DE102005025546A1

DE102005025546A1 - Clutch brake combination e.g. for tool, packaging and printing machines, has clutch magnet and retarding magnet which coaxially arranged to rotation axle

Info

Publication number: DE102005025546A1
Application number: DE200510025546
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Biller
Original assignee: KERN GmbH
Current assignee: KERN ANTRIEBSTECHNIK GMBH, DE
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-07

Abstract

u The clutch brake combination (1) has a clutch magnet (3) and a retarding magnet (2) which coaxially arranged to a rotation axle (8). Between the pole rings (22, 23) an anchoring plate (10, 11) is arranged having small amount of axial play. The plate is torque proof connected by an axially flexible annular spring (9) with an output shaft. Surfaces of the anchor plate and the pole rings are essentially radially running slots (26). The slots are arranged having an angle of for instance 10deg.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungs-Bremskombination nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a clutch-brake combination according to the preamble of claim 1.

Kupplungs-Bremskombinationen werden unter anderem für Webmaschinenantriebe, aber auch für Werkzeugmaschinen, Verpackungs- und Druckmaschinen sowie Handhabungsgeräte verwendet. Sie dienen zum Kuppeln einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle und zum Abbremsen der Abtriebswelle bei geöffneter Kupplung innerhalb kürzester Zeit. Insbesondere bei Webmaschinen werden hohe Anforderungen gestellt. So muss die Abtriebswelle im Falle eines Fehlers innerhalb möglichst kleiner Nachlaufwinkel bei Drehzahlen bis ca. 2500 U/min stillgesetzt werden. Hierdurch wird das Material der Kupplungs-Bremskombination durch die dynamischen Trägheitskräfte hohen Spitzenbelastungen ausgesetzt. Trotzdem werden ein präzises Arbeiten über die gesamte Lebensdauer und lange Standzeiten der Kupplungs-Bremskombination erwartet. Beim Betrieb der Kupplungs-Bremskombination bildet sich Abrieb, der sich an den Polflächen absetzt. Der Abrieb beeinträchtigt jeden Schaltvorgang, sodass die geforderten Abschaltwinkel nach einer gewissen Zeit nicht mehr eingehalten werden. Wird die Kupplungs-Bremskombination gereinigt, werden zwar die ursprünglichen Verhältnisse wieder erreicht, allerdings ist das regelmäßige Reinigen lästig und führt zu Ausfallzeiten der Maschinen und Anlagen.Clutch-brake combinations be among others for Weaving machine drives, but also for machine tools, packaging and printing machines and handling equipment used. They serve for Coupling a drive shaft with an output shaft and to decelerate the output shaft when open Clutch within the shortest possible time Time. In particular, in looms high demands are made. So the output shaft must in case of a fault within as possible small caster angle can be stopped at speeds up to approx. 2500 rpm. As a result, the material of the clutch-brake combination is through high dynamic inertia forces Exposed to peak loads. Nevertheless, a precise work on the full life and long service life of the clutch-brake combination expected. During operation of the clutch-brake combination, abrasion forms, located at the pole faces settles. The abrasion impaired every switching operation, so that the required switch-off after a certain time are no longer respected. Will the clutch-brake combination cleaned, while the original conditions reached again, however, the regular cleaning is annoying and leads to downtime of machinery and equipment.

