DE10035277A1

DE10035277A1 - Elektromagnetisch betätigbare, schleifringlose Einflächen-Reibungskupplungs-Bremskombination

Info

Publication number: DE10035277A1
Application number: DE2000135277
Authority: DE
Inventors: Rudolf Schneider; Helmut Fronius
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2002-01-31
Also published as: ZA200300444B

Abstract

Es wird eine elektromagnetisch betätigbare, schleifringlose Einflächen-Reibungskupplungs-Bremskombination mit einem Rotorelement (2), einem feststehenden Magnetkörper (6) und einem axial verschieblich gelagerten, topfförmigen Ankerelement (28) vorgeschlagen. Ein zylindermantelförmiger Bereich (28B) des Ankerelements (28) erstreckt sich mit engem radialen Luftspalt entlang einer äußeren Mantelfläche (12) des Magnetkörpers (6). Zwischen dem Ankerelement (28) und einer Reibfläche (30) des Rotorelements befindet sich ein überbrückbarer Arbeitsluftspalt (S). Um das Ankerelement und einen damit trieblich verbindbaren Antriebsmotor bei geöffneter Kupplung abbremsen zu können, wird vorgeschlagen, daß das Ankerelement (28) zwischen zwei Endlagen axial verschiebbar ist, wobei es in der ersten Endlage reibschlüssig mit dem Rotorelement (2) gekoppelt ist und in der zweiten Endlage reibschlüssig an einem feststehenden Bremsring (22) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätig bare, schleifringlose Einflächen-Reibungskupplungs-Brems kombination mit einem topfartig ausgebildeten Ankerelement.

Eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung mit einem derartigen Ankerelement ist in der nicht vor veröffentlichten DE 199 51 630 gezeigt. Diese Kupplung weist ein drehbar gelagertes Rotorelement, einen festste henden Magnetkörper mit einer Magnetspule und ein dreh bares, jedoch axial verschieblich gelagertes, topfartiges Ankerelement auf. Das Ankerelement weist einen ringschei benförmigen Bereich und einen zylindermantelförmigen Bereich auf. Das Ankerelement taucht mit einem zylinderman telförmigen Bereich in eine Ringnut des Magnetkörpers ein, wobei über einen engen, radialen Luftspalt Magnetfluß über tragen werden kann. Diese Bauart von elektromagnetisch betätigbaren Kupplungen ist kostengünstig herstellbar, weist einen geringen Bauraumbedarf und eine hohe Zuverläs sigkeit auf. Eine derartige Kupplung eignet sich bei handgeführten Schlagbohrmaschinen zum wahlweisen Kuppeln oder Entkuppeln des Antriebsmotors vom abtriebsseitigen Bohrwerkzeug. Die Kupplung spricht auf hohe Lasten und/oder Auslenkbewegungen des Gehäuses der Schlagbohrmaschine an, wie sie beim Verhaken des Bohrwerkzeugs auftreten. Hier durch kann ein Verletzungsrisiko des Maschinenbedieners vermieden werden.

Nach einem Auslösen der Kupplung kommt die Abtriebs seite mit dem Bohrwerkzeug praktisch unmittelbar zum Still stand, während die Antriebsseite der Kupplung und der An triebsmotor nach Unterbrechung der Spannungsversorgung des Antriebsmotors, bedingt durch den gespeicherten Drehimpuls, noch einige Sekunden nachläuft. Die Maschine ist erst dann wieder betriebsbereit, wenn der Antriebsmotor zum Still stand gekommen ist. Da in der Regel nach einem Auslösevor gang schnell wieder die Arbeit mit dem Bohrwerkzeug aufge nommen werden soll, wird die Zeit, die bis zum Stillstand der Antriebsseite verstreicht, als unerträglich lange emp funden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einflächen-Reibungskupplung so weiterzubilden, daß die Zeit bis zum Stillstand der An triebsseite nach einem Auslösevorgang verkürzt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetisch betätigbare, schleifringlose Einflächen-Reibungskupplungs- Bremskombination mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Demnach ist also das Ankerelement zwischen zwei Endlagen axial verschiebbar, wobei es in der ersten Endlage reib schlüssig mit dem Rotorelement gekoppelt ist und in der zweiten Endlage reibschlüssig an einem feststehenden Bremsring anliegt. Gegenüber der in der DE 199 51 630 gezeigten Reibungskupplung zeichnet sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß das Ankerelement abbremsbar ist, wodurch die Zeit, die nach einem Auslösen der Kupplung bis zum Stillstand der antriebsseitigen Kup plungshälfte wesentlich verkürzbar ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rotorelement abtriebsseitig und das Ankerelement an triebsseitig angeordnet.

