Kupplungsvorrichtung in Form einer Reibungsbremse oder -kupplung Die Erfindung betrifft elektromagnetisch ge steuerte Reibungskupplungsvorrichtungen, wie sie bei spielsweise in Form von Bremsen für Hebezeuge oder den Zusammenbau mit Elektromotoren benötigt wer den. Derartige Bremsen müssen in stromlosem Zu stande reibungsschlüssig sein und durch elektro magnetische Mittel gelüftet werden.
Für den genannten Zweck sind elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremsen bekannt, bei welchen die Anpresskraft zwischen den Reibkörpern durch einen eingebauten Kraftspeicher, vorzugsweise durch den Druck vorgespannter Federn, erzeugt wird. Bei diesen Bremsen dient der Elektromagnet lediglich zum<B>Lüf-</B> ten der Bremse, wobei eine Kupplungshälfte gegen den Federdruck durch Axialverschiebung von der zweiten abgehoben wird. Der dazu erforderliche, an fänglich geringe Luftspalt nimmt mit dem Ver schleiss des Bremsbelages zu.
Die Kraft der Brems federn und damit das Bremsmoment müssen so nied rig gewählt werden, dass die Zugkraft des Elektro magneten auch bei maximalem Luftspalt, der meh rere Millimeter betragen kann, zum Lösen ausreicht. Dies hat die nachteilige Folge, dass bei gegebener Baugrösse mit Federdruckbremsen nur ein Bruchteil <B>-</B> im allgemeinen weniger als<B>25 % -</B> des Brems momentes von Elektromagnetbremsen erreicht werden kann. Diese ebenfalls bekannten Elektromagnetbrem- sen werden hier nur als Vergleichsmassstah erwähnt. Mit ihnen können bei gleichem Gewicht der Bremse die höchsten Bremsmomente erzielt werden.
Sie sind aber für den vorliegenden Zweck unbrauchbar, da sie nur unter Stromeinwirkung reibungsschlüssig sind. Die bekannten Federdruckbremsen haben den wei teren Nachteil, dass sie nach Verschleiss des Brems belages einer Nachstellung bedürfen, um den An- fangsluftspalt wieder herzustellen.
Weiterhin ist eine Bremse bekannt, bei der die Kraft für den Reibungsschluss zwischen den Kupp lungshälften durch einen Dauermagneten erzeugt wird, welcher zusammen mit einer Elektromagnet- spule in der ortsfesten Kupplungshälfte angeordnet ist und eine ferromagnetische Bremsscheibe rei bungsschlüssig gegen seine Polfläche zieht. Beim Einschalten des Elektromagneten wird das magne tische Feld des Dauermagneten geschwächt. Um nun die Kupplungshälften auseinanderzudrücken, werden bei der bekannten Bremse Federn benötigt, mittels deren die Kupplungshälften voneinander abgehoben werden.
Die Verwendung solcher Federn hat jedoch den Nachteil, dass das bei ausgerückter Bremse durch den Luftspalt zwischen den beiden Kupplungshälften geschwächte magnetische Feld des Dauermagneten beim Abschalten des Elektromagneten gegen die Kraft der Federn wirksam werden muss. Es tritt daher bei der bekannten Ausführung eine erhebliche Minde rung der Zugkraft und damit des Bremsmomentes ein, da das Feld der bekannten Dauermagnete mit der erforderlichen hohen Remanenz zur Vermeidung einer Entmagnetisierung nicht vollständig aufgehoben wer den darf,
und daher verhältnismässig starke Abdrück- federn zur überwindung der restlichen magnetischen Anziehungskraft erforderlich sind.
Als weiterer Nachteil ist mit der Verwendung von Abdrückfedern unvermeidlich eine Verlängerung der Reaktionszeit verbunden. Ausserdem unterliegt diese Bremse starkem Verschleiss und bedarf regel mässiger Nachstellung, da die Gefahr besteht, dass der Dauermagnet über den grösser werdenden Luft spalt die Ankerscheibe gegen die Kraft der Feder nicht mehr anziehen kann. Die bei dieser bekannten Bauart vorgesehene Verwendung von auswechsel baren Bremsbelägen auf den Polflächen hat wegen der Erhöhung des magnetischen Widerstandes eine erhebliche Herabsetzung des Bremsmomentes zur Folge.
Damit ist diese Anordnung nur für kleine Bremsmomente verwendbar und bleibt mit dem er zielbaren Bremsmoment weit unter den nach Grösse und Gewicht vergleichbaren Elektromagnetbremsen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch gesteuerte, in stromlosem Zustand reibungsschlüssige Bremse schaffen zu können, welche die geschilderten Nachteile der bekannten Bauarten vermeidet, insbesondere ohne jegliche Feder zwischen den Reibkörpern arbeitet, keine Verlängerung der Reaktionszeit erfährt, keiner Nachstellung bedarf und darüber hinaus ein der Elektromagnetbremse nahezu gleiches Bremsmoment entwickelt, mit einfachen Mitteln auf verschiedene Bremsmomente eingestellt werden kann und für grosse Bremsmomente geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch mehrere zusammenwirkende Massnahmen gelöst. Eine dieser Massnahmen gemäss der Erfindung besteht darin, dass ein Elektromagnet und ein Dauermagnet verschiedenen Kupplungshälften zugeordnet sind. Da durch wird erreicht, dass beim Einschalten des Elek tromagneten beide Kupplungshälften durch magneti sche Abstossung auseinandergedrückt werden, so dass keinerlei Federn erforderlich sind und ein Brems- momentverlust vermieden wird.
