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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei solchen Polreibungskupplungen oder Polreibungsbremsen wird die magnetische Kraftwirkung zur Erzeugung von Drehmomenten zur Kraftübertragung ausgenutzt.
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Eine gattungsbildende elektromagnetische Polreibungsbremse ist aus der
DE 298 02 063 U1 bekannt, die einen Innenpol, einen Außenpol sowie einen eine Reibfläche aufweisenden Anker umfasst, der zur Kraftübertragung wahlweise mit einer Reibfläche des Außenpol und/oder einer Reibfläche des Innenpols in reibschlüssigen Kontakt gebracht werden kann.
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Des Weiteren ist aus der
DE 199 25 173 A1 ebenso eine Polreibungsbremse bzw. eine Polreibungskupplung bekannt, bei welcher auf einem Gehäuse eine Reibfläche einem Anker gegenüberliegend angeordnet ist, der mit einer Welle drehfest aber in axialer Richtung bewegbar verbunden ist. Mittels eines Elektromagneten wird der Anker in reibschlüssigen Kontakt mit der Reibfläche des Gehäuses gebracht.
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Die Reibflächen einer solchen Polreibungsbremse oder Polreibungskupplung werden im Allgemeinen als Stahl/Stahl-Reibung mit ebener Fläche ausgeführt. Die zwangsläufig aus ferromagnetischem Werkstoff bestehenden Reibflächen des Magnetpols und des Ankers sind einem Verschleiß unterworfen, der in Drehmomentschwankungen und Drehmomenteinbrüchen resultiert. Ferner kann auch aufgrund einer erhöhten Fressneigung ein verlängerter Einlauf bis zum Erreichen konstanter tribologischer Verhältnisse auftreten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Polreibungsbremse oder Polreibungskupplung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Drehmomentcharakteristik sowohl hinsichtlich der Drehmomenthöhe und Drehmomentkonstanz als auch des Einlaufverhaltens aufweist, also insbesondere die vorstehend genannten Nachteile beseitigt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetische Polreibungsbremse oder Polreibungskupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine solche elektromagnetische Polreibungsbremse oder Polreibungskupplung, die wenigstens einen eine Reibfläche aufweisenden Magnetpol, einen auf einer Welle verdrehsicher und in axialer Richtung bewegbar angeordneten, eine Reibfläche aufweisenden Anker und eine bestrombare Magnetspule, deren zu- oder abschaltbare Magnetkraftwirkung den Anker zur Herstellung eines Reibschlusses zwischen den Reibflächen gegen den Magnetpol presst, umfasst, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass wenigstens eine Reibfläche des Magnetpols eine Profilierung aufweist.
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Mit einer solchen Profilierung der Reibfläche des Magnetpols wird ein erhöhtes Drehmoment erzielt, wobei durch diese Profilierung Freiräume zur Aufnahme des Abriebs entstehen und damit eine hohe Konstanz des Drehmoments sichergestellt wird. Auch ist bei dieser erfindungsgemäßen Polreibungsbremse oder Polreibungskupplung ein verringerter adhäsiver Verschleiß (Fressneigung) festzustellen, wodurch auch die Ausfallrate reduziert wird.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Magnetpol als Außenpol und ein weiterer Magnetpol als Innenpol mit einer eine Profilierung aufweisende Reibfläche vorgesehen ist. Vorzugsweise sind der Außenpol und der Innenpol jeweils mit einer kreisringförmigen Reibfläche ausgebildet.
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Die Profilierung der Reibfläche des Magnetpols bzw. der Reibflächen des Außenpols und des Innenpols kann mit unterschiedlichsten Mustergeometrien erzeugt werden. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Profilierung als Riefen, Nuten oder Rillen ausgebildet ist.
