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Die
Erfindung betrifft eine elektromagnetisch öffnende Federdruckbremse mit
einer Bremsscheibe, die drehfest auf einem zu bremsenden, drehbar angetriebenen
Teil, insbesondere auf einer Welle oder Hohlwelle, angeordnet ist,
mit ein ein Magnetgehäuse
aufweisenden Elektromagneten und mit zumindest einer Druckfeder,
welche Bremse durch Bestromen der Erregerspule des Elektromagneten öffenbar
oder lüftbar
ist.
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Eine
derartige Federdruckbremse ist beispielsweise aus
DE 298 03 665 U1 bekannt
und hat sich bewährt.
Ein von einem Elektromotor angetriebener drehbarer Teil einer Welle
oder Hohlwelle ist mit einem Bremsrotor, also einer Bremsscheibe,
in Drehrichtung drehfest verbunden und koaxial dazu ist eine Bremsdruckplatte
vorgesehen, die gegen die Andruckkraft von Federn elektromagnetisch
gelüftet, also
von der Bremsfläche
wegbewegt werden kann. Der Elektromagnet zieht also diese Bremsdruckplatte gegen
die Kraft von Druckfedern an, wenn er bestromt ist, so dass die
Bremse dann gelüftet
ist. Fällt der
Strom aus oder wird er abgeschaltet, das heißt ist der Elektro magnet stromlos,
wird die Bremsscheibe durch die Bremsdruckplatte und die diese beaufschlagenden
Druckfedern axial beaufschlagt und abgebremst, das heißt in stromlosem
Zustand ist die Bremse geschlossen.
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Dabei
hängt die
Größe des Drehmoments dieser
Federdruckbremse ausschließlich
von der Kraft der Druckfedern ab, ist also im Hinblick auf den zur
Verfügung
stehenden Bauraum eingeschränkt.
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Es
besteht deshalb die Aufgabe, dieses Drehmoment der Federdruckbremse
ohne Vergrößerung oder
ohne nennenswerte Vergrößerung ihre
Abmessungen zu verstärken
oder bei etwa gleichem Drehmoment die Baugröße zu verkleinern.
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Zur
Lösung
dieser scheinbar widersprüchlichen
Aufgabe ist die eingangs definierte Federdruckbremse dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckfeder konzentrisch zu dem drehenden Teil oder der Welle
angeordnet ist und damit und mit der Bremsscheibe rotiert und an
der Bremsscheibe einerseits und an dem drehbaren Teil andererseits,
diese beiden Teile bei gespannter Druckfeder auseinanderdrückend abgestützt ist,
dass die Bremse wenigstens einen Permanentmagneten aufweist, der
die Bremsscheibe gegen die Kraft der Druckfeder an wenigstens eine
an dem Magnetgehäuse
angeordnete Bremsfläche
zieht und andrückt
und dass der Elektromagnet in bestromtem Zustand das Permanentmagnetfeld
des Permanentmagneten zumindest soweit kompensiert, neutralisiert
oder verdrängt,
dass die Bremsscheibe mittels der Druckfeder von der Bremsfläche abhebbar
oder abgehoben ist.
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Die
Bremswirkung wird also nicht mehr von der Kraft der Druckfeder abhängig gemacht,
sondern ein Permanentmagnet sorgt für die entsprechende Axialkräfte an der
Federdruckbremse, welche das Drehmoment der Bremse ergibt, wenn
die Erregerspule des Elektromagneten nicht bestromt ist. Fällt der
Strom aus oder wird er abgeschaltet, tritt also die Bremse in Funktion,
wobei aber dann die Andrückkraft
für die
Bremsscheibe nicht von Federn abhängt, sondern durch einen Permanentmagneten
mit entsprechend größerer Kraft
zur Verfügung
gestellt wird, da hier in Feldschlussstellung gebremst wird. Somit lässt sich
das Drehmoment einer solchen Bremse, wie Versuche gezeigt haben,
etwa verdoppeln oder gegebenenfalls noch weiter vergrößern. Gleichzeitig können die
Kosten zur Herstellung und Montage einer solchen Federdruckbremse
gegenüber
konventionellen Federdruck-Einflächenbremsen
erheblich vermindert werden, unter anderem weil an Stelle einer
an einem Gegenstück
anpressbaren Bremsscheibe mit Bremsendruckplatte nur noch die Bremsscheibe
erforderlich ist, die an den Magnethalter magnetisch angedrückt werden
kann. Dennoch hat diese Federdruckbremse weitere Vorteile gegenüber der
konventionellen Federdruckbremse, das heißt, bei bestromter Erregerspule
des Elektromagneten ist sie restmomentfrei geöffnet unabhängig davon, ob sie im Vertikalbetrieb
oder im Horizontalbetrieb angewendet wird, weil die Druckfeder dann
die Bremsscheibe lüftet
und somit gegenüber
den Druckfedern der konventionellen Federdruckbremse umgekehrt wirkt,
und weil bei Abschaltung des Stromes oder bei Stromausfall aufgrund
der Wirkung des Permanentmagneten die Bremsfunktion ausgeübt wird.