Es ist also nicht mehr notwendig, dass das durch den Luftspalt geschwächte Feld des Dauerinagneten beim Anziehen der Bremse oder Kupplung eine Federkraft überwinden muss.
Die zweite Massnahme gemäss der Erfindung be steht darin, dass die die magnetischen Kraftlinien lei tenden Teile der beiden Kupplungshälften sich wäh rend des Reibungsschlusses berühren und an den Be rührungsstellen eine Querschnittverengung aufweisen. Ohne den magnetischen Widerstand des Magnetflusses unerwünscht zu erhöhen, wird dadurch an diesen übergangsstellen eine maximale Kraftliniendichte und damit eine maximale Induktion erreicht. Da die Anziehungskraft dem Quadrat der Induktion pro portional ist und mit der Querschnittsfläche nur linear abnimmt, erhält man durch diese Verringerung des Querschnittes eine etwa lineare Vergrösserung der Anziehungskraft.
Auf diese Weise ist bei gege benem Kraftfluss des Dauermagneten eine entspre chende Vergrösserung an Zugkraft bzw. Bremsmoment erzielbar. Dies ermöglicht die Verwendung eines Dauermagneten mit verhältnismässig geringer Re- manenz. Dauermagnete mit geringer Remanenz lassen sich jedoch mit wesentlich höherer Koerzitivkraft her stellen als Dauermagnete mit hoher Remanenz. Diese Massnahmen ermöglichen es also, Dauermagnete mit hoher Koerzitivkraft unter Inkaufnahme einer ver hältnismässig geringen Remanenz zu verwenden.
Da durch wird aber erst die Anordnung des Elektro magneten und des Dauermagneten in verschiedenen Kupplungshälften zur Erzeugung einer Abstossungs- kraft zwischen den Kupplungshälften ermöglicht, weil die bei der bekannten Bremse verwendeten Dauer- magnete mit hoher Remanenz durch ein gleich grosses, entgegenwirkendes elektrisches Magnetfeld infolge ihrer geringen Koerzitivkraft an Remanenz verlieren würden.
Dauermagnete, die für die vorliegende Vorrich tung geeignet sind, sind z. B. keramische Dauer magnete, die unter Verwendung von Metalloxyden, beispielsweise von Polyoxyden des Bariums und des Eisens, hergestellt sind. Diese keramischen Dauer magnete weisen eine sehr grosse Koerzitivkraft auf; sie konnten jedoch bisher im allgemeinen für Bremsen und Kupplungen nicht verwendet werden, da sie die bei den bisherigen Bremsen und Kupplungen notwen dige Remanenz nicht aufweisen.
Zur Änderung des magnetischen Widerstandes können mindestens in einer Kupplungshälfte gegen einander verschiebbare Leitungsteile vorgesehen sein. Durch Änderung des magnetischen Widerstandes kann demnach das Brems- oder Kupplungsmoment in einfacher Weise durch Verschiebung von Lei tungsteilen geregelt werden.
Um mit einem möglichst schwachen Elektro magneten auskommen zu können, kann der Dauer magnet aus mehreren durch entsprechende Leitungs teile magnetisch parallel geschalteten Teilmagneten zusammengesetzt sein. Diese Zusammensetzung aus mehreren parallel geschalteten Teilmagneten ermög licht die Erzeugung einer Abstossung zwischen den Kupplungshälften mit relativ wenigen Amperewin- dungen der Elektromagnetspule.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bremse oder Kupplung ist vorgesehen, dass der Dauer magnet und die Leitungsteile für den magnetischen Kraftfluss ringförmig und konzentrisch zur Drehachse in vorzugsweise unmagnetisierbaren Teilen der Kör per eingebettet sind.
Weitere, mit Vorteil vorgesehene Merkmale des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der folgen den Beschreibung von in den Zeichnungen dargestell ten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen: Fig. <B>1</B> und 2 zwei Längsschnitte durch zwei ver schiedene Bremsen gemäss der Erfindung, Fig. <B>3</B> einen Längsschnitt durch eine Bremse, die mit mehreren Dauermagneten entsprechend der Fig. <B>1</B> ausgebildet ist, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Bremse nach Fig. <B>1,</B> jedoch mit Einstelleinrichtung für das Brems moment und Vorrichtung zum Ausgleich des Ver schleisses, Fig. <B>5</B> einen Längsschnitt durch eine Bremse ähn lich Fig. 2, bei der der Dauermagnet aus mehreren parallel geschalteten Einzelmagneten zusammengesetzt ist.
Die in Fig. <B>1</B> dargestellte Bremse besteht aus einer nicht drehbaren Kupplungshälfte<B>1</B> und einer auf einer zu bremsenden Welle 2 axial verschiebbar, aber drehschlüssig mit der Welle 2 verbundenen Kupplungshälfte<B>3.</B> Die Kupplungshälfte<B>3</B> ist aus mehreren fest miteinander verbundenen Teilen zu- sammengesetzt. Unmittelbar auf der Welle 2 befindet sich eine Nabe 4 der Kupplungshälfte<B>3,</B> auf deren äusserer zylindrischer Fläche ein Ring<B>5</B> aus wei chem Eisen befestigt ist. Auf der zylindrischen Aussenfläche dieses Ringes<B>5</B> ist ein Dauermagnetring <B>6</B> befestigt, dessen Aussenumfangsfläche mit einem dem Ring<B>5</B> entsprechenden Ring<B>7</B> aus weichem Eisen verbunden ist.
