DE19925173C2 - Polreibungsbremse bzw. Polreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Polreibungsbremse bzw. eine Pol­ reibungskupplung mit einem auf einer ersten Welle sitzenden Anker mit einer ersten Reibfläche, der zur Kraftübertragung mittels Elektro- oder Permanentmagneten zur Kraftübertragung mit einem Gehäuse mit einer zweiten Reibfläche in reibschlüs­ sigen Kontakt bringbar ist.

Bei Polreibungsbremsen oder Polreibungskupplungen wird die magnetische Kraftwirkung zur Erzeugung von Drehmomenten zur Kraftübertragung ausgenutzt. Die Anwendung erfolgt im wesent­ lichen in den Bereichen Feinwerktechnik, z. B. in Büromaschi­ nen, in der Fahrzeugtechnik sowohl im Pkw- als auch im Lkw- Bau und im Maschinenbau, wo NC-Maschinen und Industrieroboter als Beispiele zu nennen sind. Man unterscheidet zwischen schließenden und öffnenden Bremsen bzw. Kupplungen. Bei den schließenden Geräten wird beim Einschalten in Folge der elek­ tromagnetischen Kraftwirkung ein Drehmoment erzeugt, das durch Reibung des angezogenen Ankers auf den Magnetpolen ent­ steht.

Beim Einschalten einer Polreibungsbremse oder Polreibungs­ kupplung wird durch das Aufschlagen des Ankers auf die Rei­ bungsflächen ein störendes Aufschlaggeräusch erzeugt, das als lautes Klacken hörbar ist.

In DE 92 16 216 U1 ist eine Polreibungsbremse oder Polreibungskupplung beschrieben, die bei Betätigung laute Anschlaggeräusche erzeugt, weil keinerlei Mittel zur Dämpfung dieser Geräusche vorgesehen sind.

Aus DE 196 46 493 A1 ist eine Bremse mit Mitteln zur Dämpfung von Schlägen, Schwingungen und Geräuschen bekannt, die an einer von zwei drehfest miteinander verbundenen Flächen angeordnet sind. Diese Dämpfungsmittel vermögen zwar Schläge, Schwingungen und Geräusche zu dämpfen, jedoch kompensieren sie nicht Längenausdehnungen der Reibbeläge in Folge der beim Bremsen verursachten Temperaturerhöhungen. Aus diesem Grund ist das Bremsmoment dieser bekannten Bremsvorrichtung nicht konstant.

In DE 297 06 124 U1 ist eine Federdruckbremse mit Dämpfungsmitteln zur Dämpfung von Geräuschen beim Bremsen beschrieben. Ebenso wie bei der aus dem zuvor genannten Dokument bekannten Bremsvorrichtung sind die Dämpfungsmittel an einer von zwei sich gegenüberliegenden aber drehfest miteinander verbundenen Flächen befestigt. Diese bekannte Federdruckbremse weist daher dieselben Nachteile auf wie die in DE 196 46 493 A1 beschriebene Bremsvorrichtung.

Aus US 3,618,725 ist eine Bremsvorrichtung mit einem festen Gehäuse und einer rotierenden Welle mit einer Bremsscheibe bekannt. In einer ringförmigen Nut des Gehäuses ist ein ringförmiger Bremsbelag um einen vorgebbaren Winkel relativ zum festen Gehäuse drehbar gelagert. Beim Bremsen wird die Bremsscheibe der Welle mittels im Gehäuse angeordneter Elekromagnete angezogen, so daß die Bremsscheibe gegen den ringförmigen Bremsbelag gedrückt wird. Zur Geräuschdämpfung beim Bremsvorgang sitzt auf dem äußeren Umfang des ringförmigen Bremsbelages ein Dämpfungsring aus einem elastischen Werkstoff, der zwar Geräusche beim Bremsen zu dämpfen vermag, jedoch erzielt er kein konstantes Bremsmoment.