Selbst im Vertrikalbetrieb kann sich die auf die Bremsscheibe wirkende
Schwerkraft nicht negativ auswirken. Gleichzeitig kann aufgrund
dieser Permanentmagnet-Technik die Bremskraft ganz erheblich gesteigert werden,
ohne die Baugröße in axialer
und/oder radialer Richtung steigern zu müssen. Gegebenenfalls kann sogar
die Abmessung dieser Federdruckbremse gegenüber einer konventionellen Federdruckbremse
vermindert werden.
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Zweckmäßig ist
es dabei, wenn der Permanentmagnet koaxial zu dem Elektromagneten
in dem Magnetgehäuse
angeordnet ist. Dies ergibt eine kompakte, platzsparende Anordnung
und ist für
den Magnetfluss der beiden Magnete zweckmäßig und vorteilhaft.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Federdruckbremse kann die Erregerspule des Elektromagneten in
axialer Richtung zwischen der Bremsscheibe und dem Permanentmagneten
angeordnet sein und der Magnetfluss des Permanentmagneten kann über den
Magnetgehäuse
des Elektromagneten geleitet sein. Dadurch lässt sich besonders einfach einerseits
der Magnetfluss des Permanentmagneten so leiten, dass dieser die
Bremsscheibe anzieht und damit eine Bremswirkung durch das Anliegen
an dem Magnethalter ausübt,
während
gleichzeitig durch Bestromen der Erregerspule des Elektromagneten
dieses Permanentmagnetfeld kompensiert oder neutralisiert werden
kann, jedenfalls soweit, dass die Druckfeder die Bremsscheibe vom
Magnetgehäuse
abheben kann. Dabei wirkt sich günstig
aus, dass die Druckfeder an dem drehenden Teil oder der Welle damit
und mit der Bremsscheibe mitrotierend angeordnet ist.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die Bremsfläche für die als
mit dem drehbaren Teil oder der Welle rotierender Anker ausgebildete
Bremsscheibe direkt oder indirekt an dem Magnetgehäuse angeordnet
ist und/oder wenn das Magnetgehäuse
an seinen Polen belagfrei oder mit einem Reibbelag für die Bremsscheibe
versehen ist. Somit wird keine zusätzliche Gegenscheibe oder dergleichen
benötigt,
um die Bremsscheibe in ihrer Haltefunktion wirksam werden zu lassen.
Ist dabei das Magnetgehäuse
belagfrei, ist die Federdruckbremse vor allem als Haltebremse geeignet;
ist ein Bremsbelag vorhanden, kann sie auch als Arbeitsbremse dienen.
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In
platzsparender Weise kann die Druckfeder konzentrisch im Inneren
des Magnetgehäuses
und im innerhalb von dessen Innenring auf dem drehbaren Teil oder
auf der Welle oder auf einer damit drehfest verbundenen Hülse angeordnet
sein. Somit kann in radialer Richtung der innerhalb einer solchen
Federdruckbremse vorhandene Platz bestmöglich ausgenutzt werden.
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Außerdem ist
es aus Platzgründen
vorteilhaft, wenn die axiale Länge
der Druckfeder bei eingebauter Lage gleich oder kleiner als die
axiale Abmessung der Federdruckbremse oder des Magnethalters ist.
Somit wird für
die Druckfeder kein zusätzlicher Platz
in axialer Richtung benötigt.
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An
dem drehbar angetriebenen Teil oder an der Welle kann einstückig oder
als koaxial und drehfest an ihr befestigtes Teil ein an seiner Außenseite insbesondere
unrunder oder profilierter Mitnehmer für die auf ihm axial verschiebbar
aber drehfest angeordnete Bremsscheibe vorgesehen sein. Dadurch wird
sichergestellt, dass die Bremsscheibe mit dem drehbar angetriebenen
Teil beziehungsweise mit der Welle rotieren, aber relativ zu ihr
auch axial in Bremsposition oder in Öffnungsposition verschoben
werden kann.
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Dabei
ist es besonders günstig,
wenn der Mitnehmer einen profilierten, insbesondere vieleckigen
oder vielzahnigen Schiebesitz für
die eine dazu passend profilierte Innenöffnung aufweisende Bremsscheibe
hat.
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Für eine kompakte
Bauform ist es günstig, wenn
das Magnetgehäuse
als axiale Begrenzung und als Widerlager für den Permanentmagneten ein scheibenförmiges Joch
aufweist, an dessen innerem Rand als Innenring und Innenpol für den Permanentmagneten
und für
den Elektromagneten ein hülsenförmiger Stutzen angeordnet
ist, dessen dem Joch abgewandte Stirnseite den Innenpol und/oder
einen Teil der Bremsfläche
bildet. An dem Joch kann also auf dessen der Bremsscheibe zugewandter
Seite der Permanentmagnet angeordnet und befestigt sein – gegebenenfalls
in Form mehrerer am Umfang dieses Joches verteilter Segmente oder
als durchgehende Scheibe – und
dadurch kann gleichzeitig der Innenring und Innenpol gehalten und
gebildet werden, was einerseits für eine kompakte Bauweise und
andererseits für
einen guten Magnetfluss von Vorteil ist.
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Der
lichte Abstand der Bremsscheibe von den Polen des Permanentmagneten
ist bei gelüfteter Bremse
derart bemessen, dass die Magnetkraft des Permanentmagneten bei
nichtbestromtem Elektromagneten größer als die entgegengesetzt
wirkende Kraft der Druckfeder ist. Dadurch ist sichergestellt, dass
trotz der Wirkung der Druckfeder die Bremsscheibe von den Polen
des Permanentmagneten so stark angezogen wird, dass die angestrebte
Bremskraft und das daraus folgende Drehmoment auftreten. Dabei kann
der Permanentmagnet derart stark sein, dass die Kraft der Druckfeder
demgegenüber praktisch
vernachlässigt
werden kann, so dass sich die angestrebte hohe Druckkraft mit dem
entsprechend starken Moment ergibt.
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Versuche
haben gezeigt, dass vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer
der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen das Moment der erfindungsgemäßen Federdruckbremse
im Verhältnis
zur Baugröße praktisch
verdoppelt oder noch mehr vergrößert sein
kann, während
das Bauvolumen bei Beibehaltung des Außendurchmessers um etwa 1/5
reduziert werden kann, indem sich eine geringere axiale Baulänge, insbesondere
nur etwa die halbe Baulänge,
ergibt. Gleichzeitig können durch
diese Maßnahmen
die Herstellungskosten um etwa 1/4 oder mehr gegenüber Federdruck-Einflächenbremsen
gleicher Drehmomente reduziert werden, weil die bei derartigen Federdruck-Einflächenbremsen
vorhandene Bremsdruckplatte oder Ankerscheibe und auch ein Gegenhalter
oder Reibblech für die
Bremsscheibe entfallen können.
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Die
Montage ist erheblich vereinfacht und kann von dem Endanwender durchgeführt werden, wobei
die erfindungsgemäße Bremse
sowohl als Anbaubremse als auch als Einbaubremse geeignet ist. Dabei
sorgt die Druckfeder, die die Bremse bei bestromtem Elektromagneten
entgegen dem Permanentmagnetfeld zum Öffnen bringt, für eine Restmoment-
und Verschleißfreiheit
bei laufendem Betrieb des das drehbare Teil oder die Welle antreibenden Elektromotors,
wobei dies sowohl bei vertikaler als auch bei horizontaler Anordnung
der erfindungsgemäßen Federdruckbremse
gilt.
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
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Die
einzige Fig. zeigt in schematisierter Darstellung einen Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Federdruckbremse
in gelüfteter
Position.
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Eine
im Ganzen mit 1 bezeichnete, elektromagnetisch öffnende
Federdruckbremse weist eine Bremsscheibe 2 auf, die drehfest
auf dem zu bremsenden, in nicht näher dargestellter Weise drehbar angetriebenen
Teil, im Ausführungsbeispiel
auf einer Welle 3, angeordnet ist.
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Ferner
gehört
zu der Federdruckbremse 1 ein Magnetgehäuse 4 mit Außenring 4a und
mit einem davon gehaltenen Elektromagneten 5, dessen Erregerspule 6 in
der Zeichnung deutlich erkennbar ist.
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Ferner
gehört
zu der Federdruckbremse 1 eine noch näher zu beschreibende Druckfeder 7.
In noch zu beschreibender Weise ist diese Bremse 1 durch
Bestromen der Erregerspule 6 des Elektromagneten 5 über die
elektrische Leitung 5a öffenbar oder
lüftbar,
wobei diese geöffnete
und gelüftete
Position in der einzigen Fig. dargestellt ist.
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Man
erkennt in der Zeichnung deutlich, dass die Druckfeder 7 konzentrisch
zu dem drehenden Teil, also zu der Welle 3, im Folgenden
jeweils als „Welle 3" bezeichnet, angeordnet
ist und also damit und mit der Bremsscheibe 2 mit rotiert.
Dabei ist diese Druckfeder 7 einerseits an der Bremsscheibe 2 und
andererseits an der Welle 3 in noch zu beschreibender Weise
abgestützt.
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Die
Bremse 1 weist einen Permanentmagneten 8 oder
Dauermagneten auf, der die Bremsscheibe 2 gegen die Kraft
der Druckfeder 7 an die an dem Außenring 4a und Innenring 10 angeordnete
Bremsflächen 9 zieht
und andrückt,
von welcher er in der dargestellten Position gerade um einen Luftspalt
abgehoben ist.
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Der
Permanentmagnet 8 und der Elektromagnet 5 sind
dabei so angeordnet, dass der Elektromagnet 5 bei bestromter
Erregerspule 6 das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten 8 zumindest soweit
kompensiert oder neutralisiert, dass die Bremsscheibe 2,
die praktisch auch als Ankerscheibe wirkt, mittels der Druckfeder 7 von
der Bremsfläche 9 abhebbar
oder – wie
dargestellt – abgehoben ist.
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Dabei
erkennt man, dass der Permanentmagnet 8 koaxial zu dem
Elektromagneten 5 angeordnet ist, damit der jeweilige Magnetfluss
in gewünschter Weise
wirken oder kompensiert werden kann.
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Die
Erregerspule 6 des Elektromagneten 5 ist im Ausführungsbeispiel
in axialer Richtung zwischen der Bremsscheibe 2 und dem
Permanentmagneten 8 angeordnet und der Magnetfluss des
Permanentmagneten 8 wird über den Außenring 4a und Innenring 10 des
Elektromagneten 5 geleitet, wobei durch entsprechende Richtung
dieser Magnetflüsse die
gewünschte
Kompensation des Magnetfeldes des Permanentmagneten 8 durch
den Elektromagneten 5 bei bestromter Erregerspule 6 erfolgen
kann. Fällt
der Strom aus, oder wird er abgeschaltet, wirkt der Permanentmagnet 8 in
gewünschter
Weise so auf die Bremsscheibe 2, dass diese gegen die Bremsflächen 9 gezogen
wird und ihre Bremswirkung ausüben
kann.
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Die
Bremsflächen 9 für die als
mit dem drehbaren Teil oder der Welle 3 rotierender Anker
ausgebildete Bremsscheibe 2 ist im Ausführungsbeispiel an dem Außenring 4a und
Innenring 10 direkt, das heißt ohne Bremsbelag 17 angeordnet.
Der Außenring 4a und
Innenring 10 kann also an seinen die Bremsfläche 9 bildenden
Polen gemäß dem Ausführungsbeispiel
belagfrei sein. Er könnte
aber auch mit einem Reib- oder Bremsbelag 17 für die Bremsscheibe 2 versehen
sein, wenn die Federdruckbremse 1 als Arbeitsbremse ausgestaltet
sein soll.
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Die
Druckfeder 5 ist konzentrisch im Inneren des Magnetgehäuses 4 und
innerhalb von dessen Innenring 10 auf der Welle 3,
im Ausführungsbeispiel auf
einer damit drehfest verbundenen Hülse 11 angeordnet,
die an ihrem der Bremsscheibe 2 abgewandten Seite einen
ringförmigen
Anschlagvorsprung 12 als Widerlager für die Druckfeder 8 aufweist.
Dies erleichtert die Montage der Druckfeder 7. Dabei ist
die axiale Länge
der Druckfeder 7 in eingebauter Lage etwas kleiner als
die axiale Abmessung der Federdruckbremse 1 beziehungsweise
des Magnetgehäuses 4,
so dass sich die Druckfeder 7 zusammen mit der Hülse 11 und
dem An schlag 12 innerhalb der Abmessung der Federdruckbremse 1 befindet.
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Im
Bereich der Bremsscheibe 2 ist an der Welle 3 einstückig oder
als koaxial und drehfest an ihr befestigtes Teil ein an seiner Außenseite
unrunder oder profilierter Mitnehmer 13 vorgesehen, auf
welchem die axial verschiebbare Bremsscheibe drehfest angeordnet
ist, so dass sie über
diesen Mitnehmer 13 mit der Welle 3 rotiert und
beim Andrücken
an die Bremsflächen 9 ein
entsprechendes Bremsmoment auf die Welle 3 ausüben kann.