Auf der zylindrischen Aussen fläche des Ringes<B>7</B> ist ein ringförmiger Teil<B>8</B> be festigt, dessen ebene ringförmige Stirnfläche 8,' mit einem Reibbelag<B>9</B> der Kupplungshälfte<B>1</B> zusammen wirkt.
In einer ringförmigen Aussparung der Kupplungs hälfte<B>1</B> ist ein Ring<B>10</B> aus weichem Eisen mit U-förmigem Querschnitt befestigt, dessen Schenkel<B>10'</B> unmittelbare Fortsetzungen der Ringe<B>5</B> und<B>7</B> der Kupplungshälfte<B>3</B> darstellen. Dieser Ring<B>10</B> ist dabei so angeordnet, dass sich die Stirnflächen der Schenkel<B>10'</B> und die diesen gegenüberstehenden Stirnflächen der Ringe<B>5</B> und<B>7</B> berühren, wenn die Stirnfläche<B>8'</B> der Kupplungshälfte<B>3</B> am Reibbelag <B>9</B> der Kupplungshälfte<B>1</B> anliegt. Wie aus der Zeich nung ersichtlich ist, ist der Querschnitt der Schenkel <B>10'</B> und der Ringe<B>5</B> und<B>7</B> in der Nachbarschaft die ser sich berührenden Stirnflächen kleiner als im übrigen Bereich.
Hierbei dienen die Ringe<B>5, 7</B> und <B>10</B> als Leitungsteile für die magnetischen Kraftlinien des Dauermagneten<B>6,</B> der so magnetisiert ist, dass seine Kraftlinien in seinem Inneren radial zur Welle 2 verlaufen. Durch die Ausbildung des Querschnittes der Ringe wird erreicht, dass an den übergangsstellen der Kraftlinien von den Leitungsteilen<B>5</B> und<B>7</B> der einen Kupplungshälfte<B>3</B> auf die Leitungsteile<B>10'</B> der anderen Kupplungshälfte <B>1</B> der Querschnitt der Lei tungsteile ein Minimum aufweist. Die Teile<B>5, 6, 7</B> und<B>10</B> bilden einen geschlossenen magnetischen Kreis.
Im Ring<B>10</B> ist eine ringförmige Spule<B>11</B> an geordnet, die mit Gleichstrom gespeist werden kann und deren Feld dem des Dauerinagneten gleich stark, aber entgegengesetzt gerichtet ist.
Die Teile<B>1,</B> 4 und<B>8</B> sind vorzugsweise aus einem unmagnetisierbaren Stoff hergestellt, um magnetische Streuungen oder Nebenschlüsse weitestgehend zu ver meiden.
Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Fig. <B>1</B> ist sehr einfach. Wenn die Spule<B>11</B> unter Strom gesetzt wird, wirkt ihr Feld in dem magneti schen Kreis der Teile<B>5, 6, 7</B> und<B>10</B> dem des Dauer magneten entgegen und hebt es völlig auf. Dadurch werden die Ringe<B>5</B> und<B>7</B> vom Ring<B>10</B> abgestossen, so dass sich die Kupplungshälfte<B>3</B> auf der Welle 2 axial verschiebt und sich von der Kupplungshälfte<B>1</B> um ein Geringes entfernt. Zur Begrenzung dieser Be wegung ist auf der Welle 2 ein Stellring<B>15</B> vorge sehen.
Dadurch, dass sich die beiden Kupplungshälften voneinander abheben, bildet sich zwischen den Lei tungsteilen<B>101</B> einerseits und den Leitungsteilen<B>5</B> und <B>7</B> anderseits ein Luftspalt, durch den die entmagneti- sierende Wirkung des Elektromagneten<B>11</B> auf den Dauermagneten<B>6</B> verringert wird.
Sobald der Strom in der Spule<B>11</B> unterbrochen wird, bricht das elektromagnetische Gegenfeld zu sammen, so dass nun der magnetische Kreis ledig lich vom Dauerinagneten <B>6</B> magnetisiert wird. Da durch werden die Ringe<B>5</B> und<B>7</B> an den Ring<B>10</B> angezogen, so dass sich die Kupplungshälfte<B>3</B> dem Körper<B>1</B> nähert, bis sich die Stirnfläche<B>8'</B> an den Reibbelag <B>9</B> anlegt und so die Bremswirkung ein tritt.
Dadurch, dass die aufeinander gleitenden Stirn flächen der Ringe<B>5, 7, 10</B> verhältnismässig klein sind, wird nicht nur eine Erhöhung der Induktion an den übergangsstellen erreicht. Diese verringerten Flä chen bewirken auch, dass sich die aufeinander glei tenden Teile schneller abnutzen als der Reibbelag<B>9.</B> Dieses schnellere Abnutzen bewirkt, dass der Druck der Fläche<B>8'</B> auf den Reibbelag durch das Aufein- anderliegen der sich berührenden Flächen der Ringe <B>5, 7</B> und<B>10</B> nur geringfügig verringert wird.
Das in Fig. <B>3</B> dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>1.</B> Um Wiederholungen zu vermeiden, wer den diejenigen Teile des Ausführungsbeispieles nach Fig. <B>3,</B> die bereits beschriebenen Teile des Ausfüh- rungsbeispieles nach Fig. <B>1</B> entsprechen, mit Bezugs zahlen bezeichnet, die um<B>100</B> gegenüber den in Fig. <B>1</B> verwendeten Bezugszahlen vergrössert sind.