Aufgrund der Topfform weist das Ankerelement an seiner Zylindermantelfläche in großem Abstand vom Drehzentrum er hebliche Anteile seiner Gesamtmasse auf und besitzt daher ein großes Massenträgheitsmoment. Das Rotorelement weist demgegenüber einen geringeren Durchmesser und geringere Massenanteile, die weit vom Drehzentrum entfernt sind, auf. Es besitzt daher ein sehr viel kleineres Massenträgheitsmo ment. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist also ab triebsseitig nur ein sehr kleines Massenträgheitsmoment vorhanden, so daß der Drehimpuls, der nach dem Auslösen der Kupplung abtriebsseitig abgebaut werden muß, nur sehr klein ist. Hierdurch können unerwünschte Reaktionsmomente, die noch nach dem Auslösen der Kupplung auftreten können und eine Auslenkbewegung zur Folge haben, auf ein Minimum reduziert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ankerelement mittels eines axial auslenkbaren Federele ments mit einer Ankerwelle verbunden bzw. verbindbar, wobei das Ankerelement durch das Federelement axial gegen den Bremsring vorgespannt ist. Im stromlosen Zustand, der nach einer Auslösung der Kupplung herrscht, wird diese mit ein fachen Mitteln gebildete Bremse durch die Vorspannkraft des Federelements betätigt. Insbesondere, wenn die Reibfläche des Rotorelements der Seite des ringscheibenförmigen Be reichs des Ankerelements zugeordnet ist, welche dem zylin dermantelförmigen Bereich des Ankerelements gegenüberliegt, wird ein äußerst einfacher Aufbau der Kupplungs-Brems kombination erzielt. Das Ankerelement weist dann an beiden axialen Enden jeweils eine Reibfläche auf. Eine Reibfläche ist am ringscheibenförmigen Bereich des Ankers, sozusagen am Topfboden, gegenüber dem Rotorelement und eine Reib fläche an der Stirnfläche des zylindermantelförmigen Bereichs gegenüber dem Bremsring angeordnet. Die Reib flächen des Rotorelements und des Bremsrings bilden axiale Anschläge, zwischen denen das Ankerelement hin- und her bewegbar ist.

Eine bauraumgünstige Ausgestaltung der Kupplung zeich net sich dadurch aus, daß auf der Ankerwelle ein Flansch zur Verbindung mit dem Federelement, welches das Ankerele ment trägt, vorgesehen ist, welcher bei stromdurchflossener Magnetspule einen Magnetfluß zwischen dem Magnetkörper und dem Rotorelement leitet. Wenn ein erster Teil des Flansches sich mit engem radialen Luftspalt axial entlang einer in neren Mantelfläche des Magnetkörpers erstreckt und ein zweiter Teil des Flansches eine Nabe des Rotorelements mit engem radialen Luftspalt umfaßt, kann der Magnetfluß jeweils über die engen radialen Luftspalte mit geringem Verlust zwischen den mit unterschiedlichen Drehzahlen sich drehenden Teilen übertragen werden. Neben der Funktion, das Ankerelement an die antriebsseitige Ankerwelle mechanisch zu koppeln, wird von dem Flansch also auch die Funktion, das Rotorelement magnetisch an den Magnetkörper zu koppeln, erfüllt.