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Im
Ausführungsbeispiel
hat dieser Mitnehmer 13 einen profilierten, zum Beispiel
vieleckigen Schiebesitz für
die eine dazu passend profilierte Innenöffnung aufweisende Bremsscheibe 2.
Nahe diesem Schiebesitz stützt
sich die Druckfeder 7 ab, so dass eine verkantungsfreie
Verschiebung der Bremsscheibe 2 um den in der Zeichnung
qualitativ dargestellten Luftspalt problemlos möglich ist. Dabei können der
Mitnehmer 13 für
die auf ihm axial verschiebliche Bremsscheibe 2 und die
Hülse 11 aus
einem Stück
bestehen oder miteinander verbunden sein oder auch nur in axialer
Richtung aneinander stoßen. Die
einstückige
Ausführung
hat den Vorteil guter Montierbarkeit.
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Das
Magnetgehäuse 4 weist
als axiale Begrenzung und als Widerlager für den Permanentmagneten ein
scheibenförmiges
Joch 14 auf, an deesem inneren Rand als Innenring 10 oder
Innenpol für
den Permanentmagneten 8 und für den Elektromagneten 5 ein
Stutzen angeordnet ist, dessen dem Joch 14 abgewandte Stirnseite
den Innenpol und gleichzeitig einen Teil der Bremsfläche 9 bildet.
Dies ergibt eine kompakte Bauweise, die gleichzeitig den Magnetfluss
bestmöglich
zu der Bremsfläche 9 leitet.
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Der
in der Zeichnung qualitativ dargestellte lichte Abstand der Bremsscheibe 2 von
den Polen des Permanentmagneten 8 und damit von der Bremsfläche 9 bei
gelüfteter
Bremse 1 ist derart bemessen, dass die Magnetkraft des
Permanentmagneten 8 bei nicht bestromtem Elektromagneten 5 größer als
die entgegengesetzt wirkende Kraft der Druckfeder 7 ist.
Dabei ist die axiale Verschiebung der Bremsscheibe 2 bei
gelüfteter
Bremse durch eine Anlaufscheibe 16 begrenzt, die auf der
Welle 3 auf der der Bremsfläche 9 abgewandten
Seite der Bremsscheibe 2 angeordnet ist und sich ihrerseits
an einem Wellenabsatz abstützt.
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Die
elektromagnetisch öffnende
Federdruckbremse 1 für
einen elektrischen Antrieb, die sowohl als Anbau- als auch als Einbaubremse
benutzt werden kann, weist eine konzentrisch zu einem drehenden
Teil oder einer Welle 3 angeordnete Druckfeder 7 auf,
die mit der Welle 3 rotiert und an einer Bremsscheibe 2 einerseits
und an der Welle 3 andererseits, diese beiden Teile auseinanderdrückend abgestützt ist.
Zu der Federdruckbremse 1 gehört ferner ein Elektromagnet 5 mit
Erregerspule 6, durch deren Bestromung die Bremse geöffnet oder
gelüftet
wird. Die Bremsscheibe 2 rotiert dabei über den Mitnehmer 13 gemeinsam
mit der Welle 3. Außerdem
ist wenigstens ein Permanentmagnet 8 vorgesehen, der die Bremsscheibe 2 gegen
die Kraft der Druckfeder 7 an eine Bremsfläche 9 zieht
und andrückt
und dessen Magnetfeld mit Hilfe der bestromten Erregerspule 6 des
Elektromagneten 5 soweit kompensiert oder neutralisiert
werden kann, dass die Bremsscheibe 2 mittels der Druckfeder 7 von
der Bremsfläche 9 abhebbar
oder abgehoben ist. Somit lässt
sich gegenüber
einer konventionellen Federdruckbremse bei deutlich geringeren Herstellungskosten
ein erheblich größeres Moment
aufbringen, ohne die Baugröße zu erhöhen.
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Im
günstigsten
Fall reduziert sich das gesamte System auf Magnetgehäuse 4,
Bremsscheibe 2, Welle 3 und Druckfeder 7,
je nach Einsatzfall.
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Es
sei noch erwähnt,
dass anstelle des ringförmigen
Vorsprungs 12 als Widerlager für die Druckfeder 7 auch
ein an der Welle 3 oder dem entsprechenden drehbaren Teil
angeordneter Sicherungsring dienen kann.
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Der
Mitnehmer 13 kann ein eigenständiges Teil sein, er kann jedoch
auch mit der Welle 3 einstückig verbunden sein.