Es ge nügt daher, lediglich auf die Unterschiede des Aus- führungsbeispieles nach Fig. <B>3</B> gegenüber dem Aus führungsbeispiel nach Fig. <B>1</B> hinzuweisen. Im Gegen satz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>1</B> erstreckt sich der die Nabe der Kupplungshälfte<B>103</B> bildende Teil bis zur Stirnfläche<B>108'.</B> An Stelle eines Dauer magneten<B>6</B> sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>3</B> drei Dauermagnete<I>106a,<B>106b</B></I> und 106c vor gesehen.
Als Leitungsteile dienen entsprechend<B>je</B> drei Ringe<I>105a,<B>105b</B></I> und 105c, 107a, 107b und 107c sowie<I>110a<B>110b</B></I> und<B>110e.</B> Dementsprechend sind auch drei verschiedene Spulenkörper <B>11</B> la, <B><I>1</I>1<I>1 b,</I></B> <B>11<I>1</I></B> c vorgesehen. Diese können in an sich bekannter Weise parallel oder in Reihe geschaltet mit der Gleich stromquelle verbunden sein. Um an den Polflächen gleiche Feldrichtungen zu erzielen, sind die Dauer- magn#te <I>106a,<B>106b</B></I> und 106c so übereinander an geordnet, dass gleichnamige Pole gegeneinander ge richtet sind.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ge mäss der Erfindung dargestellt. Die dem Ausführungs beispiel nach Fig. <B>1</B> entsprechenden Teile sind mit Bezugszahlen bezeichnet, die um 200 vergrössert sind. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>1</B> im wesentlichen da durch, dass' an Stelle eines Dauermagneten mit in seinem Inneren radial zur Welle gerichteten Kraft linien ein Dauermagnetring <B>206</B> mit axial gerichteten inneren Kraftlinien vorgesehen ist. Dementsprechend sind die beiden Ringe<B>205</B> und<B>207</B> der Kupplungs hälfte<B>203</B> anders ausgebildet.
Wie aus Fig. 2 er- sichtlich ist, bildet dabei der unmittelbar auf der unmagnetisierbaren Nabe 204 angeordnete Ring<B>207</B> gleichzeitig die mit einem Reibring<B>209</B> zusammen wirkende Stirnfläche<B>208'.</B> Der hier den zweiten Körper 201 bildende, mit der Spule 211 versehene Ring 210 ist unmittelbar am Maschinengehäuse<B>213</B> befestigt und trägt an einem seiner Schenkel den Reibring<B>209.</B>
Für viele Anwendungsfälle ist es erwünscht oder notwendig, dass das Bremsmoment mit einfachen Mit teln eingestellt werden kann. Von besonderem Vor teil ist die in Fig. 4 als Beispiel dargestellte Anord nung, bei welcher der magnetische Widerstand in den Leitungsteilen zwischen Dauermagnet und Elektro magnet erhöht werden kann.
Dies hat den wichtigen Vorzug, dass die Zugkraft des Dauermagneten und damit das Reibungsmoment einstellbar ist, ohne dass eine Änderuno, an der Erregerspule vorgenommen werden muss. 'Wie Fig. 4 zeigt, besteht der äussere Leitungsring aus zwei Teilen 407 und 407, von denen der Teil 407 fest mit der Kupplungshälfte 403 ver bunden ist. Der Dauerinagnet 406 ist mittels einer Gewindebuchse 417 auf dem inneren Leitungsring 405 axial verstellbar und trägt auf seiner äusseren Zylinderfläche den Leitungsring 407'.
Durch axiale Verstellung des Dauermagneten kann zwischen den Leitungsringen 407 und 407' ein Luftspalt beliebiger Grösse eingestellt werden, durch den der magnetische Widerstand des Kreises und damit der Kraftfluss sowie die Zugkraft regelbar sind. Der regelbare magnetische Widerstand könnte auch ohne Luftspalt erzeugt wer den. Zu diesem Zweck berühren sich die beiden Rinae 407 -und 407' an zur Drehachse konzentrischen<B>Zy-</B> linderflächen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Durch axiale Verstellung des Ringes 4071 wird die Grösse der Berührungsfläche und damit der magne tische Widerstand verändert.
Wie aus Fig. 4 ersicht lich ist, ist der aus den Ringen 407 und 407' gebil dete ma-netische Widerstand im magnetischen Kraft- fluss zwischen dem Dauerinagneten 406 und dem Elektromagneten 410, 41-1 angeordnet. Dadurch wird die entmagnetisierende Wirkung des Elektromagneten auf den Dauermagneten verringert.
An der Nabe 404 der verschiebbaren Kupplungs hälfte können sich federnd auf der zylindrischen Aussenfläche des Stellringes 415 abstützende federnde Glieder 418 vorgesehen sein, die beim Verschleiss des Bremsbelages durch die dabei eintretende Ver schiebung der Kupplungshälfte 403 in Fig. 4 nach links mit der Stirnfläche 415' des Stellringes 415 zum Zusammenwirken kommen.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese federn den Glieder winkelförmig ausgebildet und überein- CY ander angeordnet, so dass <B>je</B> nach dem Verschleiss des Reibbelages 409 das erste oder ein weiter rechts liegendes Glied mit der Stirnfläche 415' in Eingriff kommt. Diese federnden Glieder 418 sind gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 an einem Ring 419 befestigt, der um ein kleines Stück auf der Nabe 40#4 axial verschiebbar ist. Dadurch wird beim Entkuppeln die verschiebbare Kupplungshälfte 403 durch die Glieder 418 nicht behindert.
Diese Vorrichtung ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Bremse so montiert ist, dass die Kupplungshälfte 403 nach unten hängt und sich bei Lösen der Bremse durch ihr Eigen gewicht bis zum Anschlag an den Stellring 415 von der ortsfesten Kupplungshälfte 401 entfernt.
Dadurch, dass der Querschnitt beispielsweise der Ringe<B>5, 7</B> und<B>10</B> an den übergangsstellen der Kraftlinien ein Minimum aufweist, und dadurch, dass die Anziehungskraft des Dauermagneten praktisch ohne Luftspalt zur Wirkung kommt, kann für die Bremsen beispielsweise gemäss Fig. <B>1</B> ein Dauer magnet mit verhältnismässig geringer Remanenz ver wendet werden. Dadurch wird der Bereich der in Frage kommenden Dauermagnete wesentlich vergrö ssert, so dass die Wahl lediglich nach dem Gesichts punkt einer möglichst hohen Koerzitivkraft und Sta bilität getroffen werden kann.
Als besonders zweck mässig haben sich keramische Dauermagnete erwie sen, die vorzugsweise unter Verwendung von Poly oxyden des Eisens und Bariums undioder anderer Metalle hergestellt sind. Diese besitzen zwar eine verhältnismässig geringe Remanenz, haben aber eine sehr hohe Koerzitivkraft und Stabilität.
Der sehr hohe innere Widerstand keramischer Dauermagnete hat die unerwünschte Folge, dass zur Entmagnetisierung verhältnismässig viel Gegen- amperewindungen durch den Elektromagneten auf gebracht werden müssen. Es ist daher von Vorteil, den Dauermagneten aus mehreren Teilmagneten<B>zu-</B> sammenzusetzen, die eine geringe Dicke in Richtung der Kraftlinien aufweisen und untereinander magne tisch parallel geschaltet werden. Eine solche Anord nung ist in Fig. <B>5</B> als Beispiel dargestellt, wobei die Bremse in ihrem Aufbau der Fig.2 entspricht.
Der Dauermagnet besteht in diesem Falle aus drei Teil magneten<B>306, 306', 306".</B> Dementsprechend sind die Leitungsteile ebenfalls mehrgliedrig ausgeführt und weisen lamellenartige Teile<B>307'</B> und<B>307'</B> bzw. <B>305'</B> und<B>305"</B> auf. Bei gleichem Magnetvolumen im Ver hältnis zu Fig. 2 wird zur Entmagnetisierung des Magneten gemäss Fig. 4 nur ein Bruchteil an Gegen- amperewindungen der Elektromagnetspule benötigt.
Die Zusammensetzung des Dauermagneten aus meh reren in Kraftlinienrichtung dünnen Teilmagneten kann sinngemäss auch bei radial magnetisierten Dauer magneten angewendet werden.
Durch die Erfindung kann eine neuartige in strom losem Zustand wirksame, magnetisch gesteuerte Bremse geschaffen werden, deren Leistungsfähigkeit weit über die der für den gleichen Zweck bekannten Federdruckbremsen hinausgeht und die infolge der Verwendung eines Dauermagneten allen Sicherheits ansprüchen genügt. Es ist ein besonders einfacher und betriebssicherer Aufbau möglich, wobei über die ganze Lebensdauer des Belages keinerlei Nachstellung erforderlich ist. Versuche haben ergeben, dass an nähernd das gleiche Bremsmoment erreichbar ist wie bei Bremsen, bei denen die Kraft für den Reibungs- schluss von einem Elektromagneten erzeugt wird.
Eine Anwendungsgrenze nach oben besteht nicht, da der Dauermagnet, wenn er einstückig nicht mehr ausge führt werden kann, aus beliebig vielen sinngemäss magnetisierten Segmenten oder Teilmagneten zusam mengesetzt werden kann.
Anstelle von zwei zusammenwirkenden Reib flächen bzw. Reibelementen<B>8'</B> und<B>9</B> können auch mehrere Flächen von Lamellen vorgesehen sein, wie dies allgemein bekannt ist.
Für Antriebsfälle, in denen Kupplungen benötigt werden, die in stromlosem Zustand reibungsschlüssig sind, kann die Neuerung ohne weiteres auf Kupplun gen angewendet werden, indem der den Elektro magneten tragende Körper drehbeweglich ausgebildet und der Strom über Schleifringe zugeführt wird.
Coupling device in the form of a friction brake or clutch The invention relates to electromagnetically controlled friction clutch devices, as required for example in the form of brakes for hoists or assembly with electric motors. Such brakes must be frictional in the de-energized state and be ventilated by electromagnetic means.
Electromagnetically released spring-pressure brakes are known for the purpose mentioned, in which the contact force between the friction bodies is generated by a built-in force storage device, preferably by the pressure of pretensioned springs. With these brakes, the electromagnet only serves to <B> release </B> the brake, whereby one coupling half is lifted off the second by axial displacement against the spring pressure. The air gap required for this, initially small, increases with the wear of the brake lining.
The force of the brake springs and thus the braking torque must be selected so low that the tensile force of the electro magnet is sufficient to release even with the maximum air gap, which can be several millimeters. This has the disadvantageous consequence that for a given size with spring-loaded brakes only a fraction <B> - </B> generally less than <B> 25% - </B> of the braking torque can be achieved by electromagnetic brakes. These electromagnetic brakes, which are also known, are only mentioned here as a benchmark. With them, the highest braking torques can be achieved with the same weight of the brake.
But they are useless for the present purpose, since they are only frictional when exposed to electricity. The known spring-applied brakes have the further disadvantage that they require readjustment after the brake lining has worn down in order to restore the initial air gap.
Furthermore, a brake is known in which the force for the frictional connection between the coupling halves is generated by a permanent magnet, which is arranged together with an electromagnetic coil in the stationary coupling half and pulls a ferromagnetic brake disc frictionally against its pole face. When the electromagnet is switched on, the magnetic field of the permanent magnet is weakened. In order to now push the coupling halves apart, springs are required in the known brake, by means of which the coupling halves are lifted from one another.
The use of such springs, however, has the disadvantage that the magnetic field of the permanent magnet, which is weakened by the air gap between the two clutch halves when the brake is disengaged, must act against the force of the springs when the electromagnet is switched off. There is therefore a considerable reduction in the tensile force and thus the braking torque in the known design, since the field of the known permanent magnets with the required high remanence to avoid demagnetization may not be completely canceled,
and therefore relatively strong forcing springs are required to overcome the remaining magnetic force of attraction.
Another disadvantage associated with the use of forcing springs is an inevitable increase in the response time. In addition, this brake is subject to severe wear and tear and requires regular readjustment, since there is a risk that the permanent magnet can no longer attract the armature disk against the force of the spring via the increasing air gap. The use of interchangeable brake pads on the pole faces provided in this known design has a considerable reduction in the braking torque due to the increase in magnetic resistance.
This arrangement can only be used for small braking torques and, with the braking torque that can be achieved, remains far below the electromagnetic brakes that are comparable in size and weight.
The invention is based on the object of being able to create an electromagnetically controlled, friction-locked brake in the de-energized state, which avoids the disadvantages of the known types described, in particular works without any spring between the friction bodies, experiences no extension of the reaction time, requires no readjustment and beyond a braking torque that is almost the same as that of the electromagnetic brake has been developed, can be set to different braking torques with simple means and is suitable for large braking torques.
According to the invention, this object is achieved by several cooperating measures. One of these measures according to the invention is that an electromagnet and a permanent magnet are assigned to different coupling halves. This ensures that when the electromagnet is switched on, both coupling halves are pushed apart by magnetic repulsion, so that no springs are required and a loss of braking torque is avoided.
It is no longer necessary that the field of the permanent magnet weakened by the air gap has to overcome a spring force when the brake or clutch is applied.
The second measure according to the invention consists in the fact that the parts of the two coupling halves leading the magnetic lines of force touch each other during the frictional engagement and have a cross-sectional constriction at the points of contact. Without undesirably increasing the magnetic resistance of the magnetic flux, a maximum density of lines of force and thus maximum induction is achieved at these transition points. Since the force of attraction is proportional to the square of the induction and only decreases linearly with the cross-sectional area, this reduction in the cross section results in an approximately linear increase in the force of attraction.
In this way, given the power flow of the permanent magnet, a corresponding increase in tensile force or braking torque can be achieved. This enables the use of a permanent magnet with a relatively low remnant. However, permanent magnets with low remanence can be produced with a much higher coercive force than permanent magnets with high remanence. These measures therefore make it possible to use permanent magnets with a high coercive force while accepting a relatively low remanence.
But only then the arrangement of the electro magnet and the permanent magnet in different coupling halves to generate a repulsive force between the coupling halves is made possible because the permanent magnets used in the known brake with high remanence by an equally large, counteracting electric magnetic field due to their low coercive force would lose remanence.
Permanent magnets that are suitable for the present Vorrich device are, for. B. ceramic permanent magnets that are made using metal oxides, such as polyoxides of barium and iron. These ceramic permanent magnets have a very large coercive force; However, they could not be used for brakes and clutches in general, because they do not have the remanence neces sary in the previous brakes and clutches.
To change the magnetic resistance, line parts which can be displaced relative to one another can be provided in at least one coupling half. By changing the magnetic resistance, the braking or clutch torque can therefore be controlled in a simple manner by moving parts of Lei.
In order to be able to get by with the weakest possible electric magnet, the permanent magnet can be composed of several partial magnets connected in parallel through appropriate line parts. This combination of several partial magnets connected in parallel makes it possible to generate a repulsion between the coupling halves with relatively few ampere turns of the electromagnetic coil.
In a preferred embodiment of the brake or clutch it is provided that the permanent magnet and the line parts for the magnetic flux are embedded in a ring-shaped manner and concentric to the axis of rotation in preferably non-magnetizable parts of the body.
Further, advantageously provided features of the subject matter of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments illustrated in the drawings.
They show: FIGS. 1 and 2 two longitudinal sections through two different brakes according to the invention, FIG. 3 shows a longitudinal section through a brake which is equipped with several permanent magnets according to FIG. <B> 1 </B>, FIG. 4 shows a longitudinal section through a brake according to FIG. 1, but with an adjusting device for the braking torque and a device to compensate for the wear, FIG > 5 </B> a longitudinal section through a brake similar to Fig. 2, in which the permanent magnet is composed of several individual magnets connected in parallel.
The brake shown in FIG. 1 consists of a non-rotatable coupling half 1 and a coupling half which is axially displaceable on a shaft 2 to be braked but is connected to the shaft 2 in a rotationally locked manner 3. </B> The coupling half <B> 3 </B> is composed of several parts that are firmly connected to one another. Directly on the shaft 2 there is a hub 4 of the coupling half <B> 3, </B> on the outer cylindrical surface of which a ring <B> 5 </B> made of soft iron is attached. A permanent magnet ring <B> 6 </B> is attached to the cylindrical outer surface of this ring <B> 5 </B>, the outer peripheral surface of which is connected to a ring <B> 7 </B> corresponding to ring <B> 5 </B> > made of soft iron.
