AT508579A1

AT508579A1 - Elektromagnetische brems- bzw. kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: AT508579A1
Application number: AT12612009A
Authority: AT
Original assignee: Berglez Janko
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-15

Description

1 B 12892 „Elektromagnetische Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung“

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung, umfassend ein Spulengehäuse mit einer relativ dazu axial beweglichen Ankerscheibe, wobei die Ankerscheibe durch zumindest eine Feder axial in einer ersten Richtung und durch eine von zumindest einem Elektromagneten mit einer Erregerspule hervorgerufene magnetische Kraft in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verstellbar ist.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Ausführungsformen elektromagnetischer Bremsen bekannt. EP 1 258 646 A2 zeigt beispielsweise eine elektromagnetisch lüftbare Federkraftbremse mit mehreren Lüftungsmagneten. Das Magnetteil der Bremse weist eine Mehrzahl von achsparallel angeordneten Elektromagneten mit je einer Erregerspule auf. Zur Leistungsoptimierung ist die Ankerscheibe einstückig ausgeführt und jeder Elektromagnet ist mit einem stabförmigen Eisenkern versehen, auf dem die zugehörige Erregerspule sitzt. Das erste Polende dieser Eisenkerne ist fest mit einer ferromagnetischen Bodenplatte verbunden und das zweite Polende bildet eine Anschlagfläche für die Ankerscheibe. Ein Bremsrotor, der koaxial zur Ankerscheibe angeordnet und unter Mitnahme durch die Ankerscheibe gegen ein feststehendes Widerlager pressbar ist, ist beidseitig mit Reibbelägen versehen. Die Reibbelagsflächen sind dabei jeweils senkrecht zur Wellenachse angeordnet.

In der WO 00/28232 wird eine elektromagnetisch lüftbare Federkraftbremse mit einer geteilten Ankerscheibe gezeigt. Diese Ausführungsform ist für besondere Anwendungsfalle mit erhöhten Sicherheitsanforderungen ausgelegt, beispielsweise für Bremsen, die an Antrieben von Aufzugsanlagen eingesetzt werden. Bei einem möglichen Störfall der Bremse, wenn sich eine einstückige Ankerscheibe der Bremse an einem Magnetteil verklemmt und sich trotz vorhandener Federkraft nicht vollflächig an den Bremsrotor anlegen kann, wird mit der hier gezeigten, geteilten Ankerscheibe Abhilfe geschaffen. Für jeden der beiden Teile der geteilten Ankerscheibe sind unabhängig voneinander wirkende Druckfedem vorgesehen, die im stromlosen Zustand der Bremse zumindest einen Teil der Ankerscheibe gegen die Reibbeläge des Bremsrotors drücken. Die Reibbelagsflächen sind dabei ebenfalls senkrecht zur Wellenachse angeordnet. 2

Zur Lösung derselben Aufgabe, eine besonders ausfallsichere elektromagnetische Federdruckbremse zu schaffen, wird in EP 0 953 786 Bl ein anderer Weg beschritten und es wird eine elektromagnetische Federdruckbremse mit zwei voneinander unabhängigen Bremskreisen gezeigt. Auch hier sind Reibbeläge an beiden Seiten des Bremsrotors vorgesehen und die Reibbelagsflächen stehen jeweils senkrecht zur Wellenachse.

Nachteilig an sämtlichen zuvor genannten Ausführungsformen ist, dass aufgrund der gewählten Anordnung der Reibbelagsflächen jeweils senkrecht zur Wellenachse sehr hohe Federkräfte erforderlich sind, um ein Bremsmoment zwischen einem feststehenden Widerlager und einer rotierenden Welle oder Nabe übertragen zu können. Verunreinigungen, beispielsweise mechanischer Abrieb der Reibbeläge, die zwischen die Reibbelagsflächen und die gegengleich gepaarten, dazu parallelen Flächen des Widerlagers bzw. der Ankerscheibe gelangen und sich dort ablagem, führen meist dazu, dass beim Bremsen die Reibbeläge des Bremsrotors nicht mehr flächig angepresst werden und dadurch das übertragbare Bremsmoment deutlich reduziert wird.

Weiters sind bei sämtlichen Ausführungsfoimen mit beidseitig am Bremsrotor angeordneten Reibbelägen sowohl der scheibenförmige Bremsrotor, als auch die Ankerscheibe in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Eine Bremswirkung bzw. eine Übertragung eines Bremsmoments erfolgt erst, nachdem von den Druckfedem beaufschlagt sowohl der Bremsrotor in axialer Richtung verschoben ist und der Bremsbelag auf der ersten Seite des Bremsrotors gegen ein feststehendes Widerlager gedrückt wird, als auch die Ankerscheibe bereits soweit axial in Richtung des Bremsrotors verschoben ist, dass sie gegen den Bremsbelag auf der zweiten Seite des Bremsrotors gepresst wird. Nachteilig an diesen Ausführungsformen ist daher, dass sowohl die Rotorscheibe des Bremsrotors, als auch die Ankerscheibe in axialer Richtung verschiebbar gelagert ausgeführt sein müssen und derartige Federdruckbremsen somit zumindest in axialer Richtung große Außenabmessungen aufweisen. Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Federdruckbremsen sind daher limitiert.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektromagnetische Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung zur lüftbaren Übertragung eines Dreh- bzw. Bremsmoments bereitzustellen, die die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einer elektromagnetischen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. 3

Vorteilhafterweise ist eine elektromagnetische Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung, umfassend ein Spulengehäuse mit einer relativ dazu axial beweglichen Ankerscheibe, wobei die Ankerscheibe durch zumindest eine Feder axial in einer ersten Richtung und durch eine von zumindest einem Elektromagneten mit einer Erregerspule hervorgerufene magnetische Kraft in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verstellbar ist, wobei das Spulengehäuse oder eine koaxial zur Ankerscheibe angeordnete Rotorscheibe mit zumindest einer schräg zur Längsachse angeordneten, ringförmigen Reibfläche versehen ist, die flächig gegen jeweils eine Gegenreibfläche der Ankerscheibe reibschlüssig anpressbar ist.

Durch die erfindungsgemäße schräge Anordnung der zumindest einen Reibfläche werden bei einer gattungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung bei vorteilhafter kleiner, besonders kompakter Bauweise höhere Antriebs- bzw. Bremsmomente übertragen, als dies bei den bekannten Ausführungen mit senkrecht zur Längsachse angeordneten Reibflächen der Fall ist. Insbesondere durch die schräge Anordnung der zumindest einen Reibfläche wird es möglich, die Reibflächen in radialer Richtung gesehen möglichst weit außen von der Längsachse entfernt anzuordnen. Somit werden besonders große Brems- bzw. Antriebsmomente von der erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung übertragbar.

Trapezförmig bzw. schräg angestellte Reibflächen wurden bisher für den Einsatz bei gattungsgemäßen elektromagnetischen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtungen nicht vorgesehen. In der WO 95/00768 werden zwar einander trapezförmig gegenüberliegend bzw. zueinander keilförmig angeordnete Reibflächen gezeigt, allerdings handelt es sich dabei - abweichend von der Erfindung - um eine rein mechanisch wirkende Kolbenbremse. Weiters unterscheidet sich die Wirkungsweise der dort gezeigten Kolbenbremse grundsätzlich gegenüber der Erfindung, da die mit Bremsbelegen versehenen Bremsbacken zum Bremsen radial und nicht axial bewegt werden.

Zweckmäßig weist bei einer erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung die Rotorscheibe oder das Spulengehäuse mehrere Reibflächen auf, die axial gestapelt angeordnet sind.

Durch die axial gestapelte Anordnung mehrerer Reibflächen wird eine besonders kompakte Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung erreicht, die im Vergleich zu Ausführungen mit einer einzigen ringförmigen Reibfläche zur Übertragung eines mehrfachen Antriebs- bzw. Bremsmomentes ausgelegt ist. Bei erfindungsgemäßen Ausführungen mit mehreren 4 • · · · · · · ·· · · • « · · «· · · · % « • ·· · · ·· « I ··

Reibflächen, die jeweils schräg zur Längsachse an der Rotorscheibe oder am Spulengehäuse angeordnet sind, ist es denkbar, die Reibflächen beispielsweise lamellenartig radial gestapelt anzuordnen, um solcherart eine besonders kompakte Bauweise einer gattungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung zu erzielen.

Besonders vorteilhaft ist bei einer erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung die zumindest eine Reibfläche konusförmig, insbesondere mit einem Winkel zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 20° und 70°, schräg gegenüber der Längsachse angestellt.

In einer vorteilhaften Variante einer erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung ist die zumindest eine Reibfläche konvex und/oder konkav gewölbt. Wesentlich dabei ist, dass die Reibfläche an der Rotorscheibe oder am Spulengehäuse sowie die Gegenreibfläche an der Ankerscheibe gegengleich gepaart ausgeführt sind und zur Übertragung eines Drehmoments die Reibfläche und die Gegenreibfläche einander flächig berühren.

Zweckmäßig ist bei einer erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung zwischen der Rotorscheibe und einer Nabe zumindest ein Stellelement vorgesehen.

Vorteilhaft umfasst das Stellelement eine Stellschraube und eine Stellfeder.

Mittels des Stellelements lässt sich der Spaltabstand zwischen der Rotorscheibe und der Ankerscheibe händisch einstellen. Durch Verstellen der Stellschraube kann der Abstand zwischen der Rotorscheibe und dem Spulengehäuse bzw. der damit verbundenen Nabe in axialer Richtung eingestellt werden. Durch Anziehen der Stellschraube bzw. durch Anpressen der Stellfeder wird die Rotorscheibe näher an das Spulengehäuse verschoben, durch Lockern der Stellschraube bzw. Nachlassen der Stellfeder wird dieser Abstand vergrößert. Dadurch werden indirekt der Spaltabstand im stromlosen Zustand der Bremsvorrichtung sowie das Spiel in axialer Richtung zwischen der schräg gestellten Reibfläche bzw. Gegenreibfläche beeinflusst.

Eine Variante der Erfindung umfasst eine Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung, wobei das Spulengehäuse mit zumindest einer die Ankerscheibe axial verstellenden Lüftungsschraube versehen ist.

Im Falle eines Stromausfalls kann beispielsweise durch Anziehen der Lüftungsschraube der Spaltabstand zwischen der Ankerscheibe und der Rotorscheibe verringert und somit die Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung von Hand gelöst werden. 5

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungs Vorrichtung ist eine Feder als Druckfeder vorgesehen, die im Spulengehäuse gelagert ist und axial gegen die Ankerscheibe drückt.

In einer Variante der erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung ist eine Feder als Zugfeder vorgesehen, die, wenn an einer Welle bzw. Nabe befestigt, die Ankerscheibe axial in Bezug auf das Spulengehäuse wegzieht.

Erfindungsgemäß ist bei einer Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung die Ankerscheibe mit dem Spulengehäuse mit zumindest einem Bolzen axialbeweglich rotationsfest verbunden.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, eine Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung einzusetzen, bei der die Rotorscheibe im Spulengehäuse drehbar gelagert ist.

In einer Fortbildung der Erfindung ist bei einer Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung das Spulengehäuse mit Stromschleifringen, die jeweils mit Anschlüssen der zumindest einen Erregerspule verbunden sind, versehen.

Diese Ausführungsvariante mit einem Spulengehäuse mit Stromschleifringen wird insbesondere dann vorteilhaft eingesetzt, wenn das Spulengehäuse als ein rotierender Bauteil einer Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung ausgeführt wird.

Besonders vorteilhaft ist bei einer erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung die Reibfläche und/oder die Gegenreibfläche mit einem Reibbelag aus einem organischen Material enthaltend Fasern, die beispielsweise aus Glas, Gummi oder Karbon gewonnen werden, versehen.

In dieser Ausführungsvariante ist der Reibbelag, der an der Reibfläche der Rotorscheibe und/oder an der Gegenreibfläche der Ankerscheibe verdrehsicher befestigt ist, insbesondere für den trockenen Einsatz ohne Verwendung eines flüssigen Kühlmittels geeignet.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Reibbelag an der Reibfläche und/oder an der Gegenreibfläche aus einem gesinterten Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, hergestellt.

Reibbeläge aus gesinterten Werkstoffen sind besonders robust und können auch in Kombination mit flüssigen Kühlmitteln verwendet werden. 6

Besonders zweckmäßig ist bei einer Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung das Spulengehäuse aus einem ferromagnetischen Material hergestellt.

Das ferromagnetische Spulengehäuse umschließt beispielsweise mehrere Erregerspulen, die bei einer angelegten Spannung gemeinsam mit dem Spulengehäuse einen magnetischen Kreis eines Elektromagneten bilden. Ausgehend von einem ersten Polende einer Erregerspule wird der geschlossene magnetische Kreis dabei über das Spulengehäuse zu den jeweils direkt benachbarten Erregerspulen und über eine Ankerscheibe wieder zurück zum zweiten Polende der jeweiligen Erregerspule gebildet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Es zeigen in jeweils schematischen Schnittansichten von der Seite:

Fig. 1A eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung im stromlosen Zustand;

Fig. 1B die in Fig. 1A dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung nach Anlegen einer Spannung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung nach Anlegen einer Spannung;

Fig. 3 A eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung im stromlosen Zustand;

Fig. 3B die in Fig. 3A dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung nach Anlegen einer Spannung;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung mit mehreren axial gestapelt angeordneten Reibflächen;

Fig. 5A eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung im stromlosen Zustand;

Fig. 5B die in Fig. 5A dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung nach Anlegen einer Spannung.