Aus der DE 31 16 902 A1 ist eine Kupplungs-Bremskombination bekannt, bei der zwischen einem Kupplungsmagneten und einem Bremsmagneten eine Ankerscheibe mit geringem axialen Spiel angeordnet ist. Die Ankerscheibe ist drehfest über zwei jeweils an einer Stirnseite angeordnete Ringfedern und eine Mitnehmernabe mit einer Abtriebswelle verbunden. Hierzu sind die Ringfedern aus dünnem Federstahl in Laufrichtung der Ankerscheibe wechselweise an Stege angenietet, die zum einen der Mitnehmernabe und zum anderen der außen liegenden ringförmigen Ankerscheibe zugeordnet sind. wird diese aus ihrer mittleren Ausgangsposition von einem der Magnete angezogen, werden die Ringfedern in Umfangsrichtung zwischen den Stegen gebogen und außerdem auf Zug beansprucht. Hierbei entstehen an den Befestigungsstellen Mikrobewegungen, die zu einem vorzeitigen Verschleiß und Schadstellen führen können. Je nach dem, ob die Ankerscheibe an einem Polring des Kupplungsmagneten oder des Bremsmagneten zur Anlage gelangt, wird die Abtriebswelle mit einer Antriebsscheibe verbunden oder gegenüber einem feststehenden Gehäuseteil abgebremst. Es sind auch Kupplungs-Bremskombinationen bekannt, bei denen eine Ankerscheibe durch eine einzige Ringfeder auf einer Welle befestigt ist.From the DE 31 16 902 A1 a clutch-brake combination is known in which an armature disk is arranged with a small axial clearance between a clutch magnet and a brake magnet. The armature disk is non-rotatably connected via two each arranged on one end side of the annular springs and a drive hub with an output shaft. For this purpose, the annular springs made of thin spring steel in the direction of the armature disc are alternately riveted to webs, which are assigned to one of the drive hub and the other of the outer annular armature disc. if this is attracted to its middle starting position of one of the magnets, the annular springs are bent in the circumferential direction between the webs and also claimed to train. This creates micro-movements at the attachment points, which can lead to premature wear and damage. Depending on whether the armature disk comes to rest on a pole ring of the clutch magnet or the brake magnet, the output shaft is connected to a drive pulley or braked relative to a stationary housing part. There are also clutch-brake combinations are known in which an anchor disc is secured by a single annular spring on a shaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungs-Bremskombination so zu gestalten, dass sie kostengün stig hergestellt werden kann und im Dauerbetrieb sehr wenige und lange Wartungsintervalle ermöglicht. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Of the Invention is based on the object, a clutch-brake combination be designed so that they can be produced kostengün stig and in continuous operation allows very few and long maintenance intervals. It is according to the invention by the features of claim 1 solved. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

Nach der Erfindung weist mindestens eine der zugewandten Flächen der Ankerscheibe und der Polringe im Wesentlichen radial verlaufende Nuten auf. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei Kupplungs-Bremskombinationen an den trockenen Reibflächen Abrieb entsteht, der zunächst eine plättchenförmige Gestalt besitzt, aber nach mehreren Schaltvorgängen zu kleinen Kügelchen geformt wird. Diese besitzen einen Durchmesser von ca. 5 bis 10 μ. Diese kleinen Kügelchen besitzen eine Quasifließfähigkeit, sodass sie durch die radial verlaufenden Nuten nach Art einer Kreiselpumpe durch Fliehkräfte nach außen befördert werden können. Somit kann sich der Abrieb nicht auf den Reibflächen festsetzen. Die Kupplungs-Bremskombination reinigt sich selbsttätig, sodass die Schaltqualitäten über sehr große Wartungsintervalle auf hohem Niveau konstant gehalten werden.To The invention comprises at least one of the facing surfaces of Anchor plate and the pole rings substantially radially extending Grooves on. The invention is based on the recognition that in clutch-brake combinations on the dry friction surfaces Abrasion occurs at first a platelike shape owns, but after several switching operations to small globules is formed. These have a diameter of about 5 to 10 μ. These little ones globule have a quasi-propensity, so that they through the radial grooves in the manner of a centrifugal pump by centrifugal force Outside promoted can be. Thus, the abrasion can not settle on the friction surfaces. The clutch-brake combination cleans itself automatically, so that the switching qualities over very large maintenance intervals kept constant at a high level.