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Die rillenförmigen Vertiefungen der Riefen oder Rillen sind vorzugsweise konzentrisch verlaufend in Bezug auf die Drehachse der Welle ausgebildet. Alternativ können die rillenförmigen Vertiefungen der Riefen oder Rillen spiralförmig verlaufend in Bezug auf die Drehachse der Welle ausgeführt sein. Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, die rillenförmigen Vertiefungen der Riefen oder Rillen radial verlaufend in Bezug auf die Drehachse der Welle auszubilden. Schließlich können die rillenförmigen Vertiefungen der Riefen oder Rillen weiterbildungsgemäß linienförmig und mit nicht konstantem Abstand zur Drehachse der Welle tangential in Bezug auf die Drehachse umlaufend und sich gegenseitig überkreuzend ausgeführt sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Permanentmagnet vorgesehen, dessen Magnetkraftwirkung bei unbestromter Magnetspule den Anker an den Magnetpol presst und bei bestromter Magnetspule zur Lösung des Ankers vom Magnetpol kompensiert wird. Damit wird eine elektromagnetisch öffnende Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse geschaffen, bei der die Axialkraft für den Reibschluss zwischen den Reibflächen durch den Permanentmagneten erzeugt wird. Durch die Bestromung der Magnetspule wird das Magnetfeld des Permanentmagneten kompensiert bzw. so umgelenkt, dass der Anker von dem Magnetpol bzw. dem Außenpol und dem Innenpol abheben kann und somit der Kraftschluss aufgehoben wird. Vorteilhaft ist es, den Permanentmagneten zwischen dem Außenpol und dem Innenpol anzuordnen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer elektromagnetischen Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse gemäß der Erfindung,
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2 eine Seitenansicht auf einen Außenpol und einen Innenpol der Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse gemäß 1,
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3 eine Teildarstellung des Außenpols und des Innenpols der Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse gemäß den 1 und 2, und
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4 Darstellungen verschiedener Polgeometrien eines Außen- und Innenpols einer Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse.
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Die 1 und 2 zeigen in unterschiedlichen Darstellungen eine Vorrichtung 1, die als Polreibungskupplung oder als Polreibungsbremse ausgebildet ist und eine elektromagnetisch öffnende Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse darstellt.
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Die Vorrichtung 1 setzt sich im Wesentlichen aus zwei Komponenten zusammen, von denen die erste ein ortsfestes Gehäuse 6, welches einen Außenpol-Körper 10 beinhaltet, und einen Innenpol-Körper als Flansch 20 umfasst, wobei zwischen dem Außenpol-Körper 10 und dem Flansch 20 ein Permanentmagnet 4 angeordnet ist und dieses Gehäuse 6 ein Teil einer Kupplung oder ein Ständer eines Elektromotors mit einer Welle 2 darstellen kann, die um eine Drehachse 2.1 drehbar ist und bspw. von dem Elektromotor angetrieben wird.
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Ferner beinhaltet das kreisringförmige Gehäuse 6 eine Ringspule als Magnetspule 3, die über Anschlüsse 3.1 mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden wird. Auch der Flansch 20 sowie der Außenpol-Körper 10 sind kreisringförmig ausgebildet, wie dies insbesondere aus 2 ersichtlich ist.
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Der Außenpol-Körper 10 weist einen Außenpol 10.1 mit einer Reibfläche 10.2 und der Flansch 20 einen Innenpol 20.1 mit einer Reibfläche 20.2 auf.
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Die zweite Komponente der Vorrichtung 1 ist als auf einer Flanschnabe 5 angeordneter Anker 30 ausgeführt und weist eine kreisringförmige Geometrie auf. Dieser Anker 30 ist mit der Flanschnabe 5 verdrehsicher verbunden, die ihrerseits auf der Welle 2 drehfest angeordnet ist. Ein Federmechanismus 7 erlaubt jedoch eine axiale Bewegung des Ankers 30 auf der Flanschnabe 5 relativ zur Welle 2 in Richtung der Drehachse 2.1. Dieser Anker 30 weist auf der dem Außenpol 10.1 und dem Innenpol 20.1 zugewandten Stirnseite eine Reibfläche 30.1 auf.
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Die Flanschnabe 5 weist einen Nabenabschnitt 5.1 auf, der im Bereich des kreisringförmigen Gehäuses 6 mittels eines Filzringes 6.1 in Form eines Abstreifers ausgebildet ist. Von dem gehäuseseitigen Ende ausgehend nimmt dieser Nabenabschnitt 5.1 hinsichtlich seines Durchmessers stufenweise zu, bis am gegenüberliegenden Ende der kreisringförmige Anker 30 seine Position einnimmt, wobei die dem Außenpol 10.1 und dem Innenpol 20.1 abgewandte Stirnseite des Ankers 30 teilweise an einem radialen Flansch 5.2 der Flanschnabe 5 anliegt. Der Federmechanismus 7 befindet sich zwischen diesem radialen Flansch 5.2 und dem Anker 30.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung 1 besteht darin, dass der Permanentmagnet 4 ein Magnetfeld erzeugt, das aus den Reibflächen 10.2 und 20.2 des Außenpols 10.1 und des Innenpols 20.1 austritt und die damit jeweils einen Magnetpol bilden. Die magnetischen Anziehungskräfte dieses Magnetfeldes wirken derart auf den Anker 30, dass dieser sich in Richtung auf das Gehäuse 6 bewegt und damit mit seiner Reibfläche 30.1 an die Reibflächen 10.2 und 20.2 gepresst wird. Hierdurch entsteht ein Reibschluss zwischen dem Anker 30 und dem Außenpol-Körper 10 sowie dem Innenpol-Körper 20. Ist diese Vorrichtung 1 als Polreibungsbremse ausgebildet, wird die mit dem Anker 30 verdrehfest über die Flanschnabe 5 verbundene Welle 2 abgebremst.
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Wird nun die Magnetspule 3 über den Anschluss 3.1 bestromt, wird ein dem Magnetfeld des Permanentmagneten 3 entgegenwirkendes Spulen-Magnetfeld erzeugt, so dass sich die beiden Magnetfelder in ihren Wirkungen im Bereich der Magnetpole gegenseitig aufheben. Dies bewirkt, dass der Federmechanismus 7 den Anker 30 von dem Außenpol 10.1 und dem Innenpol 20.1 wegzieht, so dass zwischen den Reibflächen 10.2 und 20.2 einerseits und der Reibfläche 30.1 andererseits ein Spalt entsteht, so dass keine Kraftübertragung mehr möglich ist. Bei einer Ausführung der Vorrichtung 1 als Polreibungsbremse entsteht keine Bremswirkung mehr.
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Erfindungsgemäß weisen die Reibflächen 10.2 und 20.2 eine Profilierung 10.3 und 20.3 auf, die gemäß 2, welche die Vorrichtung 1 ohne die Flanschnabe 5 und ohne den Anker 30 zeigt, als Riefen oder Rillen darstellende rillenförmige Vertiefungen 10.3 und 20.3 gezeichnet ist. Die Reibfläche 30.1 des Ankers 30 ist eben.
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Dieser Bereich des Außenpols 10.1, des Permanentmagneten 4 sowie des Innenpols 20.1 mit deren die Profilierung 10.3 und 20.3 aufweisenden Reibflächen 10.2 und 10.3 zeigt die Detaildarstellung nach 3.
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Aus den 2 und 3 ist deutlich zu erkennen, dass die rillenförmigen Vertiefungen 10.3 und 20.3 sowohl der Reibfläche 10.2 des Außenpols 10.1 als auch der Reibfläche 20.2 des Innenpols 20.1 konzentrisch in Bezug auf die Drehachse 2.1 angeordnet sind.
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Mit einer solchen Profilierung 10.3 und 20.3 der Reibflächen 10.2 und 20.2 wird ein erhöhtes Drehmoment erzielt. Die rillenförmigen Vertiefungen 10.3 und 20.3 schaffen Freiräume für den während des Kraftschlusses erzeugten Abrieb, so dass eine weitgehende Konstanz des erhöhten Drehmoments erreicht wird. Schließlich führt eine solche Profilierung dazu, dass die Fressneigung verringert und dadurch auch die Ausfallrate reduziert wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 ist sowohl die Reibfläche 10.2 des Außenpols als auch die Reibfläche 20.2 des Innenpols 20.1 mit einer Profilierung 10.3 bzw. 20.3 profiliert. Es ist auch möglich, nur einen der beiden Reibflächen 10.2 oder 20.2 mit einer solchen Profilierung 10.3 bzw. 20.3 auszustatten.
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Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 die Reibflächen 10.2 bzw. 20.2 des Außenpols 10.1 bzw. des Innenpols 20.1 derart zueinander orientiert, dass sie miteinander fluchten und in einer senkrecht auf der Drehachse 2.1 stehenden Ebene liegen. Es ist auch möglich anstelle dieser Polgeometrie hinsichtlich der Reibflächen 10.2 und 20.2 des Außenpols 10.1 und des Innenpols 20.1 die in den 4 gezeigten Polgeometrien zu verwenden.
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So zeigt 4a eine Ausführung, bei der die Reibflächen 10.2 und 20.2 des Außenpols 10.1 und des Innenpols 20.1 ebenso fluchtend in einer gemeinsamen Ebene liegen, die jedoch gegenüber einer senkrecht zur Drehachse 2.1 orientierten Ebene geringfügig mit einem Winkel von bspw. 0,08° geneigt ist. Nach 4a ist diese Ebene entgegengesetzt zur Richtung des Ankers 30 geneigt, so dass unter der Wirkung des Permanentmagneten 4 zunächst die Reibfläche 20.2 des Innenpols 20.1 an den Anker 30 gepresst wird und somit zuerst ein Reibschluss zwischen dem Anker 30 und dem Flansch 20 entsteht. Diese Ebene kann jedoch auch umgekehrt, nämlich in Richtung zum Anker 30 geneigt sein, so dass unter der Wirkung des Permanentmagneten 4 zunächst die Reibfläche 10.2 des Außenpol-Körpers 10 einen Reibschluss mit dem Anker 30 bildet.
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Gemäß 4a weisen beide Reibflächen 10.2 und 20.2 jeweils eine Profilierung 10.3 und 20.3 auf. Auch ist es möglich, dass nur eine der beiden Reibflächen 10.2 oder 20.2 mit einer Profilierung versehen wird.
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Die 4b und 4c zeigen Polgeometrien, bei den die Reibflächen 10.2 und 20.2 in parallel zueinander versetzten und senkrecht zur Drehachse 2.1 stehenden Ebenen angeordnet sind. So ist die Reibfläche 10.2 des Außenpol-Körpers 10 in Richtung des Ankers 30 versetzt, so dass unter der Wirkung des Permanentmagneten 4 zunächst die Reibfläche 10.2 des Außenpols 10.1 einen Reibschluss mit dem Anker 30 erzeugt. Gemäß 4b sind beide Reibflächen 10.2 und 20.2 mit einer Profilierung 10.3 und 20.3 versehen, während nach 4c lediglich die Reibfläche 10.2 mit einer Profilierung 10.3 ausgestattet ist.
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Im Unterschied zu 4b zeigt 4d eine Polgeometrie, bei der die Reibfläche 20.2 des Innenpols 20.1 in einer zur Drehachse 2.1 senkrecht stehenden Ebene geneigt ist, wobei die Neigung in Richtung der Drehachse 2.1 verläuft. Die Reibfläche 10.2 des Außenpols 10.1 liegt in einer senkrecht zur Drehachse 2.1 stehenden Ebene und ist in Richtung des Ankers 30 geringfügig versetzt, so dass unter der Wirkung des Permanentmagneten 4 zunächst die Reibfläche 10.2 des Außenpols 10.1 einen Reibschluss mit dem Anker 30 erzeugt. Bei dieser Ausführung gemäß 4d sind beide Reibflächen 10.2 und 20.2 mit einer Profilierung 10.3 und 20.3 versehen. Auch hier ist es möglich, dass nur eine der beiden Reibflächen 10.2 oder 20.2 mit einer Profilierung versehen wird.
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Die Profilierung 10.3 und 20.3 der Reibflächen 10.2 und 20.2 kann mit unterschiedlichsten Mustergeometrien erzeugt werden. So können neben Riefen und Rillen auch Nuten auf den Reibflächen 10.2 und 20.2 vorgesehen werden.
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Alternativ zur konzentrischen Anordnung können die rillenförmigen Vertiefungen 10.3 und 20.3 auch spiralförmig verlaufend in Bezug auf die Drehachse 2.1 ausgeführt sein. Ferner können die rillenförmigen Vertiefungen 10.3 und 20.3 auch radial verlaufend in Bezug auf die Drehachse 2.1 realisiert werden. Schließlich wäre es auch möglich die rillenförmigen Vertiefungen 10.3 und 20.3 linienförmig und mit nicht konstantem Abstand zur Drehachse 2.1 der Welle 2 tangential in Bezug auf die Drehachse 2.1 umlaufend und sich gegenseitig überkreuzend auf den Reibflächen 10.2 und 20.2 anzuordnen.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt eine elektromagnetisch öffnende Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse. Natürlich ist auch möglich, die Reibflächen einer elektromagnetisch schließenden Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse mit einer Profilierung entsprechend der oben beschriebenen Art auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromagnetische Polreibungskupplung oder Polreibungsbremse
- 2
- Welle
- 2.1
- Drehachse der Welle 2
- 3
- Magnetspule
- 3.1
- Anschluss der Magnetspule 3
- 4
- Permanentmagnet
- 5
- Flanschnabe
- 5.1
- Nabenabschnitt der Flanschnabe 5
- 5.2
- radialer Flansch der Flanschnabe 5
- 6
- Gehäuse
- 6.1
- Filzring des Gehäuses 6.
- 7
- Federmechanismus
- 10
- Magnetpol-Körper, Außenpol-Körper
- 10.1
- Magnetpol, Außenpol des Außenpol-Körpers 10
- 10.2
- Reibfläche des Außenpols 10.1
- 10.3
- Profilierung der Reibfläche 10.2
- 20
- Magnetpol-Körper, Flansch
- 20.1
- Magnetpol, Innenpol des Flansches 20
- 20.2
- Reibfläche des Innenpols 20.1
- 20.3
- Profilierung der Reibfläche 20.2
- 30
- Anker
- 30.1
- Reibfläche des Ankers 30
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29802063 U1 [0003]
- DE 19925173 A1 [0004]