Fig. 1A stellt in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 mit einem Spulengehäuse 2 im stromlosen Zustand dar. Das Spulengehäuse 2 ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und umschließt mehrere Erregerspulen 3, die bei einer angelegten Spannung gemeinsam mit dem Spulengehäuse 2 einen magnetischen Kreis der Feldlinien eines Elektromagneten 4 bilden. Fig. 1B zeigt die Bremsvorrichtung 1 nach 7

dem Anlegen einer Spannung. Dabei schließt sich der magnetische Kreis eines Elektromagneten 4 ausgehend von einem Polende einer Erregerspule 3 über das Spulengehäuse 2 zu den jeweils direkt benachbarten Erregerspulen 3 und über eine Ankerscheibe 5 wieder zurück zum zweiten Polende der jeweiligen Erregerspule 3. Dies setzt voraus, dass die jeweils benachbarten Elektromagneten 4 einander entgegengesetzt magnetisch gepolt sind, was durch eine entsprechende Verschaltung der Erregerspulen 3 erreicht wird. Die Anschlussleitungen einer externen Spannungsversorgung mit den Erregerspulen 3 sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt.

In Fig. 1A wird durch die Federkraft mehrerer Federn 7, die im Spulengehäuse 2 gelagert sind, die Ankerscheibe 5 axial in Pfeilrichtung 9 gegen eine Rotorscheibe 6 verschoben. Als Federn 7, mit denen die Ankerscheibe 5 beaufschlagt ist, werden beispielsweise Schraubendruckfedem verwendet. Der Spaltabstand 8 zwischen der Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 wird dadurch verringert. Umgekehrt dazu wird die Spaltbreite zwischen der Rotorscheibe 5 und dem Spulengehäuse 2 durch die wirkende Federkraft der Federn 7 maximal und beträgt im stromlosen Zustand beispielsweise 0,3 mm. Die Ankerscheibe 5 wird dabei flächig gegen eine mit einem Reibbelag 10 versehene ringförmige Reibfläche 11 der Rotorscheibe 6 gepresst, ein Spalt 8’ zwischen dem Reibbelag 10 und einer Gegenreibfläche 12, die an der Ankerscheibe 5 angeordnet ist und reibschlüssig an den Reibbelag 10 gepresst wird, verschwindet. Die Reibfläche 11 der Rotorscheibe 6 sowie die gegengleich dazupassende Gegenreibfläche 12 sind jeweils schräg zur Längsachse 14 der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 1 angeordnet. Die Rotorscheibe 6 ist beispielsweise an einen beweglichen Teil eines Elektromotors angeflanscht oder mit einer Nabe zur Befestigung einer Welle eines Elektromotors versehen. Da die Ankerscheibe 5 durch einen Bolzen 22 axialbeweglich sowie rotationsfest mit dem feststehenden Spulengehäuse 2 verbunden ist, und durch den Federdruck der Federn 7 die Ankerscheibe 5 weiters gegen den verdrehsicher befestigten Reibbelag 10 der Rotorscheibe 6 gedrückt wird, wird die Rotorscheibe 6 im stromlosen Zustand abgebremst bzw. verdrehsicher gegenüber dem feststehenden Spulengehäuse 2 fixiert. Eine Verdrehung der Rotorscheibe 6 in Drehrichtung 13 ist durch die reibschlüssige Verbindung mit der Ankerscheibe 5 somit nicht möglich und es kann ein Bremsmoment zwischen dem Spulengehäuse 2 bzw. der Ankerscheibe 5 und der eingebremsten Rotorscheibe 6 übertragen werden.

In Fig. 1B ist aufgrund der an der Erregerspule 3 anliegenden Spannung der magnetische Kreis der Elektromagneten 4 geschlossen und die Ankerscheibe 5 wird durch die hervorgerufene magnetische Kraft in axialer Richtung 9’ an das Spulengehäuse 2 herangezogen. Durch die in axialer Richtung zum Spulengehäuse 2 verschobene 8 8

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Ankerscheibe 5 wird der Spaltabstand 8 zwischen der Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 vergrößert. Die reibschlüssige Verbindung zwischen der Reibfläche 11 der Rotorscheibe 6 und der Ankerscheibe 5 der Gegenreibfläche 12 wird dabei gelöst. Die Reibfläche 11 sowie die Gegenreibfläche 12, die zueinander gepaart angeordnet sowie jeweils in einem Winkel 16 schräg gegenüber der Richtung der Längsachse 14 geneigt sind, werden dabei voneinander getrennt. Der Spaltabstand 8’ zwischen der Gegenreibfläche 12 und dem Reibbelag 10 der Reibfläche 11 beträgt beispielsweise 0,13 mm. Die Spaltbreite zwischen der Ankerscheibe 5 und dem feststehenden Spulengehäuse 2 verringert sich bzw. verschwindet dabei gänzlich. Die Rotorscheibe 6 sowie nicht dargestellte, daran rotationsfest befestigbare Bauteile beispielsweise eines Elektromotors sind somit in Drehrichtung 13 ungebremst drehbar.