Damit der Abrieb möglichst schnell aus dem Bereich der Reibflächen befördert wird, hat sich gezeigt, dass der Abstand der Nuten nicht zu groß gewählt werden sollte. Andererseits sollte die wirksame Reibfläche nicht zu sehr vermindert werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Nuten über den Umfang in einem Winkelabstand von etwa ca. 10° anzuordnen. Dabei können die Nuten zweckmäßigerweise eine Tiefe von ungefähr 0,5 mm und eine Breite von ungefähr 1 mm haben.In order to the abrasion as possible is quickly moved out of the area of friction surfaces, it has been shown that the distance of the grooves should not be too large. on the other hand should be the effective friction surface not be diminished too much. It has proven to be advantageous the grooves over to arrange the circumference at an angular distance of about 10 °. It can the grooves expediently a depth of about 0.5 mm and a width of approximately 1 mm.

Um die Förderleistung der Nuten zu verbessern, ist es zweckmäßig, dass die Nuten von innen nach außen zur Drehrichtung entgegengesetzt geneigt oder gebogen verlaufen. Dabei wird für den Verlauf der Nuten vorteilhafterweise eine Evolvente gewählt. Zur leichteren Fertigung kann diese durch Kreisbögen angenähert sein, sodass sich die Nuten einfach fräsen lassen.Around the delivery rate To improve the grooves, it is appropriate that the grooves from the inside to Outside to the direction opposite inclined or bent. It is for the course of the grooves advantageously selected an involute. to lighter production, this can be approximated by circular arcs, so that the Simply mill grooves to let.

Da die Förderwirkung insbesondere auf die auf den Abrieb wirkenden Zentrifugalkräfte beruht, sind die Nuten an den primär angetriebenen Reibflächen, nämlich am Polring des Kupplungsmagneten und an der dem Bremsmagneten zugewandten Fläche der Ankerscheibe, besonders wirksam. Haben daher gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung nur der Polring des Kupplungsmagneten und die dem Bremsmagneten zugewandte Fläche der Ankerscheibe Nuten, so wird bei geringen Fertigungskosten eine optimale Wirkung erzielt.Since the conveying effect is based in particular on the centrifugal forces acting on the abrasion, the grooves on the primary driven friction surfaces, namely on the pole ring of the coupling magnet and on the surface of the armature disc facing the brake magnet, are particularly effective. Therefore, according to one embodiment of the invention, only the pole ring of the coupling magnet and the Brake magnet facing surface of the armature disc grooves, so an optimal effect is achieved at low production costs.

Aus verschiedenen Gründen können die Reibflächen durch Ringnuten oder Aussparungen unterbrochen sein, die die radial verlaufenden Nuten kreuzen. Hierdurch wird grundsätzlich die Wirkung der radial verlaufenden Nuten nicht beeinträchtigt, da sich der Abrieb in diesen Taschen sammeln kann und somit sehr schnell aus dem Bereich der Reibflächen entfernt wird.Out different reasons can the friction surfaces be interrupted by annular grooves or recesses, which are the radial crossing running grooves. As a result, the principle Effect of the radially extending grooves is not impaired, because the abrasion can accumulate in these bags and thus very much quickly removed from the area of the friction surfaces.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßi gerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing is an embodiment represented the invention. The drawing, the description and the Claims included numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics expediently also individually consider and summarize to meaningful further combinations.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Kupplungs-Bremskombination, 1 a partial longitudinal section through a clutch-brake combination,

2 eine Ansicht einer Ankerscheibe und 2 a view of an anchor disc and

3 eine Ansicht eines Polrings. 3 a view of a pole ring.

