DE102009034123B4

DE102009034123B4 - Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln

Info

Publication number: DE102009034123B4
Application number: DE102009034123.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Doppelbauer Martin
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: DE102009034123A1

Abstract

Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln, wobei die Vorrichtung eine Welle umfasst, auf der ein Bremsbelagträger (2) zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden ist, der einen Bremsbelag (24), aufweist, der beim Bremsen beziehungsweise Kuppeln zusammenwirkt mit einer Reibfläche, also Gegenbremsfläche, wobei eine elektrisch bestrombare Wicklung mit Spulenkern vorgesehen ist, wobei der Bremsbelagträger (2) zwischen einer axial verschiebbar angeordneten Ankerscheibe (1) und dem Teil (3) mit Gegenbremsfläche angeordnet ist, wobei der Bremsbelagträger (2) in axialer Richtung zur Welle verschiebbar angeordnet ist wobei Dauermagnete (21) Wirbelströme in einem eine Geschwindigkeit relativ zu den Dauermagneten (21) aufweisenden Teil (3) mit Gegenbremsfläche erzeugen, wobei die Ankerscheibe (1) mit dem Spulenkern drehfest verbunden ist, wobei die Ankerscheibe (1) auf an dem Spulenkern befestigten Führungsstangen axial bewegbar angeordnet ist, wobei das Teil (3) mit Gegenbremsfläche und der Spulenkern fest verbunden sind, wobei zwischen Spulenkern und Ankerscheibe (1) Federelemente derart vorgesehen sind, dass sie eine dem bei Bestromung der Wicklung erzeugten Magnetfeld entgegenwirkende Kraft erzeugen, wobei die Ankerscheibe (1) mittels der Federelemente gegen den Bremsbelagträger (2) drückbar ist bei Nicht-Bestromung der Spule, so dass der Bremsbelagträger (2) mit einer Reibfläche des Bremsbelagträgers (2) gegen das Teil (3) mit Gegenbremsfläche gedrückt wird, wobei Dauermagnete (21) an einer Stirnseite der Ankerscheibe (1), des Teils (3) mit Gegenbremsfläche und/oder des Bremsbelagträgers (2) vorgesehen sind, wobei die Ankerscheibe (1) einen Grundkörper aus Stahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff aufweist, an dem ein Teilbereich aus Aluminium angeordnet ist, wobei dieser Teilbereich den auf dem Bremsbelagträger (2) vorgesehenen Dauermagneten (21) axial gegenüber angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln.
Bei einer elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln wird das Bremsen oder Kuppeln bewirkt, indem ein Elektromagnet bestromt wird. Dabei wird bei Bestromung eine Federkraft überwunden und eine Reibfläche in Berührung gebracht.
Aus der DE 10 2007 028 688 A1 ist eine elektromagnetisch betätigbare Bremsvorrichtung bekannt.
Aus der DE 10 2007 000 588 A1 ist eine Wirbelstrombremse bekannt.
Aus der DE 1 256 780 B ist eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln weiterzubilden, wobei Verschleiß reduziert werden soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass sie elektromagnetisch betätigbar ist zum Bremsen und/oder Kuppeln, wobei die Vorrichtung eine Welle umfasst, auf der ein Reibbelagträger, insbesondere Bremsbelagträger, zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden ist, der einen Reibbelag, insbesondere Bremsbelag, aufweist, insbesondere der beim Bremsen oder Kuppeln zusammenwirkt mit einer Reibfläche, insbesondere Gegenbremsfläche, eines Teils, wobei Dauermagnete vorgesehen sind zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem relativ bewegten Teil.