Die in Fig. 1A bzw. 1B gezeigten ebenen Reibflächen 11 sowie Gegenreibflächen 12 können beispielsweise auch zueinander gepaart konvex oder konkav gewölbt sein, wobei jeweils im stromlosen Zustand ein flächiges Aneinanderpressen erzielt werden soll, um für die Übertragung eines möglichst großen Drehmoments geeignet zu sein. Auch Ausführungen von erfindungsgemäßen Brems- bzw. Kupplungsvorrichtungen 1, in denen die einander gegenüberliegenden Reibflächen 11 sowie Gegenreibflächen 12 sowohl abschnittsweise konvex, als auch konkav ausgebildet sind, sind denkbar. Wesentlich ist dabei, dass die einander gegenüberliegenden Reibflächen 11 und Gegenreibflächen 12 jeweils schräg zur Längsachse 14 angeordnet sind.

In Fig. 1A bzw. 1B ist jeweils eine Lüftungsschraube 17 dargestellt, mit der die Ankerscheibe 5 in axialer Richtung gegenüber dem Spulengehäuse 2 verstellt werden kann. So kann beispielsweise im Falle eines Stromausfalls durch Anziehen der Lüftungsschraube 17 der Spaltabstand 8 verringert und somit die Bremsvorrichtung 1 von Hand gelöst werden. Die Bremsvorrichtung 1 kann in dieser Stellung allerdings nicht mehr gebremst werden.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 1 nach Anlegen einer Spannung. Das Spulengehäuse 2 ist mit mehreren Erregerspulen 3 versehen, die im Falle einer angelegten Spannung jeweils einen magnetischen Kreis eines Elektromagneten 4 bilden. Am Spulengehäuse 2 sind in radialer Richtung außen mehrere Federn 7 angeordnet, die als Druckfedem wirken und im stromlosen Zustand die Ankerscheibe 5 in axialer Richtung 9 gegen die mit einem Reibbelag 10 versehene ringförmige Reibfläche 11 der Rotorscheibe 6 pressen. Durch die reibschlüssige Verbindung zwischen Ankerscheibe 5 und Rotorscheibe 6 wird im stromlosen Zustand ein Bremsmoment vom feststehenden Spulengehäuse 2 an die Rotorscheibe 6 bzw. an daran 9 befestigbare Bauteile übertragen. Die Ankerscheibe 5 ist in axialer Richtung verschiebbar mittels eines Bolzen 22 rotationsfest mit dem Spulengehäuse 2 verbunden. Im in Fig. 2 gezeigten Zustand mit angelegter Spannung wird die Ankerscheibe 5 durch das Magnetfeld des Elektromagneten 4 in Pfeilrichtung 9’ axial zum Spulengehäuse 2 verschoben und dabei die reibschlüssige Verbindung zwischen der Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 gelöst. Der Spaltabstand 8 wird dabei vergrößert. Ein Bremsmoment zwischen dem Spulengehäuse 2 und der Rotorscheibe 6 kann somit nur im stromlosen Zustand übertragen werden.

Zur Einstellung des Spaltabstands 8 zwischen der Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 ist die in Fig. 2 gezeigte Bremsvorrichtung 1 mit einem Stellelement 18 zwischen der Rotorscheibe 6 und einer Nabe 21 versehen. Das Stellelement 18 umfasst eine Stellschraube 19 sowie eine Stellfeder 20, wobei als Stellfeder 20 beispielsweise eine Blattfeder verwendet wird. Durch Verstellen der Stellschraube 19 kann der Abstand zwischen der Rotorscheibe 6 und dem Spulengehäuse 2 bzw. der damit verbundenen Nabe 21 in axialer Richtung eingestellt werden. Durch Anziehen der Stellschraube 19 bzw. durch Anpressen der Stellfeder 20 wird die Rotorscheibe 6 näher an das Spulengehäuse 2 verschoben, durch Lockern der Stellschraube 19 bzw. Nachlassen der Stellfeder 20 wird dieser Abstand vergrößert. Dadurch werden indirekt der Spaltabstand 8 im stromlosen Zustand der Bremsvorrichtung 1 sowie das Spiel in axialer Richtung 9 bzw. 9’ zwischen der schräg gestellten Reibfläche 11 bzw. Gegenreibfläche 12 beeinflusst. Reibfläche 11 sowie Gegenreibfläche 12 sind in dieser Ausführung als zueinander parallel angeordnete Flächen, die jeweils unter einem Winkel 16 gegenüber der Längsachsenrichtung 14 stehen, ausgeführt.