Die erfindungsgemäße, elektromagnetisch betätigbare Kupplungs-Bremskombination und ihre Ausführungsformen eignen sich aufgrund ihres geringen abtriebsseitigen Mas senträgheitsmoments, ihrer kompakten Bauform und ihrer ger ingen Herstellkosten zur wahlweisen Koppelung bzw. Entkop pelung eines Antriebsmotors und eines Bohr- oder Schlag bohrwerkzeugs in einer handgeführten Bohr- oder Schlagbohr maschine.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist mit 2 ein auf einer Rotor welle 4 angeordnetes Rotorelement bezeichnet. Die Rotorwel le 4 ist mittels nicht dargestellter Lager drehbar gela gert. Ein feststehender Magnetkörper 6 ist mit einer Ma gnetspule 8 versehen, die zwischen einer inneren Mantelflä che 10 und einer äußeren Mantelfläche 12 des Magnetkörpers angeordnet ist. Der Magnetkörper 6 ist feststehend im Ge häuse 14 angeordnet, so daß die Stromversorgung der Magnet spule 8 schleifringlos erfolgt. Im Innenmantel 10 des Ma gnetkörpers 6 ist ein Kugellager 16 durch einen Sicherungs ring 18 gehalten, welches auf einer antriebsseitigen Anker welle 20 sitzt. Auf der Ankerwelle 20 sitzt drehfest ein Flansch 22, an dem mittels Befestigungsschrauben 24 ein axial federndes, jedoch drehsteifes Federelement 26 befe stigt ist. Eine mögliche Ausgestaltung des Federelements ist in der erwähnten DE 199 51 630 beschrieben. Es wird erklärt, daß der Inhalt dieser früheren Anmeldung vom Of fenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung umfaßt wird. Das Federelement 26 trägt das Ankerelement 28, das somit drehsteif mit dem Flansch 22 verbunden ist, jedoch gegenüber dem Flansch axial auslenkbar ist. Das Ankerele ment 28 ist topfförmig mit einem ringscheibenförmigen Be reich 28A und einem zylindermantelförmigen Bereich 28B aus gebildet. Zwischen dem zylindermantelförmigen Bereich 28B des Ankerelements und der äußeren Mantelfläche 12 des Ma gnetkörpers 6 befindet sich ein enger radialer Luftspalt, über den ein Magnetfluß 36 vom Ankerelement auf den Magnet körper bzw. umgekehrt übertragen werden kann. Zwischen dem ringscheibenförmigen Bereich 28A des Ankerelements und ei ner axial gegenüberliegenden, ringscheibenförmigen Reibflä che 30 des Rotorelements 2 befindet sich ein überbrückba rer, axialer Arbeitsluftspalt S. Wird die Magnetspule 8 von elektrischem Strom durchflossen, bilden sich im Bereich des Arbeitsluftspalts S am Rotorelement und am Ankerelement magnetische Pole aus, die eine Anziehungskraft bewirken. Durch die Anziehungskraft wird das Ankerelement 28 axial in Richtung des Rotorelements ausgelenkt, so daß der Arbeits luftspalt S überbrückt ist und die beiden Elemente reib schlüssig miteinander verbunden sind.

Diese Schaltstellung nimmt die Kupplung in einer hand geführten Bohr- oder Schlagbohrmaschine während des Be triebs ein. Ein Bohr- bzw. Schlagbohrwerkzeug wird dann von einem Antriebsmotor angetrieben. Tritt eine Überlast auf oder wird eine über ein vorgegebenes Maß hinausgehende Aus lenkbewegung des Gehäuses der Maschine festgestellt, so wird das abtriebsseitige Werkzeug vom Antriebsmotor entkop pelt, indem die Magnetspule 8 stromlos geschaltet wird. Durch eine Vorspannkraft des Federelements 26 wird das An kerelement 28 vom Rotorelement getrennt.

Die Abtriebsseite der Kupplung, die vom Rotorelement 2 und der Rotorwelle 4 gebildet wird, weist nur ein sehr ge ringes Massenträgheitsmoment auf, wodurch eine weitere Aus lenkbewegung nach der Auslösung der Kupplung auf ein Mini mum reduziert wird.

Die Reibfläche 30 des in Fig. 1 dargestellten Rotor elements 2 ist der Seite des ringscheibenförmigen Be reichs 28A des Ankerelements 28 zugeordnet, welche dem zy lindermantelförmigen Bereich 28B des Ankerelements 28 ge genüberliegt. Die axiale Bewegung des Ankerelements 28 wird einerseits durch das Rotorelement 2 und auf der anderen Seite durch einen Bremsring 32 begrenzt. Das Ankerele ment 28 ist zwischen zwei Endlagen axial verschiebbar, wo bei es in der ersten, linken Endlage reibschlüssig mit dem Rotorelement 2 gekoppelt ist und in der zweiten, rechten Endlage reibschlüssig an dem feststehenden Bremsring 32 anliegt. Im stromlosen Zustand der Kupplung übt dabei das Federelement 26 eine axiale Vorspannkraft auf das Ankerele ment 28 aus, durch welche das Ankerelement axial gegen den Bremsring gedrückt wird. Nach einem Auslösen der Kupplung wird die Ankerwelle 20 mit dem Ankerelement 28 sowie der damit trieblich verbundene Antriebsmotor in kurzer Zeit bis zum Stillstand abgebremst. Dadurch ergibt sich für den Ma schinenbediener nur eine sehr kurze Wartezeit, bis die Ma schine nach einem Auslösevorgang wieder betriebsbereit ist.

