entsteht ein Magnetfeld im Magnetkreis 41,
wodurch die als Anker dienende Endwindung 32 gegen die Stirnteilflächen gezogen
und ein Reibungsdrehmoment auf diese Endwindung in einer solchen Richtung ausgeübt
wird, daß die Drehung des treibenden Teils zum Aufwickeln der Schraubenfeder
30 dient, deren Haken 58 an dem noch stationären getriebenen Teil
11 befestigt ist. Durch ein solches Aufwikkeln wird die Schraubenfeder um
den äußeren Umfang des Reibringes herum zusammengezogen, wobei die Endwindung
32 zuerst gegen die Umfangsteilfläche 31 zum Anliegen kommt und so
einen nach innen gerichteten radialen Druck auf den ganzen Umfang ausübt. Hierdurch
wird der Reibring zusammengezogen, in die V-Nut eingekeilt und gegen die Flächen
27 und 28 angedrückt. Infolge der geringeren Neigung der Antriebsfläche
27 relativ zur Achse wird der Druck zwischen der letzteren und dem Reibring
durch Keilwirkung erhöht, und die sich ergebende Erhöhung der Reibung zwischen diesen
Teilen reicht aus, um die Reibung zwischen dem Reibring und der Abtriebsfläche
28 zu überwinden. Damit dreht sich nun der Reibring mit dem treibenden Teil
und überträgt ein Reibungsdrehmoment auf die Innenfläche der anliegenden Endwindung
32. Dieses Drehmoment ist in der gleichen Richtung wie das Drehmoment der
magnetischen Hilfskupplung und ergänzt und verstärkt dieses letztere, wodurch ein
weiteres Aufwickeln der Schraubenfeder und ein Zusammenziehen ihrer übrigen Windungen
erreicht wird.
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Die zweite Windung 70 wird damit in Berührung mit der konischen
Umfangsteilfläche 29 derart gebracht, daß sie nicht nur den Reibring fester
in die V-Nut der Flächen 27, 28 zur Erhöhung des Hauptdrehmoments eindrückt,
sondern auch mit dem Reibring zusammenwirkt, um eine zweite Hilfskupplung zu bilden.
Die letztere überträgt die Bewegung des Reibringes auf die Windung 70 in
einer Richtung, um
das Aufwickeln der Schraubenfeder fortzusetzen
und damit die nächste Windung 71 gegen den Reibring anzulegen. Die dritte
Hilfskupplung wird danach wirksam, um das Hauptdrehmoment weiter aufzubauen und
ferner, um das Hilfsdrehmoment zum Aufwickeln der Schraubenfeder zu erhöhen. Diese
Wirkung setzt sich fort, bis die betreffende Belastung überwunden oder die volle
Länge der Schraubenfeder zusammengezogen ist und in kraftschlüssige Verbindung mit
dem Reibring kommt. Wenn das Hauptdrehmoment nicht ausreicht, um die Belastung am
getriebenen Teil 11 zu überwinden, so dreht sich der Reibring weiter mit
dem treibenden Teil 10, und das Aufwickeln der Schräubenfeder unter der Wirkung
der Magnetkupplung und der Hilfskupplungen, die durch die Umfangsfläche des Reibrings
und die gegenüberliegenden Flächen der Windungen 32, 70 und 71 gebildet
werden, wird fortgesetzt. Ein solches weiteres Aufwickeln der Schraubenfeder und
die zugehörige Erhöhung des. Druckes auf den Reibring wird nun so lange fortgeseizt,
bis das entwickelte Drehmoment an der Hauptkäpplung die Last überwindet.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß nach Erregen der magnetischen Hilfikupplung
42 zur Einleitung des Aufwickelns der- SchiäÜbenfedä und der Setätigung der Hauptkupplung
die Hilfskupplungen, die durch die gegenüberlidgenden Flächen des Reibringes und
der Schraubenfedärwindungen gebildet werden, wirksam werden, sobäld diese Windungen
in Berührung mit dem Reibring kommen. Damit werden sowohl das Hauptdrehmoment
als auch die Hilfsdrehmomente progressiv so lange aufgebaut, bis die Belastung
überwunden *ird und der treibende Teil mit dem angetriebenen Teil ohne Schlupf gekuppelt
ist. Gewöhnlich wird dies durch Zusammenziehen von im wesentlichen allen Windungen
der Schraubenfeder und Anlage derselben gegen die konische Umfangsteilfläche
29 des R#ibrings gemäß F i g. 2 erreicht. Als Ergebnis der Hilfskupplungswirkung,
wie oben beschrieben, stellt sich die Kupplung automatisch auf die betreffende Belastung
am getriebenen Teil ein.
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F i g. 9 zeigt, wie oben erwähnt, eine Variante der oben beschriebenen
Kupplung, bei der die zylindrische Umfangsfläche 31 sich über die volle Breite
des Reibringes erstreckt. Diese Kupplung wirkt in der gleichen Weise, wie oben beschrieben,
um ein Drehen des Reibringes 25 relativ zum getriebenen Teil 11 zu
erreichen und das erwähnte Hilfsdrehmoment anzuwenden, wodurch die Hilfskupplung
42 ergänzt und die Schraubenfeder 30 entsprechend aufgewickelt wird. In diesem
Fall wird das Hilfsdrehmoment gleich zu Anfang auf alle Windungen der Schraubenfeder
ausgeübt, da die letzteren im wesentlichen gleichzeitig und nicht nacheinander in
Berührung mit dem Reibring kommen.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß durch eine einfache Beziehung zwischen
dem Reibring 25 und den die Hauptreibungskupplung bildenden Antriebs- und
Abtriebsflächen 27, 28 die Elemente dieser Kupplung selbst dazu verwendet
werden können, um die zusätzliche Funktion einer Hilfskupplung zur Betätigung der
Schraubenfeder 30 zu erreichen. Als Folge hiervon ist die Bauart der ganzen
Kupplung außerordentlich einfach, und deren Größe und Herstellungskosten bei einem
bestimmten zu übertragenden Drehmoment liegen im Vergleich zu den bekannten Kupplungen
wesentlich niedriger. Zusätzlich kann die Kupplung stets in zuverlässiger Weise
im. ganzen Betriebsbereich gelöst werden. Infolge der erheblichen Verstärkung des
Hilfsdrehmoments, wie es durch die obenerwähnte Wirkung erreicht wird, kann die
Hilfskupplung von geringer Größe sein, und zu deren Betätigung reicht auch ein kleines
magnetisches Feld aus. Hierdurch ist es weiter möglich, die Konstruktion und die
Montage der Teile zu vereinfachen.
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Zwar ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Erfindung in
mehreren Varianten einer Kupplung dargestellt, bei der ein Reibring zusammengezogen
wird, doch ist die Erfindung in gleicher Weise auch auf Kupplungen anwendbar, bei
denen die kraftschlüssige Verbindung des Reibringes und der angetriebenen Oberflächen
durch Abwickeln der Schraubenfeder 30 bei Erregen der Hilfskupplung erzielt
wird, wobei dann die Windungen der Schraubenfeder auf Druck und nicht auf Zug beansprucht
werden. Aus vorstehendem ergibt sich ferner, daß die Schraubenfeder am getriebenen
Teil oder am treibenden Teil befestigt sein kann, wobei dann gegebenenfalls die
Polstücke des Magneten vom getriebenen Teil getragen sind. Für den Fall, daß die
oben beschriebene Kupplung als Reibungsbremse verwendet wird, verbleibt einer der
beiden Teile 10 oder 11 stationär.