On the cylindrical outer surface of the ring <B> 7 </B> an annular part <B> 8 </B> is fastened, the flat, annular end face 8 'with a friction lining <B> 9 </B> of the coupling half <B> 1 </B> works together.
In an annular recess of the coupling half <B> 1 </B> a ring <B> 10 </B> made of soft iron with a U-shaped cross-section is attached, the legs of which <B> 10 '</B> are direct continuations of the Represent rings <B> 5 </B> and <B> 7 </B> of the coupling half <B> 3 </B>. This ring <B> 10 </B> is arranged in such a way that the end faces of the legs <B> 10 '</B> and the opposite end faces of the rings <B> 5 </B> and <B> 7 </B> when the face <B> 8 '</B> of the coupling half <B> 3 </B> is in contact with the friction lining <B> 9 </B> of the coupling half <B> 1 </B>. As can be seen from the drawing, the cross-section of the legs <B> 10 '</B> and of the rings <B> 5 </B> and <B> 7 </B> is in the vicinity of these end faces which are in contact smaller than in the rest of the area.
The rings <B> 5, 7 </B> and <B> 10 </B> serve as line parts for the magnetic lines of force of the permanent magnet <B> 6 </B>, which is magnetized in such a way that its lines of force in its Inside run radially to shaft 2. The formation of the cross section of the rings ensures that at the transition points of the lines of force from the line parts <B> 5 </B> and <B> 7 </B> of one coupling half <B> 3 </B> on the line parts <B> 10 '</B> of the other coupling half <B> 1 </B> the cross section of the line parts has a minimum. The parts <B> 5, 6, 7 </B> and <B> 10 </B> form a closed magnetic circuit.
In the ring <B> 10 </B> an annular coil <B> 11 </B> is arranged, which can be fed with direct current and whose field is equally strong but opposite to that of the permanent magnet.
The parts <B> 1, </B> 4 and <B> 8 </B> are preferably made from a non-magnetizable material in order to largely avoid magnetic scattering or shunts.
The mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 1 is very simple. When the coil <B> 11 </B> is energized, its field acts in the magnetic circuit of parts <B> 5, 6, 7 </B> and <B> 10 </B> that of the duration magnets and completely eliminates it. This pushes the rings <B> 5 </B> and <B> 7 </B> off the ring <B> 10 </B>, so that the coupling half <B> 3 </B> rests on the shaft 2 axially and moves a little away from the coupling half <B> 1 </B>. To limit this movement, an adjusting ring <B> 15 </B> is provided on shaft 2.
Because the two coupling halves lift from one another, an air gap is formed between the line parts 101 on the one hand and the line parts 5 and 7 on the other because the demagnetizing effect of the electromagnet <B> 11 </B> on the permanent magnet <B> 6 </B> is reduced.
As soon as the current in the coil <B> 11 </B> is interrupted, the opposing electromagnetic field collapses, so that the magnetic circuit is now only magnetized by the permanent magnet <B> 6 </B>. As a result, the rings <B> 5 </B> and <B> 7 </B> are attracted to the ring <B> 10 </B> so that the coupling half <B> 3 </B> is attached to the body <B> 1 </B> until the end face <B> 8 '</B> rests against the friction lining <B> 9 </B> and the braking effect occurs.
Because the end faces of the rings 5, 7, 10, which slide on one another, are relatively small, not only is the induction increased at the transition points. These reduced areas also have the effect that the parts sliding on one another wear out more quickly than the friction lining <B> 9. </B> This faster wear causes the pressure of the area <B> 8 '</B> on the friction lining is only slightly reduced due to the contacting surfaces of the rings <B> 5, 7 </B> and <B> 10 </B> lying on top of one another.
The exemplary embodiment shown in FIG. 3 corresponds essentially to the exemplary embodiment according to FIG. 1. In order to avoid repetition, whoever those parts of the exemplary embodiment according to FIG. 3, The parts of the exemplary embodiment according to FIG. 1 already described correspond to, denoted by reference numbers, which are <B> 100 </B> compared to those in FIG. 1 < / B> reference numbers used are enlarged.
It is therefore sufficient to merely point out the differences between the exemplary embodiment according to FIG. 3 and the exemplary embodiment according to FIG. 1. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the part forming the hub of the coupling half 103 extends to the end face 108 instead of a duration Magnets <B> 6 </B> are seen in the embodiment of Fig. <B> 3 </B> three permanent magnets <I> 106a, <B> 106b </B> </I> and 106c.
Correspondingly, three rings <I> 105a, <B> 105b </B> </I> and 105c, 107a, 107b and 107c and <I> 110a <B> 110b </ B> </I> and <B> 110e. </B> Accordingly, three different coil formers <B> 11 </B> la, <B> <I> 1 </I> 1 <I> 1 b, </I> </B> <B>11<I>1</I> </B> c. These can be connected in a manner known per se in parallel or in series with the direct current source. In order to achieve the same field directions on the pole faces, the permanent magnets <I>106a ,<B>106b</B> </I> and 106c are arranged one above the other so that poles of the same name are directed against each other.