Fig. 3A sowie 3B zeigen jeweils eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 1 zur lösbaren Übertragung eines Drehmoments. Während in Fig. 3A die Kupplungsvomchtung 1 im stromlosen Zustand dargestellt ist, zeigt Fig. 3B dieselbe Kupplungsvorrichtung 1 nach Anlegen einer Spannung. Das feststehende Spulengehäuse 2 umschließt dabei an jeweils 3 Seiten mehrere Erregerspulen 3, die mit einer externen Spannungsquelle verbunden sind. Die Rotorscheibe 6 ist in dieser Ausführung im Spulengehäuse 2 drehbar gelagert. Im stromlosen Zustand, wie in Fig. 3A dargestellt, ist zwischen der Rotorscheibe 6 und der Ankerscheibe 5 ein Spaltabstand 8 von beispielsweise 0,5 mm vorhanden. Die Ankerscheibe 5 ist durch Nieten 23 mit einer Membranfeder 29 axial beweglich sowie rotationsfest verbunden. Die Membranfeder 29 wiederum ist an einer nicht dargestellten Welle oder Nabe befestigbar. Die Membranfeder 29, wenn an einer Welle bzw. Nabe befestigt, wirkt entsprechend einer Zugfeder und zieht die Ankerscheibe 5 in axialer Richtung 9 vom Spulengehäuse 2 weg. 10 • ♦

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Die ringförmige Reibfläche 11 der Rotorscheibe 6, die in einem Winkel 16 schräg gegenüber der Längsachsenrichtung 14 angeordnet und mit einem Reibbelag 10 versehen ist, wird dadurch von der Gegenreibfläche 12 der Ankerscheibe 5 um eine Spaltbreite 8’ gelöst. Eine Übertragung eines Drehmoments zwischen der Rotorscheibe 6 und der Ankerscheibe 5 ist im stromlosen Zustand daher nicht möglich.

In Fig. 3B wird die in Fig. 3A gezeigte Kupplungsvorrichtung 1 mit angelegter Gleichspannung dargestellt. Mit Anlegen einer Gleichspannung wird durch das dabei erzeugte Magnetfeld der Elektromagneten 4 die Ankerscheibe 5 in axialer Richtung 9’ zum Spulenkörper 2 bzw. zur Rotorscheibe 6 gezogen. Der Spaltabstand 8 zwischen der Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 wird dadurch verringert und beträgt beispielsweise nur mehr 0,2 mm gegenüber 0,5 mm im stromlosen Zustand. Die Gegenreibfläche 12 der Ankerscheibe 5 wird somit reibschlüssig gegen die Reibfläche 11 der Rotorscheibe 6 gepresst und der dazwischen liegende Spalt 8’ verschwindet. Ein angetriebener Teil einer nicht dargestellten Maschine, der an der Membranfeder 29 angeschraubt oder vernietet ist, überträgt ein Drehmoment an die Ankerscheibe 5, die mit Nieten 23 an der Membranfeder 29 befestigt ist. Durch die reibschlüssige Verbindung von Ankerscheibe 5 und Rotorscheibe 6 wird das Drehmoment weiter auf die Rotorscheibe 6 bzw. auf die abtriebseitige Nabe 2Γ der Rotorscheibe 6 und somit beispielsweise auf eine nicht dargestellte abtriebseitige Welle übertragen.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 1 mit mehreren axial gestapelt angeordneten Reibflächen. Diese Kupplungsvorrichtung 1 umfasst ein drehbar gelagertes Spulengehäuse 2 und überträgt ein Drehmoment im stromlosen Zustand. Mehrere Federn 7, beispielsweise vorgespannte Schraubendruckfedem, drücken im stromlosen Zustand die Ankerscheibe 5 sowie die miteinander verzahnt angeordneten, kegelförmigen Teile der Rotorscheibe 6, die durch Sicherungsringe 24 in ihrer Lage gesichert sowie durch dazwischen liegende Distanzringe 25 miteinander fixiert sind, axial in Pfeilrichtung 9 vom Spulengehäuse 2 weg. Die mehreren, jeweils unter einem Winkel 16 schräg gegenüber der Längsachsenrichtung 14 angestellten Reibflächen 11 der Rotorscheibe 6 werden dadurch jeweils flächig gegen die gegengleich angeordneten Gegenreibflächen 12 der außen liegenden Ankerscheibe 5 gepresst. Somit wird im stromlosen Zustand der Kupplungsvorrichtung 1 ein Drehmoment von einer Nabe 21 an der Antriebsseite auf das drehbar gelagerte Spulengehäuse 2, die Ankerscheibe 5 und weiter über die mit der Ankerscheibe 5 mehrflächig reibschlüssig verbundene Rotorscheibe 6 auf eine mit der Rotorscheibe 6 rotationsfest verbundene Nabe 2Γ an der Abtriebsseite der 11

Kupplungsvorrichtung 1 übertragen. Der Spaltabstand 8 zwischen der axial verschiebbaren Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 ist dabei minimal.

Die antriebsseitige Nabe 21 ist in der hier gezeigten Ausführung direkt an das Spulengehäuse 2 angeschraubt, wobei die Befestigungsschrauben mit Isolatoren 30 versehen sind. Zur einfacheren Justierung einer koaxialen Montage von Nabe 21 und Spulengehäuse 2 ist das Spulengehäuse 2 mit einem Zentrierring 27 versehen, in dessen Inneren die Nabe 21 am Spulengehäuse 2 befestigt ist.

Durch Anlegen einer Gleichspannung an die beiden Stromschleifhnge 28, die jeweils mit Anschlüssen mit den Erregerspulen 3 verbunden sind, wird um jede Erregerspule 3 jeweils ein magnetischer Kreis eines Elektromagneten 4 erzeugt. Die Ankerscheibe 5 wird durch das Magnetfeld dabei in Pfeilrichtung 9’ axial zum rotierenden Spulengehäuse 2 gezogen. Eine Feder 7’, beispielsweise eine vorgespannte Schraubendruckfeder, die zur Begrenzung der axial verschiebbaren Teile der Rotorscheibe 6 an einem Begrenzungsring 26 angeordnet ist, unterstützt dabei die Elektromagneten 4. Durch die Federkraft der Feder 7’ wird bewirkt, dass die miteinander verzahnten Teile der Rotorscheibe 6 von den Gegenreibflächen 12 der Ankerscheibe 5 selbsttätig gelöst werden.

Der Spaltabstand 8 zwischen der Ankerscheibe 5 und der Rotorscheibe 6 wird dadurch vergrößert und die reibschlüssigen Verbindungen zwischen den mehreren Reibflächen 11 der Rotorscheibe 6 und den dazu gepaart angeordneten Gegenreibflächen 12 der Ankerscheibe 5 werden gelöst. Die mit der abtriebsseitigen Nabe 2Γ rotationsfest verbunden«! Teile der Rotorscheibe 6, die dazwischen liegenden Distanzringe 25, die Stellfeder 7’ sowie der Begrenzungsring 26 werden von der Antriebswelle 15 bzw. der antriebsseitigen Nabe 21 sodann nicht mehr angetrieben und bleiben stehen.

In Fig. 5A wird eine dritte Ausfuhrungsvariante einer erfmdungsgemäßen Bremsvorrichtung 1 im stromlosen Zustand gezeigt. Das Spulengehäuse 2 übernimmt hier die Funktion der Rotorscheibe, weshalb die mit Reibbelägen 10 versehene ringförmige Reibfläche 11 direkt am Spulengehäuse 2 angeordnet ist. Die zur Reibfläche 11 gegengleich gepaarte Gegehreibfläche 12 wird als schräge Fläche von der Ankerscheibe 5 gebildet. Sowohl die Reibfläche 11, als auch die Gegenreibfläche 12 sind jeweils unter einem Winkel 16 schräg gegenüber der Richtung der Längsachse 14 geneigt. Als Feder ist eine Membranfeder 29 vorgesehen, die mit einer Niete 23 mit der Ankerscheibe 5 verbunden ist. Wenn die Membranfeder 29 an einer nicht dargestellten Welle oder Nabe befestigt ist, so wird die Ankerscheibe 5 von der Membranfeder 29 in axialer Richtung 9 vom Spulengehäuse 2 * · · · · · ' > · ·· · • · · * · 4

12 weggezogen. Der Spaltabstand 8" zwischen der Ankerscheibe 5 und dem Spulengehäuse 2 ist im stromlosen Zustand beispielsweise 0,3 mm breit. Die Spaltbreite 8' zwischen dem Reibbelag 10, der am Spulengehäuse 2 befestigt ist, und der Gegenreibfläche 12 der Ankerscheibe 5 beträgt beispielsweise 0,1 mm.

