DE19832694C2

DE19832694C2 - Polreibungsbremse

Info

Publication number: DE19832694C2
Application number: DE1998132694
Authority: DE
Inventors: Edmund Bausch
Original assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Current assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: DE19832694A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Polreibungsbremse gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Eine solche Polreibungsbremse ist aus der DE 23 35 607 A1 bekannt. Zur Herstellung des Lüftungszustandes, also des un gebremsten Zustandes, wird eine Schraubenfeder eingesetzt. die Befestigung der Bremse selbst ist nicht spielfrei.

Rotatorische Bremsen sind in US 3,148,751 und US 3,886,255 und von Decker K.-H.: "Was ist beim Einsatz von Elektroma gnet-Kupplungen und -Bremsen zu beachten?" in: Das Industrie- Blatt, Stuttgart, Juni 1960, Seite 359 bis 366 beschrieben. Ein weiteres Bremssystem beschreibt DE-PS 9 66 539.

In Werkzeugmaschinen und in anderen Anwendungsbereichen werden für Vorschub- und Positionieraufgaben zunehmend Linearmotoren eingesetzt, die üblicherweise Wanderfeldmotoren nach dem Synchron- und Asynchronprinzip sind. Zum Festhalten sowie zum Abbremsen des Linearantriebes werden mechanische Sicherheitsbremsen benötigt.

Polreibungsbremsen bzw. Permanent-Elektro-Bremsen dienen z. B. zum Abbremsen und Festhalten von drehenden Wellen. Der Anker ist dabei drehfest aber axial beweglich mit der Welle verbun den und wird bei abgeschalteter Spule durch den Magnetfluß bei Vorhandensein eines Permanentmagneten angezogen, oder aber bei einem reinen Elektromagneten durch Bestromen der Spule angezogen. Infolge der dadurch entstehenden Reibung zwischen dem Anker und den feststehenden Magnetpolen wird die Welle abgebremst und festgehalten.

Das Abbremsen von Linearantrieben geschieht üblicherweise über hydraulisch oder pneumatisch angetriebene mechanische Bremsen. Diese Bremsanordnungen sind sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine spiel freie Bremseinrichtung für Linearantriebe anzugeben, die mit technisch einfachen Mitteln stets eine zuverlässige Abbrem sung der Maschinenkomponenten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Bremseinrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Polreibungsbremse ist in der Lage, einen längsbeweglichen Teil eines Linearantriebes bzw. eines beweg ten Maschinenbauteils in jeder beliebigen Wegstellung abzu bremsen und festzuhalten.

Die erfindungsgemäße Polreibungsbremse kann entweder eine schließende oder eine öffnende Bremse sein. Bei den schlie ßenden Geräten wird beim Einschalten infolge der elektroma gnetischen Krafteinwirkung eine Bremskraft erzeugt, die durch Reibung der angezogenen beweglichen Einheit entsteht.

Bei öffnenden Geräten wird infolge der Krafteinwirkung des Magnetflusses eines Permanentmagneten die Bremskraft im stromlosen Zustand erzeugt. Beim Einschalten wird der Magnet fluß des Permanentmagneten durch den über eine Spule erzeug ten elektromagnetisch erzeugten Magnetfluß verdrängt bzw. über einen definierten magnetischen Nebenschluß umgeleitet. Die Bremskraft wird dabei aufgehoben und die bewegliche Ein heit wird über einen definierten Luftspalt über die Kraft von Federn bzw. Blattfedern zurückgezogen, so daß eine Relativbe wegung zwischen dem Anker und der beweglichen Einheit möglich ist.

Schließende Geräte weisen keinen Permanentmagneten auf. Die Bremskraft wird dann durch Bestromen der Spule erzeugt, wäh rend im unbestromten Zustand die Blattfedern die Bremse lüf ten.

Je nach Randbedingungen ist es möglich, die Reibbahn entweder an einem entlang des Linearweges bewegbaren Maschinenschlit ten und den Innenpol, das Joch, die Spule sowie die minde stens eine Feder an einem den Linearweg festlegenden Maschi nengestell anzuordnen, oder aber die Reibbhahn an einem den Linearweg festlegenden Maschinengestell und den Innenpol, das Joch, die Spule sowie die mindestens eine Feder an einem ent lang des Linearweges bewegbaren Maschinenschlitten anzuord nen.

Selbstverständlich ist es in Abhängigkeit von Dimensionie rungsbedingungen möglich, mehrere Federn anzuordnen, wobei erfindungsgemäß diese Feder bzw. diese Federn als Blattfedern ausgebildet sind.

Diese Blattfedern können entweder geschichtet angeordnet, oder aber an unterschiedlichen Stellen befestigt sein.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist eine öffnende Polreibungsbremse. Dabei ist zwischen dem Innenpol und dem Joch ein Dauermagnet derart angeordnet, daß bei stromloser Spule sowohl die Außenpolfläche als auch die Innenpolfläche aufgrund eines Magnetflusses des Dauermagneten von der fest stehenden Reibbahn zur Erzeugung einer Bremskraft magnetisch angezogen werden.

Für eine günstige Beeinflussung der Reibverhältnisse ist es von Vorteil, wenn ein zusätzlicher Reibwerkstoff verwandt wird, der den beiden Polflächen zugeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Reibwerkstoff zwischen der Außenpolflä che und der Innenpolfläche, anteilmäßig in beiden Polflächen oder in einer der beiden Polflächen angeordnet ist.

Da bei einem Bremsbetrieb immer Abriebteilchen und/oder Ver schmutzungen auftreten können, die die Bremswirkung beein trächtigen, ist es von Vorteil, wenn in beiden Polflächen Rillen angeordnet sind, die vorzugsweise zueinander parallel und im wesentlichen senkrecht zur Linearbahn ausgerichtet sind.

Um ein Ausrücken der Polflächen von der Reibbahn weitestge hend auszuschießen, kann die Reibbahn eine größere Länge als der Linearweg aufweisen.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist die Blattfeder senkrecht zu der Reibbahn zur Erzeugung eines Ab standes zwischen dem Joch und der Befestigung der Blattfeder an einem Maschinenbauteil vorgespannt.

Allerdings ist es auch möglich, daß die Blattfeder für eine erforderliche Vorspannkraft vorgebogen ist zur Vermeidung ei nes Abstandes zwischen dem Joch und der Befestigung der Blattfeder an einem Maschinenbauteil.

Aus Gründen der reibtechnischen Eigenschaften ist es von Vor teil, wenn der zusätzliche Reibwerkstoff aus einem organi schen Material besteht. Dabei kommen vorteilhafterweise Oxid keramik oder Sintermaterial zum Einsatz.

Die Reduktion einer Kippwirkung auf die bewegbaren Teile der Polreibungsbremse beim Bremsen wird erleichtert, wenn folgen de Ungleichung erfüllt ist:

l/2 << µ.h,

wobei l die Länge der Reibfläche in Richtung des Linearweges, µ der Reibwert und h der Abstand zwischen der Befestigung der Blattfeder an einem Maschinenbauteil und der Reibbahn bedeu ten.

Durch Anbringen einer auf dem Linearweg gleitend anliegenden Manschette an dem Joch kann ein Eindringen von Schmutzparti keln in die Polreibungsbremse vermieden werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len und beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungs beispiels einer Bremseinrichtung mit einer Polrei bungsbremse längs zur Richtung des Linearweges in gelüfteter Stellung;

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Bremseinrichtung in gebrem ster Stellung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Polflächen der Bremsein richtung zur Darstellung der Rillen;

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Draufsicht auf die Polflä chen zur Darstellung eines Reibwerkstoffes zwischen den Polfläche und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bremsein richtung.

Die Erfindung wird beispielhaft an einer in den Fig. 1 bis 5 gezeigten elektromagnetisch öffnenden Polreibungsbremse, einer sogenannten Permanent-Elektro-Einflächenbremse, näher erläutert. Sinngemäß gilt das Folgende auch für elektromag netisch schließende Bremsen.

Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Polreibungsbremse weist einen amboßartig geformten Innenpol 14 auf, der von einem als Außenpol dienenden topfförmig ausgebildeten Joch 11 um geben ist. Zwischen Innenpol 14 und innenliegender Seitenwan dung des Jochs 11 ist eine Spule 1 angeordnet, die bei ihrer Bestromung ein vorgegebenes Gegenfeld zum Permanentmagneten 3 erzeugt.

Zwischen der Stirnfläche des Jochs 11 und der Stirnfläche des Innenpols 14 ist ein Dauermagnet 3 vorgesehen.

Diese Anordnung ist an einen Maschinenschlitten 6 gekoppelt, indem eine Blattfeder 5 einerseits mittels einer Schraube 12 an der Außenwandung des Jochs 11 und andererseits mittels ei ner Schraube 13 an dem Maschinenschlitten 6 befestigt ist. Die Blattfeder 5 ist derart vorgespannt, daß zwischen der Blattfeder im Bereich der Befestigungsschraube 13 und dem zum Maschinenschlitten 6 weisenden Teil des an einer Nase des Ma schinenschlittens 6 anliegenden Joches 11 in dem gelüfteteten in Fig. 1 gezeigten Zustand ein Abstand 21 vorhanden ist.

Es ist allerdings auch möglich, die Blattfeder 5 um die er forderliche Vorspannkraft vorzubiegen, so daß dieser Abstand 21 entfällt.

Das Joch 11 bzw. der Außenpol und der Innenpol 14 haben Au ßenpolflächen 7 bzw. Innenpolflächen 8, die von dem Maschi nenschlitten 6 weg weisen und an einem Linearweg 15 angren zend angeordnet sind.

In dem in Fig. 1 gezeigten gelüfteten Zustand ist zwischen den beiden Polfächen 7 und 8 ein Luftspalt 10 vorhanden.

Des weiteren liegt eine Manschette 19, die an dem Außenrand des Joches 11 befestigt ist, immer an dem Linearweg 15 an. Die Manschette 19 dient dazu, Schmutzpartikel von der Reib bahn 9 fernzuhalten.

Dieser Linearweg 15 weist eine Reibbahn auf, die als ebene Oberflläche eines Ankers 9 ausgebildet ist.

Des weiteren sind in den Fig. 1 und 2 Rillen 18 erkennbar, die im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Ver fahrrichtung entlang des Linearweges 15 angeordnet sind, was in der Fig. 3 deutlicher dargestellt ist.

Schließlich zeigt die Fig. 4 einen Reibwerkstoff 17, der in diesem Fall zwischen der Außenpolfläche 7 und der Innenpol fläche 8 angeordnet ist. Es ist allerdings auch denkbar, die sen Reibwerkstoff 17 entweder in der Außenpolfläche 7 oder in der Innenpolfäch 8, oder aber anteilmäßig in beiden Polflä chen 7 und 8 anzuordnen.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der gezeigten Polrei bungsbremse dargestellt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist bei bestromter Spule 1 die Polrei bungsbremse gelüftet. Ein Magnetfluß 2 des Dauermagneten 3 wird über einen Nebenschluß 4 verdrängt, so daß die Magnet kraft des Dauermagneten 3 neutralisiert ist. Die gemäß Fig. 1 um den Abstand 21 vorgespannte Blattfeder 5 ist an dem Joch 11 mit der Schraube 12 sowie am Maschinenschlitten 6 mit der Schraube 13 befestigt und zieht dadurch die Polreibungsbremse an den Maschinenschlitten 6 derart an, daß zwischen der Au ßenpolfäche 7 des Joches 11 bzw. der Innenpolfäche 8 des In nenpols 14 und der Reibbahn des Ankers 9 der obengenannte Luftspalt 10 entsteht. In diesem Betriebszustand entsteht keinerlei Bremswirkung.

Bei unbestromter Spule 1, was in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Polreibungsbremse durch einen Magnetfluß 20 des Dauerma gneten 3 von dem Maschinengestell 16 magnetisch angezogen, wodurch eine Bremskraft entsteht.

Die Bremskraft kann nach folgender Formel ermittelt werden:

F_B = µ.F_M,

wobei F_B die Bremskraft, µ den Reibwert und F_M die Magnet kraft bedeuten.

Diese Bremskraft wird durch die Blattfeder 5 spielfrei in Richtung des Linearweges 15 übertragen. Je nach den erforder lichen Brems- und Biegekräften der Federanordnung kann diese aus mehreren Einzel-Blattfedern geschichtet aufgebaut beste hen, in ihrer Form variiert werden sowie zwei- oder dreifach eingespannt sein. Die Befestigung kann auch durch mehrere Einzelblattfedern bestehen, die an verschiedenen Stellen mit der Polreibungsbremse bzw. dem Maschinenschlitten 6 verbunden sind. Die Biegekraft der Federanordnung im gezeigten Ausführungsbeispiel der Blattfeder 5, ist mitbestimmend für die to leranzbehafteten Spannungslüftbereiche der Polreibungsbremse.

Durch die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Rillen 18 innerhalb der Außenpolfäche 7 und der Innenpolfläche 8 werden die Reibeigenschaften günstig beeinflußt, da Abriebteilchen und Verschmutzungen und dergleichen in diesen Rinnen aufgenommen werden können. Eine weitere günstige Beeinflussung der Reibverhältnisse wird durch die Verwendung des zusätzlichen Reibwerkstoffes 17, der in Fig. 4 gezeigt ist, erreicht. Mit der Auswahl des geeigneten Reibwerkstoffes, der eine Oxidke ramik oder ein Sintermaterial sein kann, also ein organisches Material, kann das Reibverhalten günstig beeinflusst werden.

Die Manschette 19 dient dazu, Schmutzpartikel von der Reib bahn 9 fernzuhalten.

Da die magnetischen Anzugskräfte der Außenpolfäche 7 und In nenpolfläche 8 sowie des Maschinengestells 16 entgegengerich tet sind, entstehen außer der Biegekraft der gezeigten Blatt feder 5 keine weiteren nachteiligen Querkräfte auf die Line arführung des Antriebs. Als Reibbahn des Ankers 9 dient in diesem Falle eine geeignete ferromagnetische Fläche entlang des Linearweges 15, die Bestandteil des stationären Maschi nengestells 16 oder beispielsweise eine dort angebrachte Schiene sein kann. Anstelle des Maschinengestells 16 als An ker 9 können bei anderen Linearantrieben Hubführungen, Boden platten, Gestänge, Gehäuse oder dergleichen verwandt werden.

Es ist aber auch denkbar, die Polreibungsbremse an dem Ma schinengestell 16 oder dergleichen zu befestigen, und als Anker 9 den beweglichen Maschinenschlitten 6 oder dergleichen vorzusehen. Dies ist in den Figuren nicht dargestellt.

Um die Kippwirkung auf die Polreibungsbremse beim Bremsen in gewünschten Grenzen zu halten, ist die Ungleichung:

l/2 << µ.h

zu erfüllen. Dabei bedeuten l die Länge der Reibfläche bzw. Reibbahn des Ankers 9 in Richtung des Linearweges 15, µ den Reibwert und h den Abstand zwischen der Befestigung der Blattfeder 5 an dem Maschinenschlitten 6 oder dergleichen und der Reibbahn des Ankers 9.

Da in der Anwendung aus Platzersparnisgründen vorzugsweise flache Konstruktionen von Polreibungsbremsen notwendig sein können, ist es vorteilhaft, eine Bremsanordnung vorzusehen, die aus mehreren Einzelbremsen besteht, und zwar in Abhängig keit von den erforderlichen Bremskräften.

In Fig. 5 ist eine Bremseinrichtung mit insgesamt drei Pol reibungsbremsen, die ähnlich zu den in Fig. 1 bis 4 beschrie benen Polreibbremsen sind, dargestellt. Die drei identisch ausgebildeten Polreibungsbremsen sind nebeneinander angeord net und mit ihrer dem Permanentmagneten abgewandten Wandseite an eine gemeinsame Grundplatte 22 befestigt. Diese Grundplat te 22 ist mit dem Maschinenschlitten 6 in Verbindung. Die Übertragung der Bremskraft erfolgt durch zwei Bolzen 23. Die Rückstellung der gelüfteten (eingeschalteten) Bremseinrich tung erfolgt durch zwei Schraubenfedern 24, die jeweils um die Bolzen 23 herum angeordnet sind und sich mit dem einen Ende an der Grundplatte 22 und mit ihrem anderen Ende an ei nem hervorspringenden Flansch des Bolzens 23 abstützen.

Fig. 5 zeigt den bestromten Zustand der Spulen 1. Die Brems einrichtung ist gelüftet. Ein Bremsen findet nicht statt. In diesem Zustand sorgt die Federkraft der Federn 24 dafür, dass die Grundplatte 22 samt daran befestigten drei Linearbremsen auf dem Maschinenschlitten 6 aufliegt.

Wird die Bestromung der Spulen 1 der drei Linearbremsen un terbrochen, wirkt ausschließlich die Magnetkraft der Perma nentmagneten 3. Diese Magnetkraft führt dazu, dass sich die Grundplatte 22 entgegen der Federkraft der Federn 24 vom Ma schinenschlitten 6 abhebt, so dass die drei Linearbremsen auf die Reibbahn des Ankers 9 drücken und ein Bremsen erreicht wird. Selbstverständlich muss für diese Funktionsweise die Magnetkraft der drei Permanentmagneten 3 ausreichend groß di mensioniert sein, damit ein Abheben der Grundplatte 22 vom Maschinenschlitten 6 entgegen der Federkraft der Federn 24 möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Spule

2

Magnetfluß

3

Dauermagnet

4

Nebenschluß

5

Blattfedereinrichtung

6

Maschinenschlitten, Gegenstand

7

Außenpolfläche (Joch)

8

Innenpolfäche (Innenpol)

9

Reibbahn/Anker

10

Luftspalt

11

Joch, Außenpol

12

Schraube

13

Schraube

14

Innenpol

15

Linearweg

16

Maschinengestell

17

Reibwerkstoff

18

Rillen

19

Manschette

20

Magnetfluß

21

Abstand

22

Grundplatte

23

Bolzen

24

Feder

Claims

1. Polreibungsbremse zur Abbremsung eines entlang eines Linearweges (15) fahrbaren Gegenstandes (6), mit einer senkrecht zum Linearweg (15) beweglichen Einheit, enthal tend einen Innenpol (14), einen Außenpol (11) und eine zwischen Außenpol (11) und Innenpol (14) angeordnete Spu le (1), sowie mit einem senkrecht zum Linearweg (15) feststehenden und aus ferromagnetischem Material gebilde ten Anker (9), welcher eine entlang des Linearweges (15) angeordnete, ebene Reibbahn aufweist, gekennzeichnet durch eine Blattfederein richtung (5), durch welche der verfahrbare Gegenstand (6) mit der beweglichen Einheit spielfrei gekoppelt ist.

2. Polreibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) mit Reibbahn (9) an einem entlang des Linear weges (15) bewegbaren Maschinenschlitten (6) und der In nenpol (14), der Außenpol (11), die Spule (1) sowie die Blattfedereinrichtung (5) an einem den Linearweg (15) festlegenden Maschinengestell (16) angeordnet sind.

3. Polreibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der An ker (9) mit Reibbahn an einem den Linearweg (15) festle genden Maschinengestell (16) und der Innenpol (14), der Außenpol (11), die Spule (1) sowie die BlattfFederein richtung (5) an einem entlang des Linearweges (15) be wegbaren Maschinenschlitten (6) angeordnet sind.

4. Polreibungsbremse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedereinrichtung (5) mehrere Federn aufweist.

5. Polreibungsbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern geschichtet angeordnet sind.

6. Polreibungsbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern an unterschiedlichen Stellen befestigt sind.

7. Polreibungsbremse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen dem Innenpol (14) und dem Außenpol (11) ein Dauer magnet (3) derart angeordnet ist, daß bei stromloser Spule (1) sowohl die Außenpolfläche (7) als auch die In nenpolfläche (8) aufgrund eines Magnetflusses (20) des Dauermagneten (3) orthogonal zum Linearweg (15) von dem feststehenden Anker (9) zur Erzeugung einer Bremskraft magnetisch angezogen werden.

8. Polreibungsbremse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen zusätzli chen Reibwerkstoff (17), der den beiden Polflächen (7, 8) zugeordnet ist.

9. Polreibungsbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibwerkstoff (17) zwischen der Außenpolfläche (7) und der Innenpolfläche (8), anteilmäßig in beiden Polflächen (7, 8) oder in einer der beiden Polflächen (7, 8) ange ordnet ist.

10. Polreibungsbremse nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch in beiden Pol flächen (7, 8) angeordnete Rillen (18).

11. Polreibungsbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (18) zueinander parallel und im wesentli chen senkrecht zur Linearbahn (15) angeordnet sind.

12. Polreibungsbremse nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbahn (9) eine größere Länge aufweist als der Linear weg (15).

13. Polreibungsbremse nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zu sätzliche Reibwerkstoff (17) aus einem organischen Mate rial besteht.

14. Polreibungsbremse nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zu sätzliche Reibwerkstoff (17) aus Oxidkeramik oder Sin termaterial besteht.

15. Polreibungsbremse nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß folgen de Ungleichung erfüllt ist:
l/2 << µ.h,
wobei l die Länge der Reibfläche in Richtung des Linear weges (15), µ der Reibwert und h der Abstand zwischen der Befestigung der Blattfeder (5) an einem Maschinen bauteil (6 oder 16) und der Reibbahn (9) bedeuten.

16. Polreibungsbremse nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine an dem Au ßenpol (11) befestigte und die Reibbahn des Ankers (9) berührende Manschette (19).

17. Polreibungsbremse nach mindestens einem der vorstehen den Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung mehrere identisch aufgebaute Polrei bungsbremsen aufweist, welche an einer gemeinsamen Grundplatte 22 befestigt sind, wobei die Grundplatte (22) über die Blattfedereinrichtung (5) an den bewegba ren Gegenstand (6) gekoppelt ist.