DE102010043126A1

DE102010043126A1 - Electromagnetic clutch or brake

Info

Publication number: DE102010043126A1
Application number: DE102010043126A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Bittner; Matthias Glomm; Karl-Heinz Uhlenbrock; Andreas Mertens
Original assignee: Stromag GmbH
Current assignee: Stromag GmbH
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-03
Also published as: EP2633204A1; WO2012055990A1

Abstract

Eine elektromagnetische Kupplung mit einem ersten Kupplungsteil, der einen in einem Rotor gehaltenen Spulenkörper aufweist, sowie mit einem zweiten Kupplungsteil, der eine relativ zu einer Kupplungsdrehachse axial bewegliche Ankerscheibe aufweist, sowie mit einem mit dem Rotor drehfesten Reibring, der im Kupplungsbetrieb mit der Ankerscheibe zusammenwirkt, ist bekannt. Erfindungsgemäß ist der Reibring als separates Bauteil gestaltet und aus einem magnetfesten Material hergestellt.An electromagnetic clutch with a first clutch part, which has a coil body held in a rotor, as well as with a second clutch part, which has an armature disk that is axially movable relative to a clutch axis of rotation, and with a friction ring that is fixed against rotation with the rotor and that interacts with the armature disk during clutch operation , is known. According to the invention, the friction ring is designed as a separate component and made of a magnetically stable material.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse mit einem ersten Kupplungs- oder Bremsenteil, der einen in einem Rotor gehaltenen Spulenkörper aufweist, sowie mit einem zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil, der eine relativ zu einer Kupplungs- oder Bremsendrehachse axial bewegliche Ankerscheibe aufweist, sowie mit einem mit dem Rotor drehfesten Reibring, der im Kupplungs- oder Bremsenbetrieb mit der Ankerscheibe zusammenwirkt.The invention relates to an electromagnetic clutch or brake with a first clutch or brake member having a held in a rotor bobbin, and with a second clutch or brake member having an axially relative to a clutch or brake rotation axis movable armature disc, and with a non-rotatable with the rotor friction ring, which cooperates in the clutch or brake operation with the armature disk.

Eine derartige elektromagnetische Kupplung ist allgemein bekannt. Die bekannte Kupplung weist einen der einen Kupplungsseite zugeordneten Rotor auf, in dem ein elektromagnetischer Spulenkörper angeordnet ist. Die andere Kupplungsseite ist mit einer axial beweglichen Ankerscheibe versehen, die durch Strombeaufschlagung des Spulenkörpers axial gegen den Rotor gezogen werden kann. Um eine entsprechende reibschlüssige Abstützung der Ankerscheibe zu erzielen, ist ein mit dem Rotor drehfester Reibring vorgesehen, der als Gegenreibfläche für einen entsprechenden Reibbelag der Ankerscheibe dient. Bei Strombeaufschlagung des Spulenkörpers entsteht ein Magnetfeld im Rotor, das eine Anziehungskraft auf die Ankerscheibe der anderen Kupplungsseite ausübt und demzufolge die Ankerscheibe gegen den Reibring zieht.Such an electromagnetic clutch is well known. The known coupling has one of a coupling side associated rotor, in which an electromagnetic coil body is arranged. The other coupling side is provided with an axially movable armature disc, which can be pulled axially against the rotor by applying current to the coil former. In order to achieve a corresponding frictional support of the armature disk, a friction-resistant with the rotor friction ring is provided, which serves as Gegenreibfläche for a corresponding friction lining of the armature disk. When current is applied to the bobbin, a magnetic field is generated in the rotor which exerts an attraction force on the armature disk of the other coupling side and consequently pulls the armature disk against the friction ring.

Aus der EP 2 061 976 B1 ist eine elektromagnetische Bremse bekannt, bei der eine Magnetflussoptimierung dadurch erzielt wird, dass um den Außenkörper herum ein Luftspalt vorhanden ist. Da Luft als Isolator wirkt, ist durch diese Maßnahme eine Reduzierung magnetischen Streuflusses erzielbar.From the EP 2 061 976 B1 For example, an electromagnetic brake is known in which magnetic flux optimization is achieved by providing an air gap around the outer body. Since air acts as an insulator, by this measure, a reduction of magnetic leakage flux can be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse der eingangs genannten Art zu schaffen, die hohe Drehmomentübertragungen ermöglicht.The object of the invention is to provide an electromagnetic clutch or brake of the type mentioned, which allows high torque transmissions.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Reibring als separates Bauteil gestaltet ist und aus einem magnetfesten Material hergestellt ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden magnetische Streuflüsse reduziert. Denn der unmittelbar benachbart zum Rotor angeordnete Reibring ist aus einem nicht magnetisierbaren und damit magnetfesten Material, so dass durch den Reibring kein Magnetfluss erfolgen kann. Der Magnetfluss erfolgt daher komprimiert direkt vom Rotor zur Ankerscheibe, so dass bei gleichen Abmessungen gegenüber dem Stand der Technik ein verbesserter Magnetfluss und demzufolge eine höhere magnetische Anziehungskraft auf die Ankerscheibe erzielt werden kann. Als magnetfestes Material für den Reibring kann neben einer geeigneten Leichtmetalllegierung austenitischer Stahl eingesetzt werden. Hierdurch können höhere Drehmomente bei gleicher Baugröße übertragen werden im Vergleich zu einer Kupplung oder Bremse aus dem Stand der Technik. Bei einer erfindungsgemäßen Bremse kann der Rotor stationär und damit stillstehend ausgeführt sein. Bei einer erfindungsgemäßen Kupplung ist der Rotor drehbeweglich gelagert.This object is achieved in that the friction ring is designed as a separate component and is made of a magnet resistant material. The inventive solution reduces magnetic leakage fluxes. Because of the immediately adjacent to the rotor arranged friction ring is made of a non-magnetizable and thus magnetically resistant material, so that no magnetic flux can be done by the friction ring. The magnetic flux is therefore compressed directly from the rotor to the armature disk, so that with the same dimensions compared to the prior art, an improved magnetic flux and consequently a higher magnetic attraction force can be achieved on the armature disk. As a magnet-resistant material for the friction ring austenitic steel can be used in addition to a suitable light metal alloy. As a result, higher torques can be transmitted with the same size compared to a clutch or brake from the prior art. In a brake according to the invention, the rotor can be made stationary and thus stationary. In a coupling according to the invention, the rotor is mounted rotatably.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz bei großen Anlagen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleisten sollen. Die erfindungsgemäße Kupplung ist somit vorteilhaft bei Industrieanlagen einsetzbar. Auch die erfindungsgemäße Bremse ist bei Industrieanlagen einsetzbar.The solution according to the invention is suitable in a particularly advantageous manner for use in large systems that are to ensure an uninterruptible power supply. The coupling according to the invention is thus advantageously used in industrial plants. The brake according to the invention can also be used in industrial plants.

In Ausgestaltung der Erfindung umschließt der Reibring den Rotor radial außen. Der Reibring schließt direkt bündig radial außen an den Rotor an.In an embodiment of the invention, the friction ring surrounds the rotor radially outside. The friction ring is directly flush with the rotor radially outward.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt. Vorzugsweise ist der Reibring aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Aluminium ist ein magnetfestes Material. Zudem reduziert das entsprechende geringe Gewicht des Reibrings das Massenträgheitsmoment. Hierdurch ist es möglich, die Kupplung oder Bremse für große Drehzahlen und große Drehmomente einzusetzen. Die Wahl einer Aluminiumlegierung für den Reibring gewährleistet zudem gegenüber Stahl eine erheblich verbesserte Wärmeleitfähigkeit. Bei einem entsprechenden Kupplungs- oder Bremsvorgang und dem hierdurch erfolgenden Reibschluss zwischen erster und zweiter Kupplungs- bzw. Bremsseite ist somit eine wesentlich verbesserte Wärmeabführung erzielbar.In a further embodiment of the invention, the friction ring is made of a light metal alloy. Preferably, the friction ring is made of an aluminum alloy. Aluminum is a magnet resistant material. In addition, the corresponding low weight of the friction ring reduces the moment of inertia. This makes it possible to use the clutch or brake for high speeds and high torques. The choice of an aluminum alloy for the friction ring also ensures compared to steel significantly improved thermal conductivity. In a corresponding clutch or brake operation and thereby taking place frictional engagement between the first and second clutch and brake side thus a significantly improved heat dissipation can be achieved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring mit dem Rotor durch lösbare Befestigungsmittel, insbesondere durch Schraubverbindungen, verbunden. Dadurch ist eine einfache Montage oder Demontage des Reibringes erzielbar.In a further embodiment of the invention, the friction ring with the rotor by releasable fastening means, in particular by screw, connected. As a result, a simple assembly or disassembly of the friction ring can be achieved.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnung dargestellt ist.Further advantages and features of the invention will become apparent from the claims and from the following description of a preferred embodiment of the invention, which is illustrated with reference to the drawing.

Die einzige Zeichnung zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine obere Hälfte einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen elektromagnetischen Einscheibenkupplung als Ausführungsform der Erfindung.The single drawing shows a longitudinal section of an upper half of a substantially rotationally symmetrical single-plate electromagnetic clutch as an embodiment of the invention.

Eine elektromagnetische Einscheibenkupplung gemäß der einzigen Zeichnung weist als ersten Kupplungsteil eine erste Kupplungsseite 1 sowie als zweiten Kupplungsteil eine zweite Kupplungsseite 2 auf. Die erste Kupplungsseite 1 ist fest auf einer Welle 9 eines Antriebsstranges angeordnet. Die zweite Kupplungsseite 2 ist drehfest mit einer abtriebsseitigen Nabe 10 verbunden. Die elektromagnetische Kupplung weist eine Kupplungsdrehachse K auf. Die erste Kupplungsseite 1 ist gemeinsam mit der Welle 9 des Antriebsstranges drehbeweglich. Bei geschalteter Kupplung weist die Abtriebsseite, d. h. die zweite Kupplungsseite 2, die gleiche Drehzahl auf.An electromagnetic single-plate clutch according to the single drawing has, as a first coupling part, a first coupling side 1 and as a second coupling part, a second coupling side 2 on. The first clutch side 1 is stuck on a wave 9 arranged a drive train. The second coupling side 2 is non-rotatable with a driven hub 10 connected. The electromagnetic clutch has a coupling rotational axis K. The first clutch side 1 is in common with the wave 9 the drive train rotatable. When switched clutch has the output side, ie the second clutch side 2 , the same speed up.

Die erste Kupplungsseite 1 weist einen ringblockartigen Rotor 3 auf, in dem ein ringförmiger, elektromagnetischer Spulenkörper 4 integriert ist. Der Rotor 3 ist drehfest und axialfest auf der Welle 9 gehalten. Der Rotor 3 besteht aus magnetisierbarem Material, vorliegend aus Stahl.The first clutch side 1 has a ring-block type rotor 3 in which an annular, electromagnetic bobbin 4 is integrated. The rotor 3 is non-rotatable and axially fixed on the shaft 9 held. The rotor 3 consists of magnetizable material, in this case made of steel.

Die abtriebsseitige Kupplungsseite 2 weist eine aus magnetisierbarem Material, vorliegend aus Stahl bestehende Ankerscheibe 5 auf, die über eine Scheibenmembran 12 drehfest, aber relativ zur Kupplungsdrehachse K axial beweglich mit der Nabe 10 der Abtriebsseite verbunden ist. Eine Rückstellfederanordnung 11, die in der Ankerscheibe 5 integriert ist, trägt dazu bei, die Ankerscheibe 5 in unbestromtem Zustand des Spulenkörpers 4 in ihrer gelüfteten Ruheposition zu halten. Die Scheibenmembran 12 dient in Verbindung mit der Rückstellfederanordnung 11, die auf die Ankerscheibe 5 wirkt, dazu, die Ankerscheibe 5 nach Abschalten der Bestromung wieder in die gelüftete Ausgangslage, d. h. die Ruheposition, zurückzuführen. Die Ankerscheibe 5 trägt an einem radial außenliegenden Ringbereich auf ihrer dem Rotor 3 zugewandten Stirnseite einen Reibbelag 6, der axial mit einem Reibring 7 zusammenwirkt. Der Reibbelag 6 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung segmentiert gestaltet, um auftretende Reibwärme zu reduzieren. Der Reibring 7 ist an dem Rotor 3 befestigt und umgibt den Rotor 3 radial außen bündig. Der Reibring 7 besteht aus einer magnetfesten Aluminiumlegierung und ist über Schraubverbindungen 8 an einem Befestigungsflansch des Rotors 3 befestigt. Er weist eine abgestufte Innenkontur auf, die auf eine komplementär abgestufte Außenkontur des Rotors 3 abgestimmt ist. Der Reibring 7 ist auf gleicher radialer Höhe relativ zur Kupplungsdrehachse K angeordnet wie der Reibbelag 6, so dass der Reibbelag 6 bei einer entsprechenden Axialbewegung der Ankerscheibe 5 zwangsläufig gegen den blockartigen Reibring 7 gepresst wird.The driven side coupling side 2 has a magnetizable material, in this case made of steel anchor plate 5 on that over a disc membrane 12 rotationally fixed, but relative to the coupling axis of rotation K axially movable with the hub 10 the output side is connected. A return spring arrangement 11 in the anchor disc 5 integrated, contributes to the anchor plate 5 in the de-energized state of the bobbin 4 to keep in their ventilated rest position. The disc membrane 12 used in conjunction with the return spring arrangement 11 on the anchor plate 5 acts, to the anchor plate 5 after switching off the current supply back to the released initial position, ie the rest position, due. The anchor disc 5 carries on a radially outer annular region on its the rotor 3 facing end face a friction lining 6 that is axial with a friction ring 7 interacts. The friction lining 6 is segmented in the illustrated embodiment in the circumferential direction to reduce friction heat occurring. The friction ring 7 is on the rotor 3 attached and surrounds the rotor 3 flush radially outward. The friction ring 7 consists of a magnet-resistant aluminum alloy and is screwed 8th on a mounting flange of the rotor 3 attached. He has a stepped inner contour, which on a complementary stepped outer contour of the rotor 3 is tuned. The friction ring 7 is arranged at the same radial height relative to the coupling axis of rotation K as the friction lining 6 so that the friction lining 6 at a corresponding axial movement of the armature disc 5 inevitably against the block-like friction ring 7 is pressed.

Sobald im Betrieb der Kupplung der elektromagnetische Spulenkörper 4 bestromt wird, entsteht ein Magnetfeld, das sich durch den Rotor 3 hindurch axial in die Ankerscheibe 5 hinein erstreckt. Da der aus Aluminium bestehende Reibring 7 magnetfest ist, wirkt er bezüglich des Magnetflusses als Isolator, so dass entsprechende Magnetflusslinien sich ausschließlich zwischen Rotor 3 und Ankerscheibe 5 bewegen. Durch das entstandene, fokussierte Magnetfeld wird die Ankerscheibe 5 axial gegen den Rotor 3 gezogen, wodurch der Reibbelag 6 gegen eine komplementäre Stirnfläche des Reibringes 7 gepresst wird. Der entstehende Reibfluss führt zur Mitnahme der Ankerscheibe 5 mit der sich drehenden ersten Kupplungsseite 1, wodurch eine gewünschte Drehmomentübertragung zwischen erster Kupplungsseite 1 und zweiter Kupplungsseite 2 durch Reibring 7 und Reibbelag 6 der Ankerscheibe 5 erzielt wird.Once in operation of the clutch of the electromagnetic bobbin 4 energized, creates a magnetic field that passes through the rotor 3 axially into the armature disk 5 extends into it. Since the existing aluminum friction ring 7 is magnetic, it acts with respect to the magnetic flux as an insulator, so that corresponding magnetic flux lines exclusively between rotor 3 and anchor disc 5 move. The resulting, focused magnetic field becomes the anchor plate 5 axially against the rotor 3 pulled, causing the friction lining 6 against a complementary end face of the friction ring 7 is pressed. The resulting friction flow leads to the entrainment of the armature disk 5 with the rotating first clutch side 1 , whereby a desired torque transmission between the first clutch side 1 and second clutch side 2 by friction ring 7 and friction lining 6 the anchor plate 5 is achieved.

Die beschriebene Kupplung stellt demzufolge eine elektromagnetische Schaltkupplung dar.The described clutch therefore represents an electromagnetic clutch.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2061976 B1 [0003]

Claims

An electromagnetic clutch or brake having a first clutch or brake member having a spool held in a rotor and a second clutch or brake member having an armature disk axially movable relative to a clutch or brake rotational axis and one with the rotor rotationally fixed friction ring, which cooperates with the armature disk in clutch or brake operation, characterized in that the friction ring ( 7 ) is designed as a separate component and is made of a magnet resistant material.

Electromagnetic clutch or brake according to claim 1, characterized in that the friction ring ( 7 ) the rotor ( 3 ) encloses radially on the outside.

Electromagnetic clutch or brake according to claim 1 or 2, characterized in that the friction ring ( 7 ) is made of a light metal alloy.

Electromagnetic clutch or brake according to claim 3, characterized in that the friction ring ( 7 ) is made of an aluminum alloy.

Electromagnetic clutch or brake according to at least one of the preceding claims, characterized in that the armature disc ( 5 ) at the radial height of the friction ring ( 7 ) with a friction lining ( 6 ) is provided.

Electromagnetic clutch or brake according to claim 1 or 2, characterized in that the friction ring ( 7 ) with the rotor ( 3 ) by releasable fastening means ( 8th ), in particular by screw, is connected.