Die Figuren zeigen eine Kupplungs-Bremskombination 1, so weit dies zum Verständnis der Erfindung notwendig ist. Zwischen einem Bremsmagneten 2 und einem Kupplungsmagneten 3 der Kupplungs-Bremskombination 1 sind zwei Ankerscheiben 10, 11 angeordnet, zwischen denen im Bereich des äußeren Umfangs eine Ringfeder 9 mittels nicht dargestellter Spannschrauben verspannt ist. Die Ringfeder 9 ist an ihrem inneren Bereich durch Schrauben 12 an einer Mitnehmernabe 7 befestigt, indem die Schrauben 12 durch Schraubenlöcher 13 der Ringfeder 9 in Gewinde der Mitnehmernabe 7 eingreifen.The figures show a clutch-brake combination 1 As far as this is necessary for understanding the invention. Between a brake magnet 2 and a clutch magnet 3 the clutch-brake combination 1 are two anchor disks 10 . 11 arranged, between which in the region of the outer circumference of an annular spring 9 is braced by means not shown clamping screws. The ring spring 9 is at its inner area by screws 12 at a hub 7 fastened by the screws 12 through screw holes 13 the ring spring 9 in thread of the drive hub 7 intervention.

Die Ankerscheiben 10, 11 sind im Wesentlichen gleich gestaltet. Sie besitzen drei magnetisch durchflutete Bereiche 16, 17, 18, von denen der äußere Bereich 16 vom mittleren Bereich 17 durch ringförmige, nur durch Verbindungsstege 21 unterbrochene Aussparungen 19 getrennt ist, während der innere Bereich 18 durch einen nicht magnetisierbaren Ring 20, vorzugsweise aus einer Bronzelegierung, mit dem mittleren Bereich 17 verbunden ist. Die Verbindungsstege 21 der Aussparung 19 liegen im Bereich der Schraubenlöcher 13 bzw. der Gewindebohrungen 14 für die Spannschrauben. Um die magnetischen Brücken zwischen den Durchflutungsbereichen 16, 17 klein zu halten und damit die magnetischen Verluste zu minimieren, können die Aussparungen 19 an ihren Enden radial nach innen versetzt sein und das Schraubenloch 13 bzw. das Gewindeloch 14 in Umfangsrichtung teilweise überdecken. Um die Aussparungen 19, 20 präzise herstellen zu können, werden sie vorteilhafterweise mit Laserstrahlen aus den Ankerscheiben 10, 11 geschnitten.The anchor disks 10 . 11 are essentially the same. They have three magnetically flooded areas 16 . 17 . 18 of which the outer area 16 from the middle area 17 by annular, only by connecting webs 21 broken recesses 19 is separated while the inner area 18 through a non-magnetizable ring 20 , preferably of a bronze alloy, with the middle region 17 connected is. The connecting bridges 21 the recess 19 lie in the area of the screw holes 13 or the threaded holes 14 for the clamping screws. Around the magnetic bridges between the flooding areas 16 . 17 To keep small and thus minimize the magnetic losses, the recesses can 19 be offset radially inwardly at their ends and the screw hole 13 or the threaded hole 14 partially overlap in the circumferential direction. To the recesses 19 . 20 To be able to produce precise, they are advantageously using laser beams from the armature discs 10 . 11 cut.

Die Ankerscheiben 10, 11 arbeiten mit Polringen 22, 23 des Bremsmagneten 2 und des Kupplungsmagneten 3 zusammen. Die Polringe 22, 23, an denen die Ankerscheiben 10, 11 je nach Schaltungszustand anliegen, sind durch Isolierzonen 24 aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, z.B. einer Bronzelegierung, in Ringbereiche 25 unterteilt, die radial versetzt zu den Durchflutungsbereichen 16, 17, 18 der Ankerscheiben 10, 11 angeordnet sind, sodass sich eine Durchflutung 15 ergibt, die durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist und mehrfach von den Polringen 22, 23 zu den Ankerscheiben 10, 11 wechselt. Die Isolierzonen 24 können gegenüber den Reibflächen etwas zurückversetzt sein, sodass sich flache Ringnuten ergeben. Ferner können die Polringe 22, 23 Ringnuten 30 besitzen, die zwischen den Isolierzonen 24 in den Bereichen der Aussparungen 19 und des Isolierrings 20 der Ankerscheiben 10, 11 liegen.The anchor disks 10 . 11 work with pole rings 22 . 23 of the brake magnet 2 and the clutch magnet 3 together. The pole rings 22 . 23 where the armature discs 10 . 11 Depending on the circuit state applied, are by Isolierzonen 24 of a non-magnetizable material, eg a bronze alloy, in ring areas 25 divided radially offset from the flooding areas 16 . 17 . 18 the anchor disks 10 . 11 are arranged, so there is a flood 15 results, which is indicated by a dash-dotted line and several times by the Polringen 22 . 23 to the anchor disks 10 . 11 replaced. The isolation zones 24 can be set back slightly compared to the friction surfaces, so that there are flat annular grooves. Furthermore, the pole rings 22 . 23 ring grooves 30 own, between the isolation zones 24 in the areas of the recesses 19 and the insulating ring 20 the anchor disks 10 . 11 lie.

