DE69201221T2

DE69201221T2 - Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Scheibenkupplung.

Info

Publication number: DE69201221T2
Application number: DE69201221T
Authority: DE
Inventors: Joseph H Brown; Lowell S Burruss
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Warner Electric Technology LLC
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2012-06-23
Also published as: EP0521640A1; KR930000855A; JPH05212458A; EP0521640B1; JP3316595B2; DE69201221D1; US5125255A; KR100215247B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Scheibenkupplung, z.B. für eine elektromagnetische Kupplung oder eine Bremse. Die Kupplungsscheibe kann Teil eines rotierenden oder nicht rotierenden Feldes, oder sie kann ein rotierender oder nicht rotierender Anker sein.
Eine typische elektromagnetische Kupplung ist in dem US- PS 4 187 939 beschrieben, wobei dort die Kupplung eine elektromagnetische Kupplung ist mit einer rotierenden Ankerscheibe aus einem Material mit niedriger Reluktanz, wie z.B. Stahl, mit einem Feld mit einer rotierenden Kupplungsscheibe oder einem Rotor, der ebenfalls aus einem Material mit niedriger Reluktanz besteht. Wenn die Feldspule erregt wird, läuft der magnetische Fluß längs einer Bahn zwischen dem Rotor und dem axial gegenüberliegenden Anker und zieht den Anker in Eingriff mit der Arbeitsfläche des Rotors, um die beiden für eine gleichlaufende Rotation zu kuppeln.
In der Kupplung nach dem obengenannten Patent hat der Anker einen Ring aus im Winkel beabstandeten Schlitzen, während der Rotor mit zwei konzentrischen Ringen aus im Winkel beabstandeten Schlitzen versehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten des aus Schlitzen gebildeten Ringes des Ankers angeordnet sind. Diese Bananen-Schlitze bilden Luftspalte mit hoher Reluktanz, wodurch bewirkt wird, daß der Rotor und der Anker vier magnetische Pole bilden, welche das Drehmoment einer Kupplung mit einer Wicklung gegebenen Durchmessers steigern. Durch Bildung eines zusätzlichen Ringes aus Schlitzen im Rotor und im Anker kann die Kupplung als Sechs-Pol- Kupplung mit noch höherer Drehmoment-Kapazität gebaut werden.
Bis vor kurzem wurden die Bananen-Schlitze konventionell im Rotor und im Anker gestanzt. Die gegenwärtig verfügbaren Stanztechniken schreiben als allgemeine Regel vor, daß die radiale Breite der Schlitze nicht wesentlich kleiner sein kann als etwa 3/4 der Dicke der Scheibe. Als Folge hiervon treten Schwierigkeiten auf beim Stanzen von mehreren Ringen aus Schlitzen in einer verhältnismäßig dicken Scheibe, die einen relativ kleinen Durchmesser hat. Ferner bleiben beim Stanzen der Schlitze Grate an den Rändern der Schlitze zurück, was zu Beschränkungen der Lage der Schlitze in der Scheibe und hinsichtlich der Gestalt der Schlitze führen kann. Es ist ferner schwierig, Konzentrizität zwischen benachbarten Reihen von Schlitzen einzuhalten, und es ist schwierig, alle Teile der Scheibe in gleichmäßiger Dicke zu halten. Die Form der Scheibe wird daher eher durch Werkzeug-Erwägungen bestimmt als durch die magnetischen Eigenschaften.
In dem US-PS 4 951 797, welches den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, ist eine elektromagnetische Kupplung beschrieben, in deren Kupplungsscheibe die Magnetpole durch Nuten mit geschlossenen Enden in der nichtarbeitenden Fläche der Scheibe begrenzt sind anstatt durch Schlitze, um die Herstellungsschwierigkeiten zu vermeiden, die bei der Herstellung der Schlitze durch Stanzen oder andere Techniken, wie z.B. Laser-Schneiden entstehen. Zur Herstellung der Nuten in der Scheibe nach diesem Patent wird das Material der Scheibe durch eine Metall-Walz-Methode versetzt, wobei ein rotierendes Werkzeug erforderlich ist zum Halten der Scheibe, dazu eine bewegliche Walze, um die Scheibe gegen das Werkzeug anzupressen. Werkzeuge dieser Art sind sehr komplex und spezialisiert, und sie eignen sich nicht für konventionelle Herstellungstechniken anstelle des Stanzens.