Von Vorteil ist dabei, dass bei relativ bewegten metallischen Flächen Wirbelströme induziert werden und somit eine Bremskraft bewirkt wird. Im gelüfteten Zustand, also bei großer Beabstandung des Reibbelagträgers von einer Ankerscheibe beziehungsweise von einem Teil mit in Kontakt mit dem Reibbelag bringbarer Reibfläche, liegt zwar ein Abstand zum Magneten vor, jedoch wird wegen der Relativdrehung ein Wirbelstrom reduziert, der eine leichte Bremskraft erzeugt. Diese bewirkt, dass der in Umfangsrichtung formschlüssig verbundene Reibbelagträger an einer Seite, also beispielsweise in Vorwärtsrichtung, anliegt an seinem Anschlag, wenn die formschlüssige Verbindung Spiel aufweist. Somit ist auch bei leichten Drehzahlschwankungen ein Klappern der formschlüssigen Verbindung verhinderbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ankerscheibe mit dem Spulenkern drehfest verbunden. Insbesondere ist die Ankerscheibe auf an dem Spulenkern befestigten Führungsstangen axial bewegbar angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Ankerscheibe aus einem derartigen magnetisierbaren Material, insbesondere Ferrit-magnetischem Material, fertigbar ist, dass sie bei Bestromung der Spulenwicklung angezogen wird und bei Nicht-Bestromung von Federelementen weggedrückt wird vom Spulenkern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Teil und der Spulenkern fest verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass somit der Reibbelagträger beidseitig mit Reibbelägen ausstattbar ist, mit denen er in Kontakt bringbar ist mit dem Teil und dem Spulenkern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwischen Spulenkern und Ankerscheibe Federelemente vorgesehen zur Erzeugung einer dem bei Bestromung der Wicklung erzeugten Magnetfeld entgegenwirkenden Kraft, insbesondere derart, dass die Ankerscheibe mittels der Federelemente gegen den Reibbelagträger drückbar ist, insbesondere bei Nicht-Bestromung der Spule, insbesondere wobei der Reibbelagträger gegen ein Teil mit Reibfläche gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Federdruckbremse vorsehbar ist, also die Bremskraft im Wesentlichen durch die von den Federelementen in Normalenrichtung auf die Bremsfläche aufgebrachte Kraft erzeugbar ist. Zusätzlich wirkt auch die abbremsende Kraft, welche von den Wirbelströmen bewirkt wird, solange die Relativdrehzahl zwischen Reibbelagträger und den Reibpartnern nicht verschwindet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Dauermagnete an einer Stirnseite der Ankerscheibe, des Teils und/oder des Bremsbelagträgers vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass bei Relativbewegung Wirbelströme in einem axial gegenüber sich befindenden Bereich induzierbar sind. Bei gelüfteter Bremse ist die Relativdrehzahl hoch, aber auch der Abstand zwischen Dauermagnet und jeweils nächstliegendem axial gegenüber sich befindenden Bereich. Somit wird mittels der Wirbelstromverluste nur ein kleines Bremsmoment erzeugt, das somit hauptsächlich ein Überwinden des Spiels der formschlüssigen Verbindung des Reibbelagträger mit der Welle in einer Vorzugsrichtung bewirkt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine elektrisch bestrombare Wicklung mit Spulenkern vorgesehen,
wobei ein Bremsbelagträger zwischen einer axial verschiebbar angeordneten Ankerscheibe und einem eine Gegenbremsfläche umfassenden Teil angeordnet ist,
wobei der Bremsbelagträger mit einer Welle zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden ist und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die formschlüssige Verbindung ausführbar ist, indem der Reibbelagträger eine Innenverzahnung erhält, mit welcher er im Eingriff steht mit einer Außenverzahnung an der Welle oder einem mit der Welle verbundenen Teil. Somit ist bei entsprechendem axialen Zahnverlauf ein axiales Verschieben des Reibbelagträgers ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dauermagnete an einer Stirnseite des Bremsbelagträgers, des Teils oder der Ankerscheibe vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass an einer der Stirnseite gegenüber sich befindenden Seite eines axial benachbarten Teils Wirbelströme in einfacher Weise induzierbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ankerscheibe aus einem magnetisierbaren elektrisch leitfähigem Werkstoff, wie Stahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff, gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass der Werkstoff einerseits magnetisierbar ist und somit bei Bestromung der Spulenwicklung ein Anziehen der Ankerscheibe ausführbar ist und andererseits der Werkstoff elektrisch leitfähig ist, so dass also Wirbelströme induzierbar sind und somit im gelüfteten Zustand der Werkstoff magnetisiert ist und Wirbelströme aufweist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen das Teil oder die Belagträger eine den Dauermagneten axial gegenüberliegende Fläche auf aus Stahl, Stahl-Guss oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff. Von Vorteil ist dabei, dass die Dauermagnete entweder am Belagträger vorsehbar sind und somit das Trägheitsmoment des Belagträgers erhöhen oder an dem stationären Teil oder an der nur axial verschiebbar angeordneten Ankerscheibe vorsehbar sind, wodurch dann das Trägheitsmoment des Belagträgers reduziert ist. Allerdings muss im letztgenannten Fall die von den Wirbelströmen verursachte Wärme vom Reibbelagträger an die Umgebung und/oder die Welle abgeführt werden.
Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ankerscheibe einen Grundkörper aus Stahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff auf, an dem ein Teilbereich aus Aluminium angeordnet ist, wobei dieser Teilbereich. Von Vorteil ist dabei, dass eine abstoßende Kraft erzeugbar ist, die von der Relativdrehung abhängt und somit im gelüfteten Zustand der Bremse wirksam ist, insbesondere bei vertikaler Einbaulage Reibung vermindert, da die Gewichtskraft des Reibbelagträgers am Herunterfallen hinderbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dieser Teilbereich den auf dem Reibbelagträger vorgesehenen Dauermagneten axial gegenüber angeordnet. Er ist also auf gleichem oder zumindest ungefähr gleichem Radialabstand angeordnet ist wie die Dauermagnete. Von Vorteil ist dabei, dass eine abstoßende Kraft zwischen Belagträger und den beiden benachbarten Teilen, also Teil und Ankerscheibe erzeugbar ist, wenn eine nicht-verschwindende Relativdrehzahl zwischen diesen und dem Reibbelagträger besteht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist eine elektromagnetisch betätigbare Bremse, umfassend auch einen Bremsbelagträger 2 schematisch skizziert.
In der 2 ist der zugehörige Bremsbelagträger 2 in Draufsicht schematisch skizziert.
Die Bremse ist beispielhaft bei Elektromotoren verwendbar.
Ein Spulenkörper 5 umfasst eine bestrombare Bremsspulenwicklung und einen Spulenkern, der vorzugsweise aus Stahlguss hergestellt ist. Eine axial vor dem Spulenkern angeordnete Ankerscheibe 1 ist aus Stahl gefertigt und axial bewegbar angeordnet. Bei Bestromung wird die Ankerscheibe zum Spulenkörper hin magnetisch angezogen.
Bei Nicht-Bestromung wird die Ankerscheibe 1 von am Spulenkörper angeordneten Federelementen axial weggedrückt von diesem. Dabei drückt dann die Ankerscheibe 1 auf den mit der drehbar gelagerten Bremsrotorwelle 4 drehfest verbundenen Bremsbelagträger 2, der ebenfalls axial bewegbar angeordnet ist, so dass dieser Bremsbelagträger mit seinem an seiner Stirnseite vorgesehenen Bremsbelag 24 gegen ein Teil 3 mit Gegenbremsfläche gedrückt wird.
Dieses Teil 3 ist beispielsweise ein Lagerschild, also Gehäuseteil eines Elektromotors, oder ein anderes stationär angeordnetes, also direkt oder indirekt mit dem Spulenkörper fest verbundenes Teil.
Die Bremsrotorwelle 4 weist einen axialen Abschnitt auf, innerhalb dessen diese außenverzahnt ist, so dass eine Innenverzahnung, also eine Mitnehmerverzahnung 22, des Bremsbelagträgers 2 im Eingriff mit dieser Außenverzahnung steht. Auf diese Weise ist eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung zwischen Bremsrotorwelle 4 und Bremsbelagträger 2 herstellbar, wobei in axialer Richtung der Bremsbelagträger 2 verschiebbar angeordnet ist.
Der Bremsbelagträger 2 weist an seiner Stirnseite Dauermagnete 21 auf, die zur Ankerscheibe hin und/oder zum Teil 3 hin hervorragen. Insbesondere ist die Magnetisierungsrichtung zum Bremsbelagträger 2 und/oder Teil 3 hin gerichtet. Die Dauermagnete 21 sind bevorzugt auf gleichem Radialabstand angeordnet und in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet. Zylindrisch geformte Dauermagnete 21 haben sich besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei nicht-verschwindender Relativbewegung zwischen Bremsbelagträger 2 und Teil 3 werden Wirbelströme induziert, so dass die entsprechenden Wirbelstromverluste die Relativbewegung zwischen Bremsbelagträger 2 und Teil 3 abdämpfen. Insbesondere werden relative Drehschwingungen, also Schwankungen der Relativdrehzahl zwischen Bremsrotorwelle 4 und Bremsbelagträger 2, bedampft. Diese Schwingungen treten beispielsweise bei umrichtergespeisten Motoren auf, wenn keine Last vorhanden ist, also ein sehr geringes Trägheitsmoment an der Rotorwelle wirksam ist. Da die Wirbelstromverluste mit der Relativgeschwindigkeit steigen, ist eine entsprechende Bedämpfung dieser Schwingungen erreicht.
Dabei wird mittels der Magnete auch das axiale und das tangentiale Spiel eingeschränkt.
Bei Bestromung der Bremsspule wird also wiederum die Ankerscheibe angezogen und somit der Bremsbelagträger 2 axial frei. Durch die Relativgeschwindigkeit der Dauermagnete 21 zur Ankerscheibe 1 hin und zum Teil 3 hin bilden sich Wirbelströme aus, die ein Bremsmoment erzeugen, das abhängig von der Relativgeschwindigkeit und der Magnetisierungsstärke der Dauermagnete 21 ist. Dabei wird zwar dieses Bremsmoment möglichst klein gewählt, aber dennoch derart groß, dass die Mitnehmerverzahnung 22 an nur einer Seite anliegt und dass umrichterbedingte Drehzahlschwankungen unterdrückt werden, also auch ein entsprechendes Klapper-Geräusch.
Bei eingefallenen Zustand der Bremse, also Nicht-Bestromung der Bremsspule, drücken die Federn den Bremsbelagträger 2 mittels der Ankerscheibe gegen das Teil 3. Das mittels des Bremsbelags erzeugte Bremsmoment wird bei anfangs noch großer Relativgeschwindigkeit ergänzt durch das mittels der Wirbelströme verursachte Bremsmoment. Da der Luftspalt zwischen den Dauermagneten 21 und der Ankerscheibe 1 beziehungsweise dem Teil 3 hierbei sehr klein ist, werden im gelüfteten Zustand mehr Wirbelströme erzeugt als im nicht-gelüfteten Zustand.
Die Orientierung der Dauermagnete 21 ist derart ausgeführt, dass im gelüfteten Zustand der Bremse, also Bestromung der Bremsspule, eine abstoßende Kraft zwischen Dauermagneten 21 und Ankerscheibe 1 entsteht, die bei vertikaler Orientierung der Bremsrotorachse die Dauermagnete 21 und somit den Bremsbelagträger von der Ankerscheibe 1 und von dem Teil 3 eine abstoßenden Kraft und somit eine Beabstandung erzeugt und auch eventuell vorhandene Reibung vermindert. Dabei wird der wesentliche Teil des von der Bremsspule erzeugten Magnetfeldes über die Ankerscheibe geleitet, sie vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist. Es hat sich hierzu aber als vorteilhaft erwiesen, einen Teilbereich der Ankerscheibe 1 und des Teiles 3 aus Aluminium auszuführen, wobei dieser Teilbereich den Dauermagneten 21 axial gegenüber angeordnet ist, also auf gleichem oder zumindest ungefähr gleichem Radialabstand angeordnet ist. Infolge der bei Relativbewegung der Dauermagnete 21 induzierten Wirbelströme wird eine auf die Dauermagnete 21 abstoßend wirkende Kraft erzeugt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind Dauermagnete an der Ankerscheibe 1 und/oder am Teil 3 angeordnet, so dass die Wirbelströme im Bremsbelagträger induziert sind. Auf diese Weise müssen die Dauermagnete nicht mitdrehen und das Trägheitsmoment des drehbar gelagerten Teils des Motors kann reduziert werden.
Bei weiteren Erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird das Funktionsprinzip bei einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung angewendet anstatt einer Bremse.
Bezugszeichenliste

1: Ankerscheibe
2: Bremsbelagträger
3: Teil mit Bremsfläche
4: Bremsrotorwelle
5: Spulenkörper
21: Dauermagnete
22: Mitnehmerverzahnung
24: Bremsbelag

Claims

Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zum Bremsen und/oder Kuppeln, wobei die Vorrichtung eine Welle umfasst, auf der ein Bremsbelagträger (2) zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden ist, der einen Bremsbelag (24), aufweist, der beim Bremsen beziehungsweise Kuppeln zusammenwirkt mit einer Reibfläche, also Gegenbremsfläche, wobei eine elektrisch bestrombare Wicklung mit Spulenkern vorgesehen ist, wobei der Bremsbelagträger (2) zwischen einer axial verschiebbar angeordneten Ankerscheibe (1) und dem Teil (3) mit Gegenbremsfläche angeordnet ist, wobei der Bremsbelagträger (2) in axialer Richtung zur Welle verschiebbar angeordnet ist wobei Dauermagnete (21) Wirbelströme in einem eine Geschwindigkeit relativ zu den Dauermagneten (21) aufweisenden Teil (3) mit Gegenbremsfläche erzeugen, wobei die Ankerscheibe (1) mit dem Spulenkern drehfest verbunden ist, wobei die Ankerscheibe (1) auf an dem Spulenkern befestigten Führungsstangen axial bewegbar angeordnet ist, wobei das Teil (3) mit Gegenbremsfläche und der Spulenkern fest verbunden sind, wobei zwischen Spulenkern und Ankerscheibe (1) Federelemente derart vorgesehen sind, dass sie eine dem bei Bestromung der Wicklung erzeugten Magnetfeld entgegenwirkende Kraft erzeugen, wobei die Ankerscheibe (1) mittels der Federelemente gegen den Bremsbelagträger (2) drückbar ist bei Nicht-Bestromung der Spule, so dass der Bremsbelagträger (2) mit einer Reibfläche des Bremsbelagträgers (2) gegen das Teil (3) mit Gegenbremsfläche gedrückt wird, wobei Dauermagnete (21) an einer Stirnseite der Ankerscheibe (1), des Teils (3) mit Gegenbremsfläche und/oder des Bremsbelagträgers (2) vorgesehen sind, wobei die Ankerscheibe (1) einen Grundkörper aus Stahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff aufweist, an dem ein Teilbereich aus Aluminium angeordnet ist, wobei dieser Teilbereich den auf dem Bremsbelagträger (2) vorgesehenen Dauermagneten (21) axial gegenüber angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Teilbereich auf gleichem oder zumindest ungefähr gleichem Radialabstand angeordnet ist wie die Dauermagnete (21).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (3) mit Gegenbremsfläche oder die Reibbelagträger 2 eine den Dauermagneten (21) axial gegenüberliegende Fläche aufweist aus Stahl, Stahl-Guss oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff.