Derartige Doppelkupplungen werden hauptsächlich in Werkzeugmaschinen zur Drehzahlabstufung des Hauptantriebs angewendet. Sie können aber auch für Maschinen mit ähnli- chem Antriebskonzept und für Fahrantriebe, z. B. in Elek- trofahrzeugen eingesetzt werden. Mit ihnen wird in der Re- gel ein preiswerter Zweigangantrieb mit einem frei wählba- ren Stufensprung und mit einer spielfreien Drehmomentüber- tragung realisiert, der einfach zu schalten ist und einen geringen Platz beansprucht. Ferner ist der Montage-und Wartungsaufwand gering. Schließlich besitzen die Doppel- kupplungen eine hohe Laufruhe und die Temperaturentwicklung am Spindelstock ist sehr gering.

Derartige Doppelkupplungen sind aus dem Typenblatt Nr. 6643757701 vom April 1999 der ZF Maschinenantriebe GmbH bekannt. Mit den sogenannten Zweigangkupplungen werden zwei Getriebeabstufungen im Zusammenwirken von zwei Riementrie- ben, einer elektromagnetisch betätigten Kupplung und einer Dauermagnetkupplung in Einflächenbauart erreicht. Die Zwei- gangkupplung besteht aus einem fest mit einer Maschinenwand verbundenen Elektromagneten und einer mittels Paßfeder auf einer Welle fixierten Rotorgruppe, die für die Aufnahme von Riemenscheiben vorgesehen ist. Die beiden Rotoren sind mit

Wälzlagern, die eine Lebensdauerfettfüllung aufweisen, auf einem Nabenteil gelagert. Zwischen den Rotoren sitzt ein als Ankerscheibe ausgebildeter Anker, dessen axiale Bewe- gung durch Membranfedern ermöglicht wird. Die Membranfedern sind einerseits an dem Nabenteil und andererseits an der Ankerscheibe befestigt und übertragen das Drehmoment spiel- frei. Der ringförmige Elektromagnet ragt, nur durch einen schmalen Luftspalt getrennt, in den ersten Rotor, während der zweite Rotor einen ringförmigen Dauermagneten enthält.

Die dem Anker zugewandten Stirnflächen der Rotoren bilden die Pol-und Reibflächen für die jeweils im Zusammenspiel mit dem Anker wirkende Kupplung. Im unbestromten Zustand des Elektromagneten wird die Ankerscheibe vom Dauermagneten angezogen, so daß diese Kupplung geschlossen ist. Wird der Elektromagnet bestromt, wird das Magnetfeld des Permanent- magneten geschwächt und die Ankerscheibe vom Elektromagne- ten angezogen, so daß die zuvor geschlossene Kupplung öff- net, während die andere Kupplung schließt. Die Membranfeder besitzt in axialer Richtung nur eine geringe Federsteifig- keit, damit sie den Magnetkräften keinen zu großen Wider- stand entgegensetzt. In Umfangsrichtung ist sie jedoch sehr steif, so daß sie spielfrei große Drehmomente übertragen kann.

Um die Durchflutung der Ankerscheibe nicht zu stören und dadurch die Magnetkräfte zu reduzieren, besitzen die als Reibflächen dienenden Polflächen des Elektromagneten und des Permanentmagneten sowie der Ankerscheibe keine Reibbeläge. Da so die Wahl der Reibpaarungen begrenzt ist, kann das übertragbare Reibmoment weitgehend nur durch die Größe der Magnete bestimmt werden. Ferner wird durch die

Größe der Magnete die Schaltzeit beeinflußt, die außer von den axial wirkenden Kräften von den axial zu bewegenden Massen beeinflußt wird.

Aus der EP 0 341 653 Bl ist eine Antriebseinrichtung mit einer elektromagnetisch betätigten Doppelkupplung be- kannt, bei der eine Ankerscheibe zwischen zwei Rotoren an- geordnet ist und mittels eines Elektromagneten und eines Dauermagneten auf einer Getriebewelle in einer Außenverzah- nung axial verschiebbar ist. Wegen der Axialverschiebung muß die Ankerscheibe mit Spiel in der Außenverzahnung ge- führt sein, so daß das Drehmoment nicht spielfrei übertra- gen wird. Ferner ist die Führung mit Reibung behaftet, die dem Schaltablauf entgegenwirkt, wodurch höhere Schaltkräfte erforderlich sind.

Aus der DE-OS 1 575 907 ist ein elektromagnetisch ge- kuppeltes Schaltgetriebe mit einer Einscheibenkupplung be- kannt. Zwischen zwei Keilriemenscheiben sitzt eine Kupp- lungsscheibe, die an ihren Stirnseiten Reibbeläge aufweist, fest auf einer Motorwelle. Zu beiden Seiten der Kupplungs- scheibe sind auf einem Nabenteil der Kupplungsscheibe eine Druckglocke und eine Ankerplatte zur Kupplungsscheibe axial verschiebbar gelagert, wobei die Druckglocke und die Anker- platte über Distanzstücke verbunden sind, die die Kupp- lungsscheibe durchdringen und das Drehmoment von der Motor- welle auf eine der Keilriemenscheiben übertragen. Die An- kerplatte arbeitet mit einem im Gehäuse angeordneten Elek- tromagneten zusammen, der im bestromten Zustand die Anker- platte mit den Distanzstücken, der Druckglocke und den auf dieser Einheit über Kugellager drehbar gelagerten Keilrie-

menscheiben axial verschiebt bis die entsprechende Keilrie- menscheibe an dem gegenüberliegenden Reibbelag der Kupp- lungsscheibe anliegt und ein Reibschluß hergestellt wird.

Im stromlosen Zustand des Elektromagneten öffnet eine Schraubenfeder, die sich einerseits an einer Stirnfläche der Motorwelle und andererseits an der Druckglocke ab- stützt, den Reibschluß zwischen den Reibflächen und ver- schiebt die Einheit in die entgegengesetzte axiale Rich- tung, bis die andere Keilriemenscheibe an der gegenüberlie- genden Reibfläche der Kupplungsscheibe anliegt und einen Reibschluß herstellt. Die so gebildete Doppelkupplung be- sitzt große Massen, die während des Schaltvorgangs axial zu bewegen sind. Ferner sind die axialen Führungen mit erheb- lichen Reibkräften behaftet, zumal sie durch die Spannkräf- te der Keilriemen belastet werden. Um kurze Schaltzeiten zu ermöglichen, muß die Druckfeder entsprechend stark dimen- sioniert werden. Dies erfordert andererseits einen eben- falls stark dimensionierten Elektromagneten, der neben der großen Schaltkräften die Kraft aufbringen muß, um die Druckfeder entsprechend vorzuspannen.

Aus der DE 42 15 528 A1 ist ferner eine Einfachkupp- lung bekannt, bei der ein Elektromagnet eine Ankerscheibe mit einer Reibfläche gegen eine entsprechende Reibfläche eines Rotors zieht, der mit einer Keilriemenscheibe verbun- den ist. Die Ankerscheibe ist mit Haltearmen einer Nabe über drei auf den Umfang verteilte, ringförmige Blattfedern verbunden. Die Nabe ist auf einer Kompressorwelle befe- stigt. Die Blattfedern besitzen eine nierenförmige Grund- form, wobei die Gestalt und die Lage der Blattfedern eine

gewisse Torsionsdämpfung bewirken, wenn ein Drehmoment von der Ankerplatte auf die Nabe übertragen wird. Die Blattfe- dern, die aus einem Werkstoff mit einer hohen magnetischen Reluktanz hergestellt sind, z. B. aus einem rostfreien Stahl, bewegen die Ankerplatte in eine geöffnete Position, wenn der Elektromagnet stromlos ist. Hierfür sind nur ge- ringe axiale Kräfte erforderlich und erwünscht, um einen kleinen Elektromagneten verwenden zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Doppelkupplung die spielfreie Ubertragungs- fähigkeit in einem kleinen, insbesondere axial kurzen Bau- raum zu verbessern. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung erzeugt ein Federsystem die Axial- kraft zur Drehmomentübertragung in der zweiten Schaltstel- lung, wenn der Elektromagnet stromlos ist. Das Federsystem besteht aus der Membranfeder und zusätzlichen, insbesondere axial wirkenden Federn. Die Membranfeder überträgt haupt- schlich das Drehmoment spielfrei, während die übrigen Fe- dern vor allem die Axialkräfte erzeugen, die für den Reib- schluß in der zweiten Schaltstellung erforderlich sind. Da die Ankerscheibe ein relativ schmaler Ring ist, der nur eine geringe Masse hat, und sich in axialer Richtung rei- bungsfrei bewegt, können die axial wirkenden Federn des Federsystems relativ schwach dimensioniert werden. Trotzdem können aber den Reibschluß der Reibflächen große Drehmomen- te übertragen und kurze Schaltzeiten erreicht werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das über- tragbare Moment in der zweiten Stellung dadurch modifiziert werden, daß die Reibfläche an dem zweiten Antriebselement von einem Reibbelag gebildet wird, so daß die Reibpaarung, die von magnetischen Bedingungen unabhängig gewählt werden kann, ausschließlich auf die Erfordernisse des Antriebs abgestimmt werden kann.

Da die zusätzlichen Federn des Federsystems kein Dreh- moment übertragen müssen, können in vorteilhafter Weise Druckfedern verwendet werden, die sich am Nabenteil abstüt- zen und die Ankerscheibe in Richtung auf die zweite Schalt- stellung belasten. Diese Druckfedern sind zweckmäßigerweise als Schraubenfedern oder Tellerfedern ausgebildet. Es kön- nen aber auch gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfin- dung Biegefedern sein, die parallel zur Membranfeder vorge- sehen sind. Zweckmäßigerweise sind mehrere Biegefedern auf dem Umfang verteilt, wobei sie so angeordnet und gestaltet sind, daß sie weniger zur Drehmomentübertragung beitragen als vorzugsweise die axialen Kräfte erzeugen. Hierzu eignen sich vor allem ringförmige Blattfedern, die vorzugsweise eine nierenförmige Gestalt haben und an den gleichen Stel- len wie die Membranfeder befestigt sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich- nungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbei- spiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam- menfassen.

Es zeigen : Fig. 1 einen Längs-Schnitt durch einen Antrieb mit einer erfindungsgemäßen Doppelkupplung, Fig. 2 eine Membranfeder in einer Draufsicht, Fig. 3 eine Ringfeder mit nierenförmigen Biegefe- dern, Fig. 4 eine Variante zu Fig. 1 entsprechend einem Ausschnitt IV in Fig. 1 mit auf den Umfang verteilten Schraubenfedern im Ausschnitt, Fig. 5 eine Variante zu Fig. 4 mit einer Tellerfe- der, Fig. 6 schematisch einen Längs-Schnitt durch eine Drehmaschine, Fig. 7 eine Seiten-Ansicht eines Riemengetriebes, Fig. 8 eine Seiten-Ansicht einer Ausgestaltung ei- nes Riemengetriebes und Fig. 9 einen Längs-Schnitt durch einen Teil des Riemengetriebes gemäß Fig. 8.

Der Antrieb 1 nach Fig. 1 besitzt eine Abtriebsschei- be 15, die fest auf einer Welle 5 montiert ist. Ferner ist ein erstes Antriebselement 7 vorgesehen, das von einer Rie- menscheibe 9 mit Keilriemen 10 gebildet wird. Die Riemen- scheibe 9 ist an einem Magnetflußleitkörper 11 befestigt.

Dieser ist auf der Welle 5 mittels zweier Wälzlager 16 drehbar gelagert.

Ferner ist auf der Welle 5 ein zweites Antriebsele- ment 8 in Form einer Riemenscheibe 17 mit einem Keilrie- men 18 und einem Lagerteil 19 mittels Wälzlager 16 gela-

gert. Zwischen dem Lagerteil 19 und dem Magnetflußleitkör- per 11 ist eine ringförmige Ankerscheibe 3 angeordnet, die über eine Membranfeder 6 und mehrere Biegefedern 22 mit einem Nabenteil 4 verbunden ist, das fest auf der Welle 5 sitzt. Während das Nabenteil 4 zweckmäßigerweise aus einem Werkstoff mit einer hohen magnetischen Reluktanz herge- stellt ist, ist die Ankerscheibe 3 magnetisierbar und be- sitzt eine geringe Masse. An den Stirnflächen 33,34 der Ankerscheibe 3 befinden sich Reibflächen, die mit einer Reibflache 20 an dem Magnetflußleitkörper 11 und einem Reibbelag 21 an dem Lagerteil 19 zusammenarbeiten. Um eine magnetische Durchflutung der Ankerscheibe 3 sicherzustel- len, besitzt der Magnetflußleitkörper 11 einen Isolier- ring 12.

Die Ankerscheibe 3 kann durch einen ringförmigen Elek- tromagneten 13, der in einem Kupplungsgehäuse 14 unterge- bracht ist, in einer axialen Richtung 35 in eine erste Schaltstellung gebracht werden, wenn er bestromt wird. In dieser Stellung liegt die Stirnfläche 33 der Ankerscheibe 3 mit ihrer Reibfläche an der Reibfläche 20 des Magnetfluß- leitkörpers 11 an und bildet einen Reibschluß, so daß die Antriebsscheibe 15 über die Welle 5, das Nabenteil 4, die Membranfeder 6 und den Magnetflußleitkörper 11 spielfrei mit dem ersten Antriebselement 7 verbunden ist. So wird eine erste Kupplung einer Doppelkupplung 2 gebildet.

Bei unbestromten Elektromagneten 13 wird die Anker- scheibe 3 insbesondere durch die Biegefedern 22 in Rich- tung 36 in eine zweite Schaltstellung bewegt, in der die Stirnfläche 34 mit ihrer Reibfläche an dem Reibbelag 21

anliegt, der die Reibfläche an dem Lagerteil 19 bildet. In der zweiten Schaltstellung besteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebsscheibe 15 und dem zweiten Antriebselement 8, wobei das übertragbare Moment durch die Reibpaarung zwischen dem Reibbelag 21 und der Ankerschei- be 3 und insbesondere durch die axiale Kraft der Biegefe- dern 22 bestimmt wird. Dadurch wird die zweite Kupplung der Doppelkupplung 2 gebildet. Da die Masse der Ankerscheibe 3 sehr gering ist und bei ihrer axialen Verlagerung keine Reibung auftritt, können mit relativ geringen Federkräften kurze Schaltzeiten und große übertragbare Drehmomente er- reicht werden.

Durch die unterschiedlichen Durchmesser der Riemen- scheibe 9 des ersten Antriebselements 7 und der Riemen- scheibe 17 des zweiten Antriebselements 8 werden unter- schiedliche Ubersetzungsstufen realisiert, die in weiten Grenzen frei wählbar sind.

Die Funktion der Drehmomentübertragung und die Funkti- on der axialen Verstellung der Ankerscheibe 3 sind vonein- ander getrennt, wobei die Membranfeder 6 zur spielfreien Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung sehr steif und in axialer Richtung sehr weich ausgelegt ist. Demgegenüber erzeugen die Biegefedern 22 vor allem axiale Stellkräfte.

Aus Fig. 2 geht die besondere Gestaltung der Membran- feder 6 hervor. Sie besitzt einen äußeren Umfangsbereich 26 mit Schraubenlöchern 27 zur Befestigung an der Ankerschei- be 3. Von dem Umfangsbereich 26 gehen Segmentstege 29 aus, die Schraubenlöcher 28 zur Befestigung an dem Nabenteil 4

haben. Zwischen dem Randbereich und den Segmentstegen 29 werden nierenförmige Durchbrüche 31 gebildet, die eine axiale Bewegung zwischen den Schraubenlöchern 27 und 28 zulassen, während in Umfangsrichtung die Segmentstege 29 eine sehr steife Ausführung ergeben. Die Steifigkeit in Umfangsrichtung wird durch einen Innenring 30 erhöht, der die Segmentstege 29 miteinander verbindet. Die Segmentste- ge 29 und der Innenring 30 bilden annähernd gleichseitige Durchbrüche 32.

Die Membranfeder 6 wird zweckmäßigerweise so gestaltet und angeordnet, daß sie bei bestromten Elektromagneten 13, also in der ersten Schaltposition, plan an der Ankerschei- be 3 anliegt.

Die Biegefedern 22 können stabförmige Blattfedern sein. In der Ausführung nach Fig. 3 besitzen sie jedoch eine ringförmige, nierenförmige Gestalt. In dieser Ausfüh- rung sind drei Biegefedern 22 auf den Umfang gleichmäßig verteilt, wobei sie an den langen Seiten mit Schrauben 37 und 38 an den gleichen Stellen befestigt sind wie die Mem- branfeder 6.

Fig. 4 zeigt im vergrößerten Maßstab eine Variante des Bereichs IV in Fig. 1. Hierbei sind auf den Umfang verteil- te Schraubenfedern 24 vorgesehen, die sich einerseits an einem Nabenteil 23 und andererseits an der Ankerscheibe 3 abstützen und somit die Ankerscheibe 3 in Richtung 36 bela- sten.

Die Variante nach Fig. 5 zeigt eine Tellerfeder 25, die in gleicher Weise wie die Schraubenfeder 24 die Anker- scheibe 3 in Richtung 36 belastet.

In der schematischen Fig. 6 ist eine Drehmaschine 40 mit einer Spindelwelle 42 gezeigt, auf der eine Spannvor- richtung 43 angeordnet ist und die über ein schaltbares, zweistufiges Riemengetriebe 44 durch eine Motorwelle 46 eines elektrischen Antriebsmotors 48 antreibbar ist. Das Riemengetriebe 44 weist eine kleine Riemenscheibe 50 und eine große Riemenscheibe 52 auf, die beide drehfest auf der Spindelwelle 42 angeordnet sind. Daneben sind eine große Riemenscheibe 9 sowie eine kleine Riemenscheibe 17 gezeigt, die beide drehbar auf der achsversetzten Motorwelle 46 ge- lagert sind. Die Riemenscheiben 50,9 sowie die Riemen- scheiben 52,17 sind jeweils von einem Ubertragungsrie- men 58, 60 umschlungen. Die auf der Motorwelle 46 drehbar gelagerten Riemenscheiben 9,17 sind über eine in Fig. 1 dargestellte, elektromagnetisch betätigbare, spielfreie Doppelkupplung 2 wahlweise mit der Motorwelle 46 kuppelbar.

Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist die Doppelkupplung radial innerhalb der größeren Riemenscheibe 9 und axial teilweise innerhalb des Bauraums angeordnet, der von den Riemenscheiben 9,17 beansprucht wird. Vorhandene Einbau- räume für das Riemengetriebe können daher optimal genutzt werden.

In der Ausführungsform einer Drehmaschine gemäß Fig. 6 ist die Doppelkupplung 2 auf der Motorwelle 46 koaxial zur Hauptachse des Antriebsmotors 48 angeordnet, wobei die An-

kerscheibe 3 der Doppelkupplung drehfest mit der Motorwelle verbunden ist. Auf diese Weise bilden Motor und der schalt- bare Teil des Riemengetriebes ein kompaktes Modul.

Anderen Einbauverhältnissen und Anforderungen an die Gesamtübersetzung kann mit einer in Fig. 8 dargestellten Variante entsprochen werden. Hierbei ist eine Zwischenwel- le 62 vorhanden, auf der neben zwei Riemenscheiben 9,17, die Teil der zweistufigen Ubersetzungsvorrichtung sind, eine weitere Riemenscheibe 15 (Fig. 9) angeordnet ist, die über einen dritten Ubertragungsriemen 66 trieblich mit ei- ner koaxial zur Drehspindelwelle 42 angeordneten Riemen- scheibe 68 verbunden ist. In der Ausführungsform einer Drehmaschine gemäß Fig. 8 sind die beiden Übersetzungsstu- fen des Riemengetriebes also zwischen der Motorwelle 46 und der Zwischenwelle 62 angeordnet. Zwischen der Zwischenwel- le 62 und der Drehspindelwelle 42 ist ein einfaches Riemen- getriebe mit fester Übersetzung vorgesehen. Alternativ könnte die feste Übersetzung zwischen Motorwelle 46 und Zwischenwelle 62 vorgesehen werden und der zweistufige Teil zwischen Zwischenwelle 62 und der Drehspindelwelle 42.

Bezugszeichen 1 Antrieb 2 Doppelkupplung 3 Ankerscheibe 4 Nabenteil 5 Welle 6 Membranfeder 7 erstes Antriebselement 8 zweites Antriebselement 9 Riemenscheibe 10 Keilriemen 11 Magnetflußleitkörper 12 Isolierring 13 Elektromagnet 14 Kupplungsgehause <BR> 15 Abtriebsscheibe<BR> <BR> <BR> 16 Wälzlager 17 Riemenscheibe 18 Keilriemen 19 Lagerteil 20 Reibfläche 21 Reibbelag 22 Biegefeder 23 Nabenteil 24 Schraubenfeder 25 Tellerfeder 26 Umfangsbereich 27 Schraubenloch 28 Schraubenloch 29 Segmentsteg 30 Innenring 31 Durchbruch 32 Durchbruch <BR> <BR> 33 Stirnflache<BR> <BR> 34 Stirnfläche 35 Richtung 36 Richtung 37 Schraube 38 Schraube 40 Drehmaschine 42 Drehspindelwelle 43 Spannvorrichtung 44 Riemengetriebe 46 Motorwelle 48 elektrischer Antriebsmotor 50 Riemenscheibe 52 Riemenscheibe 58 Ubertragungsriemen 60 Ubertragungsriemen 62 Zwischenwelle 66 Ubertragungsriemen 68 Riemenscheibe