Die Polringe 22, 23 besitzen jeweils einen Befestigungsflansch 4, 5 mit Gewindelöchern 6, wobei der Befestigungsflansch 4 des Bremsmagneten 2 mit einem Gehäuse fest verbunden ist, während der Befestigungsflansch 5 des Kupplungsmagneten 3 mit einem nicht dargestellten Antriebselement bzw. einer Antriebswelle verbunden ist. In der Regel sind das Antriebselement und der Kupplungsmagnet 3 auf einer nicht dargestellten Abtriebswelle drehbar gelagert, auf der die Mitnehmernabe 7 drehfest sitzt. Die Abtriebswelle mit der Mitnehmernabe 7 sowie der Kupplungsmagnet 3 rotieren um eine Rotationsachse 8. Im stromlosen Zustand der Magnete 2, 3 liegt die Ankerscheibe 10 unter einer geringen Vorspannung der Ringfeder 9 am Polring 22 des Bremsmagneten 2 an. Somit wird die Abtriebswelle in einer sicheren Position zum Gehäuse gehalten. Wird der Kupplungsmagnet 3 bestromt, wird die Ankerscheibe 11 mit der Ankerscheibe 10 gegen den Polring 23 des Kupplungsmagneten 3 gezogen, wodurch die Abtriebswelle mit der Mitnehmernabe 7 von dem Antriebselement angetrieben wird. Im Störungsfall wird der Kupplungsmagnet 3 abgeschaltet und der Bremsmagnet 2 bestromt. Dadurch wird die Ankerscheibe 10 mit der Ankerscheibe 11 von dem Bremsmagneten 2 angezogen. Die Schaltbewegung wird durch die Vorspannung der Ringfeder 9 unterstützt.The pole rings 22 . 23 each have a mounting flange 4 . 5 with threaded holes 6 , where the mounting flange 4 of the brake magnet 2 is firmly connected to a housing while the mounting flange 5 of the coupling magnet 3 is connected to a drive element, not shown, or a drive shaft. In general, the drive element and the clutch magnet 3 rotatably mounted on an output shaft, not shown, on which the drive hub 7 rotatably seated. The output shaft with the hub 7 and the clutch magnet 3 rotate around a rotation axis 8th , In de-energized state of the magnets 2 . 3 is the anchor disc 10 under a slight bias of the annular spring 9 at the pole ring 22 of the brake magnet 2 at. Thus, the output shaft is held in a secure position to the housing. Will the clutch magnet 3 energized, the anchor plate becomes 11 with the anchor disc 10 against the pole ring 23 of the coupling magnet 3 pulled, whereby the output shaft with the Mitnehmerabe 7 is driven by the drive element. In case of failure, the clutch magnet 3 switched off and the brake magnet 2 energized. This will be the anchor plate 10 with the anchor disc 11 from the brake magnet 2 dressed. The switching movement is due to the bias of the annular spring 9 supported.

Die Ankerscheibe 10, die dem Bremsmagneten zugewandt ist, besitzt an ihrer Reibfläche Nuten 26, die im Wesentlichen radial verlaufen und in Umfangsrichtung einen Winkelabstand von etwa 10° besitzen. Die Nuten 26 sind etwa 0,5 mm tief und etwa 1 mm breit. Sie verlaufen entgegengesetzt zur Drehrichtung 27 gekrümmt nach der Form einer angenäherten Evolventen, die durch zwei Kreisbögen 28, 29 gebildet ist. Dadurch können die Nuten 26 leicht gefräst werden. Durch die Form der Nuten 26 wird der Abrieb infolge der Zentrifugalkräfte bei Drehung der Ankerscheibe 10 nach außen gefördert, sodass die Reibflächen in kurzer Zeit wieder frei von Abrieb sind. Hierbei kann der Abrieb auch in den Aussparungen 19 abgelagert werden.The anchor disc 10 , which faces the brake magnet, has grooves on its friction surface 26 which extend substantially radially and in the circumferential direction an angular distance of about 10 ° be to sit. The grooves 26 are about 0.5 mm deep and about 1 mm wide. They run opposite to the direction of rotation 27 curved to the shape of an approximated involute by two circular arcs 28 . 29 is formed. This allows the grooves 26 be easily milled. By the shape of the grooves 26 The abrasion is due to centrifugal forces upon rotation of the armature disc 10 conveyed to the outside, so that the friction surfaces are again free of abrasion in a short time. Here, the abrasion in the recesses 19 be deposited.

In 3 ist eine Ansicht des Polrings 23 des Kupplungsmagneten 3 dargestellt. Er besitzt drei Isolierzonen 24, die entgegen der Reibfläche ein Stück zurückversetzt sind. Zwischen den Isolierzonen 24 befinden sich die Ringnuten 30. Auch der Polring 23 besitzt ähnlich wie die Ankerscheibe 10 radial verlaufende Nuten 26, durch die der Abrieb von innen nach außen gefördert wird. Durch die radialen Nuten 26 werden die Wartungsintervalle der Kupplungs-Bremskombination bei gleich bleibender guter Schaltqualität wesentlich verlängert.In 3 is a view of the pole ring 23 of the coupling magnet 3 shown. He has three isolation zones 24 , which are set back against the friction surface. Between the isolation zones 24 are the ring grooves 30 , Also the pole ring 23 owns similar to the anchor plate 10 radially extending grooves 26 which promotes abrasion from the inside to the outside. Through the radial grooves 26 The maintenance intervals of the clutch-brake combination are significantly extended while maintaining good shift quality.

Claims

Clutch brake combination ( 1 ) with a coupling magnet ( 3 ) and a brake magnet ( 2 ) coaxial with a rotation axis ( 8th ) are arranged and between the pole rings ( 22 . 23 ) at least one anchor plate ( 10 . 11 ) is arranged with a small axial clearance, which via an axially resilient annular spring ( 9 ) is rotatably connected to an output shaft, characterized in that at least one of the facing surfaces of the armature disc ( 10 . 11 ) and the pole rings ( 22 . 23 ) substantially radially extending grooves ( 26 ) having.

Clutch brake combination ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the grooves ( 26 ) are arranged over the circumference at an angular distance of about 10 °.

Clutch brake combination ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the grooves ( 26 ) have a depth of about 0.5 mm and a width of about 1 mm.

Clutch brake combination ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the grooves ( 26 ) from the inside to the outside opposite to the direction of rotation ( 27 ) run bent.

Clutch brake combination ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the course of the grooves ( 26 ) corresponds to an involute.

Clutch brake combination ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the involutes of the grooves ( 26 ) by circular arcs ( 28 . 29 ) are approximated.

Clutch brake combination ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that only the pole ring ( 23 ) of the coupling magnet ( 3 ) and the brake magnet ( 2 ) facing surface of the armature disc ( 10 ) Grooves ( 26 ) to have.

Clutch brake combination ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pole rings ( 22 . 23 ) by insulating zones ( 24 ) divided ring areas ( 25 ), which are set back from the surface by about 0.5 mm and between which annular grooves ( 30 ) are arranged at approximately the same depth.