In US 3,181,670 ist eine Brems- oder Kupplungsvorrichtung mit einem auf einer ersten Welle sitzenden Anker mit einer ersten Reibfläche beschrieben, die zur Kraftübertragung mittels eines Elektromagneten mit einer zweiten Reibfläche an einem Gehäuse in reibschlüssigen Kontakt bringbar ist. Auf dem Anker ist ein dritter Reibbelag mittels einer Schraubenfeder so befestigt, daß er um einen vorgebbaren Betrag über die erste Reibfläche des Ankers übersteht. Beim Bremsen oder Kuppeln schlägt zuerst der dritte Reibbelag und anschließend die erste Reibfläche des Ankers auf die zweite Reibfläche des Gehäuses auf.

Ein Nachteil der Schraubenfeder als Befestigungsmittel für den dritten Reibbelag ist darin zu sehen, daß beim Bremsen oder Kuppeln nicht nur Axialkräfte in Richtung der Längsachse der Schraubenfeder, sondern auch senkrecht dazu in radialer Richtung Radialkräfte in Folge des Mitnahmeeffektes auftreten, welche die Schraubenfeder gegen die Seitenwände ihrer Lagerbuchse im Anker drücken.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt darin, daß mehrere Teile erforderlich sind. Es sind ein Preßring und mindestens zwei Schraubenfedern erforderlich.

Aus DE 195 35 970 A1 ist eine Kupplungsvorrichtung mit einer Tellerfeder bekannt, die der restmomentfreien Trennung dient, jedoch Schaltgeräusche der Kupplung nur in sehr geringem Umfang dämpfen kann. An der Tellerfeder ist kein Reibbelag befestigt, der um einen definierten Betrag über die Reibfläche übersteht.

Bei einer in US 3,446,322 beschriebenen Brems- und Kupplungsvorrichtung wird ein Elektromagnet durch Bestromung axial zu einem rotierenden Anker gezogen. Zum Lüften der Brems- oder Kupplungsvorrichtung wird der Strom durch den Elektromagneten abgeschaltet. Die Trennung des Elektromagneten vom Anker erfolgt mittels Federn.

Aus DE 27 47 466 A1 ist eine Elektromagnetbremse bekannt, deren Anker oder deren Elektromagnet in axialer Richtung verschiebbar ist. Die Lüftung der Bremse erfolgt mittels Federkraft.

In EP 0 078 944 A1 ist eine elekromagnetisch betätigte Federdruckbremse beschrieben. Beim Bremsen drücken Federspulen gegen einen Anker. Zum Lüften der Bremsvorrichtung werden die Federspulen bestromt, so daß die Federspulen entgegen dem Federdruck vom Anker getrennt werden.

Aus DE 298 21 708 U1 ist eine elektromagnetisch betätigte Einflächenkupplung oder Einflächenbremse mit einer Spule und mit einem Anker bekannt. Zwischen der Reibfläche der Spule und des Ankers ist eine gewellte Lamelle zur Vermeidung von Geräuschen beim Einziehen des Ankers vorgesehen. Der Anker ist mittels Federn an einer Welle befestigt.

Aus US 3,162,285 ist es bekannt, bei einer elektromagnetischen Kupplung mit einem Elektromagneten und einem Anker den Anker mittels einer Feder an einer Welle zu befestigen. Der Anker ist axial verschiebbar, jedoch drehfest mit der Welle verbunden.

In DE 195 19 434 C1 ist es offenbart, den Anker einer elektromagnetisch lüftbaren Federdruckbremse mittels Federn an einer Welle zu befestigen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Polreibungsbremse bzw. Polreibungskupplung so zu gestalten, daß sie ohne stö­ rende Aufschlaggeräusche ein- und ausschaltbar sind und daß ein konstantes Bremsmoment erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Polreibungsbrem­ se bzw. einer Polreibungskupplung mit einem auf einer ersten Welle sitzenden Anker mit einer ersten Reibfläche, der zur Kraftübertragung mittels Elektro- oder Permanentmagneten zur Kraftübertragung mit einem Gehäuse mit einer zweiten Reib­ fläche in reibschlüssigen Kontakt bringbar ist, dadurch ge­ löst, daß auf dem Gehäuse ein dritter Reibbelag mittels mindestens einer Tellerfeder derart gefedert befestigt ist, daß er um einen definierten Betrag über die zweite Reibfläche derart übersteht, daß der Anker beim Einschalten zuerst auf den dritten Reibbelag auftrifft.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, einen dritten Reibbelag am Gehäuse mittels einer Tellerfeder derart gefedert zu befestigen, daß er um einen definierten Betrag über die anderen Reibflächen übersteht, trifft der Anker beim Einschalten der Polreibungsbremse bzw. der Polreibungskupplung zuerst auf den dritten Reibbelag, der den Aufschlag des Ankers auf die anderen Reibflächen dämpft, wodurch das beim Stand der Technik stets auftretende laute Klackgeräusch zumindest stark gedämpft wird.

Ein sicherheitsrelevanter Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Längenausdehnungen des dritten Reibbelages in Folge durch das Bremsen verursachte Temperaturerhöhungen mittels der Fe­ der oder den Federn kompensiert werden, so daß eine ausge­ zeichnete Drehmomentkonstanz weitgehend unabhängig von der in Wärme umgesetzten Bremsenergie erzielt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Polreibungsbremse gemäß Stand der Technik und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pol­ reibungsbremse.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst die in der Fig. 1 gezeigte Polreibungsbremse gemäß dem Stand der Technik beschrieben.

In ein Gehäuse 1, das an einer Befestigungswand 2 befestigt ist, ist eine Wicklung 4 eines Elektromagneten mittels eines Gießharzes 3 fest eingebaut. An der einem Anker 7, der mit­ tels einer Feder, zum Beispiel einer Membranfeder 9, drehfest aber in axialer Richtung bewegbar an einer Welle 8 befestigt ist, gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 ist ein Reibbe­ lag 5 angeordnet. Dieser Reibbelag 5 kann beispielsweise in das Gehäuse 1 drehfest eingeklemmt, verstemmt oder auf eine ähnliche Weise abgestützt sein. Durch Bestromung der Wicklung 4 wird eine magnetische Kraftwirkung erzeugt, welche den An­ ker 7 über den Luftspalt 10 auf die Reibflächen 1a, 1b und 5a heranzieht. Beim Aufprallen des Ankers 7 auf die Reibflächen 1a, 1b und 5a wird das eingangs erwähnte störende Klackge­ räusch erzeugt.

Durch das Anziehen des Ankers 7 auf die Reibflächen 1a, 1b und 5a wird die Welle 8 abgebremst und deren Drehenergie in den Reibflächen in Wärme umgesetzt. Sobald der Strom durch die Wicklung 4 abgeschaltet wird, wird der Anker 7 durch die Kraft der Federn 9 vom Gehäuse 1 getrennt und in seine Ruhe­ stellung zurückgezogen.

Es wird nun das in der Fig. 2 abgebildete Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und erläutert.

In einem Gehäuse 1, das an einer Befestigungswand 2 befestigt ist, ist eine Wicklung 4 eines Elektromagneten mittels eines Gießharzes 3 angeordnet. An der einem Anker 7, der mittels einer Feder, z. B. einer Membranfeder 9, an einer Welle 8 befestigt ist, gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 sind Reibflächen 1a und 1b vorgesehen. Zusätzlich zu diesen beiden Reibflächen 1a und 1b ist ein weiterer Reibbelag 5 vorgese­ hen, der mittels einer Tellerfeder 6 derart am Gehäuse 1 angeordnet ist, daß er um einen definierten Betrag über die Reibflächen 1a und 1b übersteht.

Beim Einschalten der Polreibungsbremse durch Bestromung der Wicklung 4 wird der Anker 7 vom Gehäuse 1 angezogen. Er trifft jedoch zuerst auf den dritten Reibbelag 5, ehe er auf die Reibflächen 1a und 1b auftrifft. Durch den federnd gela­ gerten Reibbelag 5 wird der Aufschlag des Ankers 7 auf das Gehäuse 1 so stark gedämpft, daß das störende Aufschlagge­ räusch ebenfalls erheblich gedämpft wird. Die Feder 6, mittels der der Reibbelag 5 am Gehäuse 1 befestigt ist, ist als Tellerfeder ausgeführt.

Wie bereits erwähnt kompensiert die Tellerfeder 6 bzw. kompensieren die Tellerfedern 6 Längenausdehnungen des Reibbelages 5, wenn beim Bremsen hohe Temperaturen entstehen. Die erfindungsgemäße Bremse zeichnet sich daher in vorteilhafter Weise durch eine hohe Drehmomentskonstanz aus, einem wesentlichen Merkmal einer zuverlässigen und sicheren Bremse.

Dagegen dehnt sich bei Polreibungsbremsen gemäß dem Stand der Technik beim Bremsen infolge der Wärmeentwicklung der Reibbe­ lag aus und vergrößert dadurch den Abstand zwischen dem Anker und dem ihn anziehenden Magneten, was einen Abfall des Brems­ momentes zur Folge hat. Bei Polreibungsbremsen gemäß dem Stand der Technik nimmt daher die Bremswirkung mit zunehmen­ der Erwärmung ab.

Die Erfindung ist keineswegs auf das angegebene Ausführungs­ beispiel einer Polreibungsbremse beschränkt. Sie kann ebenso vorteilhaft bei einer Polreibungskupplung eingesetzt werden. Bei einer Polreibungskupplung ist das Gehäuse 1 nicht an ei­ ner Befestigungswand befestigt, sondern sitzt auf einer zwei­ ten Welle.

Anstatt den Anker drehfest aber in axialer Richtung bewegbar zu befestigen, kann auch das Gehäuse drehfest, jedoch in axialer Richtung bewegbar befestigt sein.

Die magnetische Anziehungskraft auf den Anker kann wahlweise mittels Permanentmagneten oder mittels Elektromagneten er­ zeugt werden.

Der Reibbelag 5 kann mittels einer oder mittels mehrerer Tellerfedern 6 am Gehäuse 1 befestigt sein.

Wie bereits erwähnt zeichnet sich eine erfindunsgemäße Pol­ reibungsbremse oder Polreibungskupplung im Vergleich zum Stand der Technik durch sehr stark gedämpfte Einschalt- und Ausschaltgeräusche sowie durch eine die Sicherheit und Zu­ verlägssigkeit der Bremse in bedeutendem Maß erhöhende Dreh­ momentkonstanz aus.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

1

a Reibfläche

1

b Reibfläche

2

Befestigungswand

3

Gießharz

4

Wicklung

5

Reibbelag

5

a Reibfläche

6

Tellerfeder

7

Anker

8

Welle

9

Membranfeder

10

Luftspalt

Claims (6)

1. Polreibungsbremse bzw. Polreibungskupplung mit einem auf einer ersten Welle (8) sitzenden Anker (7) mit einer ersten Reib­ fläche der zur Kraftübertragung mittels Elektro- oder Perma­ nentmagneten zur Kraftübertragung mit einem Gehäuse (1) mit einer zweiten Reibfläche (1a, 1b) in reibschlüssigen Kontakt bringbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß auf dem Gehäuse (1) ein dritter Reibbelag (5) mittels mindestens einer Tellerfeder (6) derart gefedert be­ festigt ist, daß er um einen definierten Betrag über die zwei­ te Reibefläche (1a, 1b) derart übersteht, daß der Anker (7) beim Einschalten zuerst auf den dritten Reibbelag (5) auf­ trifft.

2. Polreibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an einer Befesti­ gungswand (2) befestigt ist.

3. Polreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) auf einer zweiten Welle sitzt.

4. Polreibungsbremse nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mittels Federn drehfest aber in axialer Richtung bewegbar mit der Befesti­ gungswand (2) oder daß der Anker (7) mittels Federn (9) dreh­ fest aber in axialer Richtung bewegbar mit der ersten Welle (8) verbunden ist.

5. Polreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) bzw. der Anker (7) drehfest aber in axialer Richtung bewegbar mit der zweiten bzw. mit der ersten Welle (8) mittels Federn (9) verbunden ist.

6. Polreibungsbremse bzw. Polreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß im Gehäuse (1) ein Elektromagnet mit einer Wicklung (4) mittels eines Gießharzes (3) befestigt ist.