In Fig. 2, a further embodiment is shown ge according to the invention. The parts corresponding to the embodiment according to FIG. 1 are denoted by reference numbers that are increased by 200. This exemplary embodiment differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 essentially in that, instead of a permanent magnet with lines of force in its interior directed radially to the shaft, a permanent magnet ring 206 with axial directed inner lines of force is provided. Accordingly, the two rings <B> 205 </B> and <B> 207 </B> of the coupling half <B> 203 </B> are designed differently.
As can be seen from FIG. 2, the ring <B> 207 </B> arranged directly on the non-magnetizable hub 204 simultaneously forms the end face <B> 208 'which interacts with a friction ring <B> 209 </B> The ring 210, which here forms the second body 201 and is provided with the coil 211, is fastened directly to the machine housing <B> 213 </B> and carries the friction ring <B> 209. </B> on one of its legs
For many applications it is desirable or necessary that the braking torque can be adjusted with simple means. Of particular before part is the arrangement shown as an example in Fig. 4, in which the magnetic resistance in the line parts between the permanent magnet and the electric magnet can be increased.
This has the important advantage that the tensile force of the permanent magnet and thus the frictional torque can be adjusted without having to make any changes to the excitation coil. 'As Fig. 4 shows, the outer line ring consists of two parts 407 and 407, of which the part 407 is firmly connected to the coupling half 403 a related party. The permanent magnet 406 is axially adjustable by means of a threaded bushing 417 on the inner line ring 405 and carries the line ring 407 'on its outer cylindrical surface.
By axially adjusting the permanent magnet, an air gap of any size can be set between the line rings 407 and 407 ', through which the magnetic resistance of the circuit and thus the power flow and the tensile force can be regulated. The adjustable magnetic resistance could also be generated without an air gap. For this purpose, the two Rinae 407 and 407 'touch on cylindrical surfaces concentric to the axis of rotation (not shown in the drawing). By axially adjusting the ring 4071, the size of the contact surface and thus the magnetic resistance is changed.
As can be seen from FIG. 4, the magnetic resistance formed from the rings 407 and 407 'is arranged in the magnetic flux between the permanent magnet 406 and the electromagnet 410, 41-1. This reduces the demagnetizing effect of the electromagnet on the permanent magnet.
On the hub 404 of the displaceable coupling half resiliently supporting resilient members 418 can be provided on the cylindrical outer surface of the adjusting ring 415, which when the brake lining wears due to the resulting displacement of the coupling half 403 in Fig. 4 to the left with the end face 415 ' of the adjusting ring 415 come to cooperate.
In the embodiment shown in FIG. 4, these spring members are angularly designed and arranged one above the other, so that the first or one further to the right member with the end face 415 after the friction lining 409 is worn 'comes into engagement. According to the exemplary embodiment according to FIG. 4, these resilient members 418 are attached to a ring 419 which is axially displaceable by a small distance on the hub 40 # 4. As a result, the displaceable coupling half 403 is not hindered by the links 418 during uncoupling.
This device is particularly advantageous when the brake is mounted in such a way that the coupling half 403 hangs down and, when the brake is released, moves away from the stationary coupling half 401 by its own weight up to the stop on the adjusting ring 415.
Because the cross section of the rings <B> 5, 7 </B> and <B> 10 </B>, for example, has a minimum at the transition points of the lines of force, and because the attraction of the permanent magnet is effective with practically no air gap , a permanent magnet with a relatively low remanence can be used for the brakes, for example according to FIG. 1. As a result, the area of the permanent magnets in question is significantly enlarged, so that the choice can only be made on the basis of the highest possible coercive force and stability.
Ceramic permanent magnets have proven to be particularly useful, which are preferably made using polyoxides of iron and barium and / or other metals. Although these have a relatively low remanence, they have a very high coercive force and stability.
The very high internal resistance of ceramic permanent magnets has the undesirable consequence that a relatively large number of counter-amp turns must be applied by the electromagnet for demagnetization. It is therefore advantageous to assemble the permanent magnet from several partial magnets which have a small thickness in the direction of the lines of force and which are connected magnetically in parallel with one another. Such an arrangement is shown as an example in FIG. 5, the structure of the brake corresponding to that of FIG.
The permanent magnet in this case consists of three partial magnets <B> 306, 306 ', 306 ". Accordingly, the line parts are also designed with multiple elements and have lamellar parts <B> 307' and <B> 307 '</B> or <B> 305' </B> and <B> 305 "</B>. With the same magnet volume in relation to FIG. 2, only a fraction of opposing ampere turns of the electromagnetic coil is required to demagnetize the magnet according to FIG.
The composition of the permanent magnet from several thin sub-magnets in the direction of the lines of force can be applied analogously to radially magnetized permanent magnets.
With the invention, a new type of magnetically controlled brake that is effective in the de-energized state can be created, the performance of which goes far beyond that of the spring-loaded brakes known for the same purpose and which satisfies all safety requirements due to the use of a permanent magnet. A particularly simple and operationally reliable structure is possible, with no readjustment being required over the entire service life of the covering. Tests have shown that approximately the same braking torque can be achieved as with brakes in which the force for the frictional connection is generated by an electromagnet.
There is no upper application limit, since the permanent magnet, if it can no longer be made in one piece, can be composed of any number of mutually magnetized segments or partial magnets.
Instead of two interacting friction surfaces or friction elements <B> 8 '</B> and <B> 9 </B>, several surfaces of lamellae can also be provided, as is generally known.
For drive cases in which clutches are required that are friction-locked in the de-energized state, the innovation can easily be applied to clutches in that the body carrying the electric magnet is designed to be rotatable and the current is supplied via slip rings.