Fig. 5B zeigt die in Fig. 5A dargestellte Bremsvorrichtung 1 nach Anlegen einer Spannung an der Erregerspule 3. Anschlussleitungen einer externen Stromversorgung mit der Erregerspule 3 sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Durch das vom Elektromagnet 4 erzeugte Magnetfeld wird die Ankerscheibe 5 in axialer Richtung 9' zum Spulengehäuse 2 hin gezogen. Der Spaltabstand 8" zwischen dem Spulengehäuse 2 und der Ankerscheibe 5 wird dadurch verringert und beträgt beispielsweise nur noch 0,1 mm. Der Spaltabstand 8' zwischen der mit einem Reibbelag 10 versehenen Reibfläche 11, die am Spulengehäuse 2 angeordnet ist, und der Gegenreibfläche 12 der Ankerscheibe 5 verschwindet gänzlich. Die Ankerscheibe 5 bzw. eine daran befestigte Welle oder Nabe werden durch die reibschlüssige Verbindung mit der Reibfläche 11 des feststehenden Spulengehäuses 2 abgebremst und kommen zum Stillstand.

Auch Ausführungsformen einer Bremsvorrichtung 1, bei der das Spulengehäuse 2 mehrere Reibflächen 11 mit Reibbelägen 10 aufweist, wobei die Reibflächen 11 mit den Reibbelägen 10 beispielsweise zueinander axial gestapelt angeordnet sind, sind denkbar und werden von der Erfindung mitumfasst.

Weiters sind auch Ausführungsformen einer Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung 1, bei denen sowohl die Reibflächen 11, als auch die entsprechenden Gegenreibflächen 12 jeweils mit einem Reibbelag 10 versehen sind, von der Erfindung umfasst. Ebenso ist es denkbar, nur die Gegenreibflächen 12 jeweils mit einem Reibbelag 10 zu versehen.

Claims

B 12892 • »· · * · · ι · · · • < · ··«· « · · ι 4 i · ·· · 4 t · · · t ·· ·· « · · · · » I· ·« ·· ·· #· » 13 Ansprüche: 1. Elektromagnetische Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1), umfassend ein Spulengehäuse (2) mit einer relativ dazu axial beweglichen Ankerscheibe (5), wobei die Ankerscheibe (5) durch zumindest eine Feder (7; 29) axial in einer ersten Richtung (9) und durch eine von zumindest einem Elektromagneten (4) mit einer Erregerspule (3) hervorgerufene magnetische Kraft in einer zur ersten Richtung (9) entgegengesetzten zweiten Richtung (9’) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulengehäuse (2) oder eine koaxial zur Ankerscheibe (5) angeordnete Rotorscheibe (6) mit zumindest einer schräg zur Längsachse (14) angeordneten, ringförmigen Reibfläche (11) versehen ist, die flächig gegen jeweils eine Gegenreibfläche (12) der Ankerscheibe (5) reibschlüssig anpressbar ist.
2. Brems- bzw. KupplungsVorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (6) oder das Spulengehäuse (2) mehrere Reibflächen (11) aufweist, die axial gestapelt angeordnet sind.
3. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Reibfläche (11) konusformig ist, insbesondere mit einem Winkel (16) zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 20° und 70°, schräg gegenüber der Längsachse (14) angestellt ist.
4. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Reibfläche (11) konvex und/oder konkav gewölbt ist.
5. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rotorscheibe (6) und einer Nabe (21) zumindest ein Stellelement (18) vorgesehen ist.
6. Brems- bzw. Kupplungs Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (18) eine Stellschraube (19) und eine Stellfeder (20) umfasst.
7. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulengehäuse (2) mit zumindest einer die Ankerscheibe (5) axial verstellenden Lüftungsschraube (17) versehen ist. 14 • · • · • · · · • ·« t • « · · * · i • · · · · · · • · »
8. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder (7) eine Druckfeder vorgesehen ist, die im Spulengehäuse (2) gelagert axial gegen die Ankerscheibe (5) drückt.
9. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder eine Zugfeder (29) vorgesehen ist, die, wenn an einer Welle bzw. Nabe befestigt, die Ankerscheibe (5) axial in Bezug auf das Spulengehäuse (2) wegzieht.
10. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerscheibe (5) mit dem Spulengehäuse (2) mit zumindest einem Bolzen (22) axialbeweglich rotationsfest verbunden ist.
11. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (6) im Spulengehäuse (2) drehbar gelagert ist.
12. Brems- bzw. KupplungsVorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulengehäuse (2) mit Stromschleifringen (28), die jeweils mit Anschlüssen der zumindest einen Erregerspule (3) verbunden sind, versehen ist.
13. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (11) und/oder die Gegenreibfläche (12) mit einem Reibbelag (10) aus einem organischen Material enthaltend Fasern, die beispielsweise aus Glas, Gummi oder Karbon gewonnen werden, versehen ist.
14. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (11) und/oder die Gegenreibfläche (12) mit einem Reibbelag (10) aus einem gesinterten Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, versehen ist.
15. Brems- bzw. Kupplungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulengehäuse (2) aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist.