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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Federdruckbremse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Federdruckbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
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Federdruckbremsen kommen häufig als Sicherheitsbremsen zum Einsatz und haben die Aufgabe, bewegte Massen oder Lasten aus der Bewegung heraus abzubremsen, bzw. im Stillstand sicher zu halten. Das Bremsmoment wird bei Federdruckbremsen über vorgespannte Federn erzeugt. Gelüftet werden die Bremsen elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch, im energielosen Zustand sind sie in der Regel geschlossen.
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1 zeigt eine herkömmliche Federdruckbremse 1 mit einem Gehäuse 2, einer in dem Gehäuse 2 angeordneten Elektrospule 4, die ringförmig um eine Achse 6 angeordnet ist, sowie einen entlang und auf der Achse 6 beweglichen Anker 8. Der Anker 8 wird im unbestromten Zustand der Elektrospule 4 mittels einer oder mehreren nicht dargestellten Federn gegen eine Reibscheibe 10 gepresst, die über einen Mitnehmer 12 um die Achse 6 drehbar angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist über eine in einer Hülse 14 geführten Schraube 16 mit einem Flansch 18 fest verbunden. Die Reibscheibe 10 ist dabei zwischen dem Anker 8 und dem Flansch 18 um die Achse 6 in der Federdruckbremse 1 drehbar gelagert angeordnet.
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Im unbestromten Zustand der Elektrospule 4 drückt die eine oder mehrere nicht dargestellte Federn den Anker 8 nach unten auf die Reibscheibe 10, sodass sich die Reibscheibe 10 nicht drehen kann. Wird die Elektrospule 4 bestromt, so wird der Anker 8 von der Elektrospule 4 angezogen und entgegen der Druckkraft der Feder oder Federn in Richtung auf die Elektrospule 4 nach oben bewegt. Der Anker 8 besteht aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Eisen und wird auf Grund der elektromagnetischen Kraft der Elektrospule 4 nach oben gezogen, wobei er die Reibscheibe 10 freigibt, so dass sie sich wieder um die Achse 6 drehen kann. Wird der Stromfluss durch die Elektrospule 4 unterbrochen, so drückt die Feder oder drücken die Federn den Anker wieder nach unten gegen die Reibscheibe 10 und bremst damit deren Rotation um die Achse 6 ab. Damit sich der Anker 8 nicht mit der Reibscheibe 10 mitbewegt, werden mindestens zwei oder mehrere Hülsen 14 zur Verdrehsicherung vorgesehen, die eine Drehbewegung des Ankers 8 um die Achse 6 verhindert.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik sind der häufig rasche Verschleiß der Reibscheibe 10 und die oft unzureichende Bremswirkung. Der Verschleiß der Reibscheibe 10 hat zur Folge, dass sich der Luftspalt zwischen dem Anker 8 und dem Gehäuse 2 im unbestromten Zustand erhöht, was durch den erhöhten magnetischen Widerstand dazu führen kann, dass die elektrische Leistung der Elektrospule 4 nicht mehr ausreicht, die Bremse zu lüften, sodass meist eine mechanische Nachstellung des Luftspalts vorgesehen wird. Eine solche Luftspaltnachstellung ist jedoch konstruktiv relativ aufwendig und erhöht damit die Herstellungskosten, sowie die Wartungs- und Instandhaltungskosten der Federdruckbremse.
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Um ein mechanisches Nachstellen des Luftspalts zu vermeiden, schlägt die
DE 91 13 982 U1 vor, für die Elektrospule eine elektrische Steuerschaltung zum Ansteuern derselben beim Lüften der Bremse vorzusehen, die eine Leistung zur Verfügung stellt, die gegenüber der beim normalen Halten der Bremse in der gelösten Stellung erforderlichen Leistung stark erhöht ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Steuerschaltung eine Phasenanschnittsteuerung und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Übererregungszeit aufweist, die zum Lüften der Bremse eine die Phasenanschnittsteuerung ansteuernde Schaltung zur Erzeugung des Zündwinkels erst nach Ablauf einer vorbestimmten Übererregungszeit, während der die Elektrospule mit einer Übererregungsspannung erregt wird, ansteuert. Eine solche Steuerschaltung ist jedoch einerseits aufwendig, andererseits sind Phasenanschnittsteuerungen dafür bekannt, elektromagnetische Störungen zu verursachen, die leicht auf andere elektronische Komponenten übertragen werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Verschleiß einer Federdruckbremse mit anderen Mitteln zu verringern, die Lebensdauer der Federdruckbremse zu erhöhen und die Bremskraft bei gleichen Abmessungen der Federdruckbremse ebenfalls zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Federdruckbremse nach Patentanspruch 1, sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Federdruckbremse nach Patentanspruch 14. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die erfindungsgemäße Federdruckbremse weist eine in oder an einem Gehäuse angeordnete Elektrospule auf, einen entlang einer Achse beweglichen Anker, sowie eine an einem Mitnehmer um die Achse drehbar und entlang der Achse beweglich ausgebildete Reibscheibe, die zwischen einem den Mitnehmer umlaufenden Flansch und dem Anker angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse mit dem Flansch über wenigstens ein das Gehäuse und den Flansch verbindendes Verbindungselement, beispielsweise über ein das Gehäuse und den Flansch wenigstens teilweise umgreifendes Band, oder über einen Steg fest verbunden.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Federdruckbremsen, bei welchen eine das Gehäuse mit dem Flansch verbindende Schraube oder Hülse den maximalen Durchmesser der Reibscheibe begrenzt, kann bei der erfindungsgemäßen Federdruckbremse der Durchmesser der Reibscheibe bis nahezu an den Rand der Federdruckbremse vergrößert und daher maximiert werden, was durch Erhöhung der Reibfläche einerseits zu geringerem axialen Verschleiß führt, und durch Erhöhung des Reibradius zu einem geringeren Verschleiß pro Reibscheibenfläche, andererseits zu einer erhöhten Drehmomentwirkung führt, sodass bei gleichen geometrischen Außenabmessungen des Gehäuses der Federdruckbremse die Lebensdauer, als auch das Bremsmoment der Federdruckbremse erhöht wird.
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Das Gehäuse kann mit dem Flansch über mehrere, das Gehäuse und den Flansch jeweils teilweise umgreifende Verbindungselemente verbunden sein, die als an dem Gehäuse anliegende, als Ringsegmente ausgebildete, vorzugsweise voneinander beabstandete, Bänder ausgebildet sind und bevorzugt flächig an dem Gehäuse anliegen.
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Wenigstens eines der das Gehäuse mit dem Flansch verbindenden Verbindungselemente oder das wenigstens eine Verbindungselement, beispielsweise das wenigstens eine Band, kann einstückig mit dem Flansch oder einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein.
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Das wenigstens eine das Gehäuse mit dem Flansch fest verbindende Verbindungselement, oder wenigstens eines der das Gehäuse mit dem Flansch festverbindenden Verbindungselemente kann an dem Flansch und/oder an das Gehäuse mit einer geeigneten Verbindungstechnologie verbunden, beispielsweise angeschweißt und/oder angeklebt, sein, wobei das wenigstens eine Verbindungselement oder wenigstens eines der Verbindungselemente, vorzugsweise mit einem Laser, an den Flansch und/oder an das Gehäuse punktgeschweißt oder ringgeschweißt ist.
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Das wenigstens eine Verbindungselement kann aus Stahlblech oder aus Edelstahlblech bestehen. Es kann auch aus einem anderen Material, wie Kunststoff oder einem anderen Metall bestehen.
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Das wenigstens eine Verbindungselement ist in einer vorteilhaften Ausführungsform als ein geschlossener, den Flansch vollständig umschließender Ring ausgebildet. Es kann natürlich auch als ein offener, den Flansch um das Gehäuse teilweise oder nahezu ganz umschließender Ring ausgebildet sein. In diesem Fall können beispielsweise die elektrischen Anschlussdrähte der Elektrospule zwischen den Enden des den Flansch und das Gehäuse teilweise umschließenden Rings geführt sein, was den Vorteil hat, dass zur Zuführung der Anschlussdrähte in dem wenigstens einen Band keine weiteren Nuten vorgesehen werden müssen oder ein etwas größerer Einbauraum für die Federdruckbremse vorgesehen werden muss. Ein das Gehäuse teilweise umschließender Ring hat darüber hinaus den Vorteil, dass er besonders dicht an das Gehäuse anlegbar ist, wodurch bei einer Klebeverbindung zwischen dem Ring und dem Gehäuse eine besonders stabile, flächige Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Ring hergestellt werden kann.
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Der Anker weist vorteilhafterweise eine Verdrehsicherung auf, mit welcher er verdrehsicher, vorteilhafterweise am Gehäuse, gehalten werden kann. Eine solche Verdrehsicherung kann beispielsweise als ein Stift oder als mehrere Stifte ausgebildet sein, der/die in Ausnehmungen des Ankers so eingreift/ eingreifen, dass der Anker trotzdem noch entlang der Achse hin- und her beweglich bleibt.
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Eine Ausführungsform sieht eine Federdruckbremse vor, bei der der Anker von der Reibscheibe beabstandet ist, wenn die Elektrospule bestromt ist. Bei einer solchen Federdruckbremse wird der Anker, vorzugsweise mit einer Feder, gegen die Reibscheibe gedrückt, wenn die Elektrospule nicht bestromt ist, beispielsweise bei Stromausfall. Damit wird dafür gesorgt, dass bei Stromausfall oder im stromlosen Zustand die Rotationsbewegung der Reibscheibe abgebremst ist und sich die Reibscheibe nicht von selbst mehr in Bewegung setzen kann. Derartige Federdruckbremsen kommen beispielsweise bei Feststellbremsen von Fahrzeugen zum Einsatz, wenn sichergestellt werden soll, dass, das Fahrzeug sicher in Position gehalten wird und sich nicht unbeabsichtigt in Bewegung setzt.
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Es ist natürlich andererseits auch möglich, Federdruckbremsen vorzusehen, bei denen der Anker auf die Reibscheibe drückt, wenn die Elektrospule bestromt ist. Solche Federdruckbremsen ermöglichen eine Rotationsbewegung der Reibscheibe nur, wenn die Elektrospule nicht mit Strom versorgt wird.
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Beansprucht wird mit dieser Anmeldung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Federdruckbremse, das die zeitlich nacheinander folgenden Schritte aufweist: Zunächst wird das Gehäuse der Federdruckbremse mit dem daran oder darin angeordneten Anker und der Reibscheibe in eine Aufnahmevorrichtung aufgenommen. Der Flansch wird in eine Flanschaufnahme eines Presswerkzeugs aufgenommen. Dann wird der Flansch auf die Reibscheibe gepresst und anschließend mit der Flanschaufnahme von der Reibscheibe um eine vorgegebene Strecke bzw. dem Neuluftspalt zurückbewegt. Schließlich wird das Verbindungselement an den Flansch und/oder an das Gehäuse geschweißt, was vorzugsweise mit einem Laser erfolgt. Das Verbindungselement, beispielsweise das Band kann vor dem Schweißschritt des Verfahrens mit dem Gehäuse oder dem Flansch auch bereits verbunden oder einstückig ausgebildet sein. Die Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise drehbar ausgebildet, beispielsweise ein Drehtisch, der gedreht wird, wenn das Verbindungselement an den Flansch und/oder an das Gehäuse angeschweißt wird.
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Dadurch, dass der Flansch nach dem Anpressen auf die Reibscheibe wieder um eine vorgegebene Strecke zurück bewegt wird, bevor das Band an den Flansch und/oder an das Gehäuse angeschweißt wird, kann ein exakt bemessener Luftspalt zwischen der Reibscheibe und dem Anker vorab ausgebildet werden, und es kann dafür gesorgt werden, dass der Anker parallel zur Reibscheibe angeordnet ist. Dadurch wird die maximale Lebensdauer der Federdruckbremse sicher eingestellt und es wird vermieden, dass ein Restmoment bzw. Schleifen entsteht.
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Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Die dabei verwendeten Bezeichnen wie “oben“, „unten„, „links“ und „rechts“ und ähnliches beziehen sich auf Ausführungsbeispiele und sollen in keiner Weise einschränkend sein, auch dann nicht, wenn sie sich auf bevorzugte Ausführungsformen beziehen. Es zeigen:
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1 eine bekannte Federdruckbremse im Querschnitt,
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2 eine erfindungsgemäße Federdruckbremse im Querschnitt,
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3 zwei perspektivische Ansichten der erfindungsgemäßen Federdruckbremse,
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4 eine Vorrichtung zum Herstellen einer Federdruckbremse.
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2 zeigt, ebenso wie 1 eine Federdruckbremse 1 mit einem Gehäuse 2, einer Elektrospule 4, die ringförmig um eine Achse 6 in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, einen entlang der Achse 6 geführten Anker 8, der eine, nicht dargestellte Feder aufweist, mit welcher er gegen die Reibscheibe 10 drückt, wenn die Elektrospule 4 nicht bestromt ist. Die Reibscheibe 10 ist mit einem Mitnehmer 12 verbunden und um die Achse 6 drehbar gelagert. Das Gehäuse 2 weist Verdrehsicherung 20 auf, die aus vier Stiften besteht, die in Öffnungen des Ankers 8 eingreifen und dafür sorgen, dass der Anker 8, wenn er auf die Reibscheibe 10 drückt, nicht um die Achse 6 rotieren kann. Die Öffnungen für die Stifte 20 in dem Anker 8 sind dabei so ausgebildet, dass der Anker 8 entlang der Achse 6 hin- und her beweglich bleibt. Die Reibscheibe 10 ist auf einem Flansch 18 drehbar um die Achse 6 gelagert. Der Flansch 18 ist über einen Ring 22 fest mit dem Gehäuse 2 verbunden.
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Im Gegensatz zur bekannten Ausführungsform der Federdruckbremse 1 in 1 weist die erfindungsgemäße Federdruckbremse 1 in 2 keine Schrauben 16 auf, sodass sich die Reibscheibe 10 bis nahezu an den Rand der Federdruckbremse 1 erstrecken kann. Wird die Elektrospule 4 bestromt, wird der aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material bestehende Anker 8 von der durch die Elektrospule 4 erzeugten Magnetkraft angezogen und entgegen der Druckkraft der (nicht dargestellten) Druckfeder gegen das Gehäuse 2 gepresst. Dadurch wird die Reibscheibe 10 freigegeben, so dass sie sich zusammen mit dem Mitnehmer 12 um die Achse 6 drehen kann. Wird die Stromzufuhr zur Elektrospule 4 unterbrochen, drückt die Druckfeder den Anker 8 gegen die Reibscheibe 10 und bremst diese ab.
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3 zeigt zwei perspektivische Darstellungen der Federdruckbremse 1 mit dem Gehäuse 2, dem Flansch 18, dem den Flansch 18 mit dem Gehäuse 2 verbindenden Band 22, dem Mitnehmer 12 sowie den Anschlussdrähten 24 für die Elektrospule 4.
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4 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Federdruckbremse 1. Die Vorrichtung zeigt eine Laserschweißanlage 26 mit einem Schweißlaserkopf 28, der für unterschiedliche Schweißpositionen schwenkbar ausgebildet ist. Auf einem Maschinenuntergestell 30 ist eine als Drehtisch 32 ausgebildete Aufnahmevorrichtung 32 zur Aufnahme des Gehäuses 2 mit dem Anker 8 und der Reibscheibe 10 der Federdruckbremse 1 ausgebildet. Das Maschinenuntergestell 30 ist als massiv dimensioniertes, steifes, schwingungsarmes und geschweißtes Stahlgestell ausgebildet. Ein Maschinenobergestell 34 trägt einen als Presswerkzeug 36 ausgebildeten Servoantrieb mit Steuerung, welcher eine Flanschaufnahme 38 aufweist. Eine auf dem Maschinenuntergestell 30 angeordnete Positioniervorrichtung 40 dient der Positionierung des Bandes 22 bzw. des Ringelements 22.
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Nachdem auf der Aufnahmevorrichtung 32 das Gehäuse 2 mit dem Anker 8 und der Reibscheibe 10 aufgenommen ist, und der Flansch 18 in der Flanschaufnahme 38 aufgenommen ist, wird der Flansch 18 mit dem Presswerkzeug 36 auf die Reibscheibe 10 gepresst und anschließend um eine exakte vorgegebene Strecke bzw. Neuluftspalt zurückbewegt. Die Positioniervorrichtung 40 positioniert dann das Band 22 so an das Gehäuse 2, dass es anschließend mit dem Schweißlaser 28 mit dem Gehäuse 2 und dem Flansch 18 verschweißt werden kann. Dabei wird der Drehtisch 32 gedreht und der Schweißlaser 28 betätigt, so dass das Band 22 an den Flansch 18 und an das Gehäuse 2 angeschweißt wird.
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Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, ohne auf diese Beispiel beschränkt zu sein. So könnte beispielsweise statt des Drehtischs sich auch der Schweißlaser um das Gehäuse drehen. Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen sind frei mit funktionell gleichwirkenden Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar oder austauschbar, sofern Kompatibilität vorliegt und der Erfindungsgedanke dabei nicht verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federdruckbremse
- 2
- Gehäuse
- 4
- Elektrospule
- 6
- Achse
- 8
- Anker
- 10
- Reibscheibe
- 12
- Mitnehmer
- 14
- Hülse
- 16
- Schraube
- 18
- Flansch
- 20
- Verdrehsicherung
- 22
- Band, Ring, Ringelement, Verbindungselement, Steg
- 24
- Anschlussdrähte
- 26
- Laserschweißanlage
- 28
- Schweißlaser, Schweißlaserkopf
- 30
- Maschinenuntergestell
- 32
- Drehtisch, Aufnahmevorrichtung
- 34
- Maschinenobergestell
- 36
- Presswerkzeug
- 38
- Flanschaufnahme
- 40
- Positioniervorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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