Die allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache Methode zur Herstellung einer elektromagnetischen Kupplungsscheibe anzugeben, die eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von im Winkel beabstandeten Nuten hat, die in ihrer nichtarbeitenden Fläche ausgebildet sind, unter Verwendung eines stationären Werkzeuges und eines hin und her beweglichen Stempels.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, das Vorgenannte mittels einer Methode zu erreichen, bei der ein hin und her beweglicher Stempel, der eine Vielzahl von zirkular und radial beabstandete Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandete Rippen hat, gegen die nichtarbeitende Fläche der Scheibe gepreßt wird und Metall von der Arbeitsfläche in eine Mehrzahl von zirkular und radial beabstandete Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandete Nuten drückt, die in einem stationären Werkzeug ausgebildet sind, das während dieses Preßvorganges unter der Arbeitsfläche liegt und diese abstützt. Auf diese Weise wird eine Mehrzahl von zirkular und radial beabstandeten Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Nuten in der nichtarbeitenden Fläche der Scheibe ausgeprägt, während entsprechende Vorsprünge an der Arbeitsfläche ausgebildet und in den Nuten im Werkzeug aufgenommen werden. Danach werden die Vorsprünge von der Arbeitsfläche maschinell entfernt, so daß diese Fläche im wesentlichen flach und eben ist. Um die Vorsprünge zu entfernen, können beispielsweise konzentrische Reihen von Nuten in der Arbeitsfläche maschinell hergestellt werden in radialer Flucht mit den Nuten in der nichtarbeitenden Fläche, um weiterhin die Dicke der Scheibe im Bereich der Nuten zu reduzieren und dadurch eine bessere Abgrenzung der magnetischen Pole zu erreichen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, die reduzierte Dicke der Scheibe im Bereich der Nuten auszunutzen, um schnell und einfach im Winkel beabstandete und im wesentlichen gratfreie Schlitze sehr enger radialer Breite durch die Scheibe auszubilden, um zwischen benachbarten Polen Sperren für den magnetischen Fluß mit noch höherer Reluktanz zu schaffen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
Figur 1 perspektivisch eine elektromagnetische Kupplungsscheibe nach der Erfindung zeigt.
Figur 2 zeigt vergrößert einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei schematisch der erste Arbeitsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist.
Figuren 3 und 4 zeigen schematisch zwei sukzessive Arbeitsschritte der Erfindung.
Figur 5 zeigt in vergrößerter Draufsicht die Arbeitsfläche der Kupplungsscheibe.
Figur 6 zeigt einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 5.
Figuren 7 und 8 zeigen vergrößerte Stirnansichten des Stempels und des Werkzeuges, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung in Verbindung mit einer Kupplungsscheibe 20 dargestellt zur Verwendung in einer elektromagnetischen Kupplung, wie z.B. einer elektromagnetischen Bremse oder Kupplung. Während die Kupplungsscheibe ein Anker sein kann, ist sie hier gezeigt als Teil eines Kupplungsrotors 21, der beispielsweise vom Typ nach dem US-PS 4 187 939 sein kann. In diesem besonderen Beispiel ist der Rotor kreisförmig und hat einen axial verlaufenden äußeren Flansch 22 und eine axial verlaufende innere Nabe 23, die vorzugsweise integral mit einer Fläche 24 der Scheibe 20 ausgebildet sind. Die gegenüberliegende Fläche 25 (Fig. 4) der Scheibe bildet die Arbeitsfläche des Rotors 21 und kann in Reibungseingriff mit dem Anker der Kupplung treten. Der Flansch 22 und die Nabe 23 bilden entsprechend den äußeren und den inneren Polring des Rotors 21.
Wie üblich, besteht der Rotor 21 aus einem magnetischen Material mit niedriger Reluktanz, z.B. Stahl. Obwohl der Rotor gegossen und dann bearbeitet werden kann, wird er vorzugsweise durch Stanzen und Pressen hergestellt.
Der Rotor 21 bildet einen Teil einer sechs-poligen Kupplung, und die Scheibe 20 hat daher drei konzentrische Ringe 30 (Fig. 5), welche einen niedrigeren magnetischen Fluß führen als die restlichen Bereiche der Scheibe. Ein Magnetpol ist definiert durch den ringförmigen Bereich der Scheibe, der radial einwärts vom inneren Ring liegt, zwei Pole werden gebildet durch den ringförmigen Bereich zwischen dem inneren Ring und dem mittleren Ring, zwei weitere Pole werden gebildet durch den ringförmigen Bereich zwischen dem mittleren Ring und dem äußeren Ring, und der sechste Pol wird gebildet durch den ringförmigen Bereich, der auswärts vom äußeren Ring liegt. Die Ringe 30 mit hoher Reluktanz sind wenigstens teilweise durch Nuten 32 gebildet, die gemäß der Erfindung in der nichtarbeitenden Fläche 24 der Scheibe 20 geprägt worden sind durch Pressen der nichtarbeitenden Fläche mit einem hin und her gehenden Prägestempel 34, der mit einem stationären Werkzeug 36 zusammen arbeitet, welches die Arbeitsfläche 25 der Scheibe abstützt und das durch den Stempel verdrängte Material aufnimmt. Durch Ausbildung der Nuten 32 mittels des Stempels 34 und des Gesenkes 36, können die Nuten einfacher und mit mehr konventioneller Ausrüstung hergestellt werden als dies bisher bei genuteten Kupplungsscheiben der Fall war.
Der Stempel 34 hat eine ringförmige Gestalt und sein Arbeitsende ist mit drei radial beabstandeten und allgemein kreisförmigen Reihen von im Winkel beabstandeten und allgemein borgenförmigen Rippen 38 ausgerüstet (Fig. 2 und 7), die axial vom Arbeitsende des Stempels vorstehen. Die Rippen sind im axialen Querschnitt allgemein V-förmig ausgebildet. Das Gesenk 36 ist komplementär zum Stempel 34 ausgebildet, und seine obere Oberfläche ist mit drei radial beabstandeten und allgemein kreisförmigen Reihen von bogenförmigen Nuten 40 versehen (Fig. 2 und 8), wobei die Nuten 40 jeder Reihe vorzugsweise im Winkel voneinander beabstandet sind. Die Nuten 40 des Gesenkes 36 sind radial und im Winkel mit den Rippen 38 des Stempels 34 ausgerichtet. Der erste Schritt bei der Herstellung der hoch-reluktanten Ringe 30 in der Kupplungsscheibe 20 besteht darin, die Arbeitsfläche 25 der Scheibe gegen die obere Fläche des Gesenkes 36 anzulegen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Danach wird der Stempel 34 nach unten bewegt und gegen die nichtarbeitende Fläche 24 der Scheibe 20 angedrückt mit solcher Kraft, daß die Rippen 38 das Metall der Scheibe nach unten verdrängen und dadurch drei radial beabstandete und allgemein kreisförmige Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Nuten 32 in der Nicht-Arbeits-Fläche auszuprägen. Das durch die Rippen 38 verdrängte Metall fließt axial nach außen von der Arbeitsfläche 25 der Scheibe aus und bildet drei radial beabstandete und allgemein kreisförmige Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Ansätze 41 (Fig. 2), die in den Nuten 40 des Gesenkes 36 aufgenommen und durch diese begrenzt werden. Durch den Stempel 34 werden somit konzentrische Reihen von im Winkel beabstandeten Nuten 32 in der nichtarbeitenden Fläche 24 der Scheibe 20 ausgeprägt, wobei der Stempel mit dem Gesenk 36 zusammen arbeitet, um konzentrische Reihen von den im Winkel beabstandeten Ansätzen 41 zu schaffen, die von der Arbeitsfläche 25 der Scheibe hervorragen. Da die Nuten 32 jeder Reihe im Winkel zueinander beabstandet sind, sind benachbarte Nuten voneinander durch Brücken 42 (Fig. 1) getrennt, die eine Dicke haben, die annähernd gleich der ursprünglichen Dicke der Scheibe 20 ist. Nachdem die Nuten 32 und die Ansätze 41 durch den Stempel und das Gesenk 36 geformt worden sind, wird die Arbeitsfläche 25 der Scheibe 20 bearbeitet (z.B. durch Fräsen oder Schleifen), um die Ansätze von der Arbeitsfläche zu entfernen, um als Arbeitsfläche eine im wesentlichen flache und ebene Reibungsoberfläche zu schaffen (Fig. 3). Als Teil der Bearbeitung werden Abschrägungen 43 und 44 an den äußeren und inneren Rändern der Arbeitsfläche benachbart zum Flansch 22 und zur Nabe 23 ausgebildet. Die zylindrischen Oberflächen des Flansches und der Nabe können ebenfalls bearbeitet werden, um Material abzutragen und eine Konzentrizität zu schaffen.
Vorzugsweise werden flache und in Umfangsrichtung kontinuierliche ringförmige Nuten 45 (Fig. 3) in die Arbeitsfläche 25 der Scheibe 20 eingeschnitten, z.B. beim Entfernen der Ansätze 41 oder in einem nachfolgenden Arbeitsschritt. Die Nuten 45 in der Arbeitsfläche 25 sind radial mit den Nuten 32 in der nichtarbeitenden Fläche 24 ausgebildet, und wegen der Nuten 45 verbleiben nur relativ dünne Stege 46 an Material zwischen der Arbeitsfläche 25 und der Nicht-Arbeitsfläche 24 im Bereich der Nuten 32. Da die Stege 46 dünn sind, widerstehen sie dem Weg des magnetischen Flusses und bilden damit Fluß- Sperren zwischen den Magnetpolen der Scheibe 20. Obwohl die Stege dünn sind, hat die Scheibe wegen der Brücken 42 zwischen den Nuten 32 eine gute Stabilität.
Obwohl die soweit beschriebene Scheibe 20 in vielen magnetischen Kupplungen gut arbeitet, sieht die Erfindung vor, die Scheibe in den Bereichen der Nuten 32 und 45 zu schlitzen, um weiterhin die Fähigkeit der Ringe 30,den Magnetfluß zu führen, zu reduzieren, und es dem Rotor 21 zu ermöglichen, ein höheres Drehmoment zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist ein Lochwerkzeug 47 (Fig. 4) vorgesehen, das drei allgemein kreisförmige und radial beabstandete Reihen von allgemein bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Lochstempeln 48 hat. Die Lochstempel haben allgemein Bananen-Form mit einer radialen Breite, die etwas kleiner ist als die radiale Breite der Nuten 45 in der Arbeitsfläche 25 der Scheibe 20.
Das Lochwerkzeug 47 wird bei Benutzung so ausgerichtet, daß seine Lochstempel 48 radial und im Winkel mit den Nuten 32 in der nichtarbeitenden Fläche 24 der Scheibe 20 ausgerichtet sind. Das Werkzeug wird dann auf die Arbeitsfläche 25 zu bewegt, so daß die Lochstempel durch die Stege 46 am Boden der Nuten 45 durchbrechen und dadurch im Winkel beabstandete bananenförmige Schlitze 50 durch die Scheibe bilden. Da die Stege 46 in axialer Richtung sehr dünn sind, können die Schlitze 50 eine relativ schmale radiale Breite haben (z.B. in der Größenordnung von 0,9 mm) und ihre Ränder sind praktisch frei von Graten. Es ist sehr wenig Kraft zur Bildung der Schlitze erforderlich.
Die Erfindung verwendet somit vorteilhaft einen Stempel 34 und ein Gesenk 36, um die nichtarbeitende Fläche 24 einer Rotorscheibe 20 zu prägen und radial beabstandete Reihen von im Winkel beabstandeten Nuten 32 in der nichtarbeitenden Fläche auszubilden. Durch Herstellung von Nuten 45 in der Arbeitsfläche 25 können die Stege 46 dünn gehalten werden, so daß sie eine nur relativ kleine Fähigkeit zur Führung des magnetischen Flusses haben. Die dünnen Stege 46 zwischen den Nuten 32 und 45 ermöglichen es im wesentlichen gratfreie Schlitze 50 mit geringer radialer Breite in der Scheibe 20 auszubilden, einfach durch Lochen der Stege von der Arbeitsfläche 25 der Scheibe 20 aus mit Hilfe des Lochwerkzeuges 47.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Scheibenkupplung mit einer Kupplungsscheibe (20), dadurch gekennzeichnet, daß eine allgemein kreisförmige Scheibe aus Metall verwendet wird, welche eine erste Seite hat, die die Arbeitsfläche (25) der Kupplungsscheibe bildet sowie eine zweite und gegenüberliegende Seite, welche die nichtarbeitende Fläche (24) der Kupplung bildet, daß die erste Seite (25) der Scheibe auf einem Gesenk (36) angebracht wird, das eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von Nuten (40) hat, daß ferner die zweite Seite (24) der Scheibe axial beaufschlagt wird mittels eines Stempels (34), der eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von im Winkel beabstandeten Rippen (38) hat, daß die Rippen (38) des Stempels radial mit den Nuten (40) des Gesenkes (36) ausgerichtet sind, daß der Stempel (34) gegen die zweite Seite (24) der Scheibe mit solcher Kraft angepreßt wird, daß durch die Rippen (38) Metall zum Gesenk (36) hin verdrängt wird und eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von im Winkel beabstandeten Nuten (32) in der zweiten Seite (34) der Scheibe ausgebildet wird, daß das durch die Rippen (38) verdrängte Metall axial weg von der ersten Seite (25) der Scheibe gedrückt wird und eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von im Winkel beabstandeten Ansätzen (41) bildet, die in den Nuten (40) des Gesenkes (36) aufgenommen werden, und daß die erste Seite (25) der Scheibe bearbeitet wird, um die Ansätze (41) dort zu entfernen und die erste Seite (25) im wesentlichen eben auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von im Winkel beabstandeten Nuten (45) in der ersten Seite (25) der Scheibe ausgebildet wird, und daß die Nuten (45) in der ersten Seite (25) der Scheibe radial mit den Nuten (32) in der zweiten Seite (24) der Scheibe fluchten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (20) von ihrer ersten Seite (25) her gelocht wird in radial und im Winkel beabstandeten Stellen, die radial und im Winkel mit den Nuten (32) in der zweiten Seite (24) der Scheibe fluchten, um dadurch radial beabstandete Reihen von im Winkel beabstandeten Schlitzen (50) durch die Scheibe hindurch auszubilden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochen nach der Ausbildung der ringförmigen Nuten (45) in der ersten Seite (25) der Scheibe ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochen ausgeführt wird mittels eines Lochwerkzeuges (47), das radial beabstandete Reihen von im Winkel beabstandeten Lochstempeln (48) hat, welche durch die Böden der ringförmigen Nuten (45) in der ersten Seite (25) der Scheibe hindurchtreten, und daß die radiale Breite der Lochstempel (48) kleiner ist als die radiale Breite der ringförmigen Nuten (45) in der ersten Seite (25) der Scheibe.

6. Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Scheibenkupplung mit einer Kupplungsscheibe (20), dadurch gekennzeichnet, daß eine allgemein kreisförmige Scheibe aus einem Metall bereitgestellt wird, das eine niedrige magnetische Reluktanz hat, daß die Scheibe eine erste Seite (25) hat, die eine Arbeitsfläche (25) bildet sowie eine zweite (24) und gegenüberliegende Seite, die eine Nicht-Arbeits-Fläche (24) bildet, daß die Arbeitsfläche (25) der Scheibe auf einem Gesenk (36) angeordnet wird, das eine Mehrzahl von kreisförmigen und radial beabstandeten Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Nuten (40) aufweist, daß die Nicht-Arbeits-Fläche (24) der Scheibe mittels eines axial beweglichen Stößels (34) beaufschlagt wird, der eine Mehrzahl von kreisförmigen und radial beabstandeten Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Rippen (38) besitzt, daß die Rippen (38) des Stößels (34) radial und im Winkel mit den Nuten (40) des Gesenkes (36) ausgerichtet sind, daß ferner der Stempel (34) gegen die Nicht-Arbeits-Fläche (24) der Scheibe angepreßt wird mit solcher Kraft, daß durch die Rippen (38) das Metall der Scheibe zum Gesenk (36) hin versetzt wird und eine Mehrzahl von kreisförmigen und radial beabstandeten Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Nuten (32) in der Nicht-Arbeits- Fläche (24) der Scheibe bildet, daß das durch die Rippen (38) verdrängte Metall axial weg von der Arbeitsfläche (25) der Scheibe gedrückt wird und eine Mehrzahl von kreisförmigen und radial beabstandete Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Ansätzen (41) bildet, die in den Nuten (40) des Gesenkes (36) aufgenommen werden, daß schließlich die Arbeitsfläche (25) der Scheibe bearbeitet wird, um diese Ansätze (41) von ihr zu entfernen, und daß eine Mehrzahl von kreisförmigen Reihen von in Umfangsrichtung kontinuierlichen Nuten (45) in der Arbeitsfläche (25) der Scheibe ausgebildet wird in radialer Flucht mit den Reihen der Nuten (32) in der Nicht-Arbeits-Fläche (24) der Scheibe.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Scheibe (20) von ihrer Arbeitsfläche (25) her an radial und im Winkel beabstandeten Stellen Löcher ausgebildet werden, die radial und im Winkel mit den Nuten (32) in der Nicht-Arbeits-Fläche (24) der Scheibe fluchten, um dadurch kreisförmige und radial beabstandete Reihen von im Winkel beabstandeten Schlitzen (50) durch die Scheibe hindurch auszubilden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Löcher bewirkt wird durch ein Lochwerkzeug (47), das eine Mehrzahl von kreisförmigen und radial beabstandeten Reihen von bogenförmigen und im Winkel beabstandeten Lochstempeln (48) aufweist, welche durch die Böden der Nuten (45) in der Arbeitsfläche (25) der Scheibe hindurchbrechen, und daß die radiale Breite der Lochstempel (48) kleiner ist als die radiale Breite der Nuten (45) in der Arbeitsfläche (25) der Scheibe.