Der Flansch 22, der die triebliche Verbindung zwischen Ankerwelle 20 und dem Federelement 26 bzw. dem Ankerele ment 28 herstellt, erstreckt sich mit engem radialen Luftspalt entlang einem Teil der inneren Mantelfläche 10 des Magnetkörpers 6. Über den engen radialen Luftspalt wird ein Magnetfluß von dem Magnetkörper auf den Flansch über tragen. In einem zweiten Bereich des Flansches wird eine Nabe 34 des Rotorelements 2 mit engem radialen Luftspalt umfaßt. Ein Magnetfluß, der durch die Linie 36 dargestellt ist und der sich bei stromdurchflossener Magnetspule 8 ein stellt, fließt also von der radial inneren Mantelfläche 10 des Magnetkörpers 6 über einen Luftspalt auf den Flansch 22, von dort über einen engen radialen Luftspalt auf die Nabe 34 des Rotorelements, von dort über den über brückten Arbeitsluftspalt S auf das topfförmige Ankerele ment 28 und von dort über einen engen radialen Luftspalt auf die äußere Mantelfläche 12 des Magnetkörpers 6.

Bezugszeichen

2

Rotorelement

4

Rotorwelle

6

Magnetkörper

8

Magnetspule

10

innere Mantelfläche

12

äußere Mantelfläche

14

Gehäuse

16

Lager

18

Sicherungsring

20

Ankerwelle

22

Flansch

24

Schraube

26

Federelement

28

Ankerelement

28

A ringscheibenförmiger Bereich

28

B zylindermantelförmiger Bereich

30

Reibfläche

32

Bremsring

34

Nabe

36

Magnetfluß

Claims

1. Elektromagnetisch betätigbare, schleifringlose Ein flächen-Reibungskupplungs-Bremskombination, mit einem dreh bar gelagerten Rotorelement (2), mit einem feststehenden Magnetkörper (6), welcher mit einer Magnetspule (8) verse henen ist und mit einem drehbaren, jedoch axial verschieb lich gelagerten Ankerelement (28), wobei das Ankerele ment (28) topfartig mit einem ringscheibenförmigen Be reich (28A) und einem zylindermantelförmigen Bereich (28B) ausgebildet ist, wobei sich der zylindermantelförmige Be reich (28B) des Ankerelements mit engem radialen Luftspalt axial entlang einer äußeren Mantelfläche (12) des Magnet körpers (6) erstreckt und zwischen dem ringscheibenförmigen Bereich (28A) des Ankerelements und einer axial gegenüber liegenden ringscheibenförmigen Reibfläche (30) des Roto relements (2) ein überbrückbarer axialer Arbeits luftspalt (S) vorhanden ist, wobei das Ankerelement (28) zwischen zwei Endlagen axial verschiebbar ist, wobei es in der ersten Endlage reibschlüssig mit dem Rotorelement (2) gekoppelt ist, und in der zweiten Endlage reibschlüssig an einem feststehenden Bremsring (32) anliegt.

2. Reibungskupplungs-Bremskombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorele ment (2) abtriebsseitig und das Ankerelement (28) an triebsseitig angeordnet ist.

3. Reibungskupplungs-Bremskombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerelement (28) mittels eines drehsteifen, axial auslenk baren Federelements (26) mit einer Ankerwelle (20) verbun den ist, wobei das Ankerelement (28) durch das Federele ment (26) axial gegen den Bremsring (32) vorgespannt ist.

4. Reibungskupplungs-Bremskombination, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche (30) des Rotorelements (2) der Seite des ringscheibenförmigen (28A) Bereichs des Ankerelements zuge ordnet ist, welche dem zylindermantelförmigen Bereich (28B) des Ankerelements gegenüberliegt.

5. Reibungskupplungs-Bremskombination nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ankerwelle (20) ein Flansch (22) zur Verbindung mit dem Federelement (26) vorgesehen ist, der bei stromdurchflosse ner Magnetspule (8) einen Magnetfluß (36) zwischen dem Ma gnetkörper (6, 10) und dem Rotorelement (2) leitet.

6. Reibungskupplungs-Bremskombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Flansches (22) sich mit engem radialen Luftspalt axial entlang einer inneren Mantelfläche (10) des Magnetkör pers (6) erstreckt und ein zweiter Teil des Flansches (22) eine Nabe (34) des Rotorelements (2) mit engem radialen Luftspalt umfaßt.

7. Handgeführte Bohr- oder Schlagbohrmaschine mit ei nem Antriebsmotor und einem Bohr- oder Schlagbohrwerkzeug mit einer elektromagnetisch betätigbaren, Einflächen- Reibungskupplungs-Bremskombination nach einem der vorherge henden Ansprüche.