DE20009348U1

DE20009348U1 - Selbsthaltende Bremse

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Publication number: DE20009348U1
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Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2010-05-25

Description

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WESTPHAL- MUSSGNUG &. PARTNER

PATENTANWÄLTE- EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

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Karlheinz Baumeister Martinstraße 6

D - 72336 Balingen-Ostdorf

- Gebrauchsmuster -

Selbsthaltende Bremse

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D-78048 VS-Villingen^vJaTdstrasse^S*· Tsiefo*R.Ö7Vii 8&380 -^efgjc.07721 883850

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Beschreibung

Selbsthaltende Bremse

Die Erfindung betrifft eine selbsthaltende Bremse für eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei elektromotorisch angetriebenen Geräten und Maschinen ist es häufig aus Sicherheitsgründen notwendig, die angetriebene ■ Welle stillzusetzen, wenn der Antriebsmotor abgeschaltet wird.

Ein Nachlaufen des Gerätes oder der Maschine nach dem Abschalten des Antriebsmotor kann zu Schäden und Verletzungen führen. Es ist bekannt, hierzu die Welle mit einer Bremse zu versehen, die durch die Kraft einer Feder oder eines Permanentmagneten in Reibungseingriff gebracht wird, wenn der Antriebsmotor abgeschaltet wird. Wird beim Einschalten der Antriebsmotor bestromt, so wird die Bremse elektromagnetisch gegen die Kraft der Feder bzw. des Permanentmagneten gelüftet, so dass die Welle für den Antrieb freigegeben wird. Solche selbsthaltenden Bremsen mit elektromagnetischer Lüftung sind aufwendig.

Werden Stellglieder von einem Antriebsmotor z. B. über eine Spindel mit oder ohne Getriebe angetrieben, so ist ein guter Wirkungsgrad erwünscht, um die für den Stellvorgang erforderliche Antriebsenergie gering zu halten. Ein guter Wirkungsgrad hat jedoch den Nachteil, dass der Antrieb in der Regel keine Selbsthemmung aufweist, z. B. eine Spindel mit großer Steigung verwendet wird. Die fehlende Selbsthemmung durch eine elektromagnetisch gelüftete Bremse zu ersetzen ist zu aufwendig, insbesondere da bei solchen Stellantrieben nicht die hohen 0 Sicherheitsforderungen gestellt werden müssen wie bei elektrisch angetriebenen Geräten und Maschinen.

Der Erfindung liegt für die Aufgabe zugrunde, eine selbsthaltende Bremse für eine Welle zur Verfügung zu stellen, die ein-5 fach und preisgünstig aufgebaut ist und keine elektrische Steuerung und Energie benötigt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine selbsthaltende Bremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, eine selbsthaltende Bremse in der Weise auszubilden, dass diese ein relativ schwaches statisches Haltemoment aufweist, welches wirksam wird, wenn die Welle nicht angetrieben wird und insbesondere still steht. Wird dagegen die Welle angetrieben, so überwindet das Antriebsdrehmoment und die durch dieses erzeugte kinetische Rotationsenergie das Haltemoment, so dass die Bremse unwirksam wird. Insbesondere ist die Bremse während der Rotation der Welle berührungsfrei, so dass während des Rotierens der Welle keine Verluste und kein Verschleiß auftreten.

In einer Ausführung der Erfindung greift ein erstes mit der Welle drehverbundenes Bremselement unter Reibung an einem zweiten feststehenden Bremselement an, wenn die Welle still steht oder sich nur langsam dreht. Bei zunehmender Drehzahl der Welle wird das erste Bremselement durch die auf dieses einwirkende Fliehkraft von dem feststehenden zweiten Bremselemet abgehoben, so dass die Bremse unwirksam wird. Bei der Rotation der Welle ist die Bremse berührungsfrei und damit verschleißfrei und verursacht keine Reibungsverluste.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen das erste mit der Welle drehverbundene Bremselement und das fest-0 stehende zweite Bremselement einen oder mehrere in gleicher vorgegebener Winkelteilung angeordnete Pole auf, die sich permanentmagnetisch anziehen, um das Haltemoment zu erzeugen. Dieses permanentmagnet!sehe Haltemoment hält die Welle in der Winkelstellung fest, in welcher die Polpaare des ersten und des zweiten Bremselements in ihrer Winkelstellung zur Deckung kommen, wenn die Welle nicht angetrieben wird. Wirkt auf die

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Welle ein Antriebsmoment, welches größer ist als dieses Haltemoment, so wird die Welle angetrieben, und ihre Rotationsenergie überwindet das Haltemoment, so dass die Bremse unwirksam wird. Die Pole des ersten und des zweiten Bremselements wirken nur magnetisch, so dass sie mechanisch berührungsfrei sind und keinem Verschleiß unterworfen sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 eine erste Ausführung der Erfindung in axialer

Stirnansicht,

einen Axialschnitt der ersten Ausführung,

eine zweite Ausführung in axialer Stirnansicht,

einen Axialschnitt der zweiten Ausführung,

eine dritte Ausführung in axialer Stirnansicht und

Figur 6 einen Axialschnitt der dritten Ausführung.

In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel treibt ein Motor 10, vorzugsweise ein Elektromotor eine Welle 12 direkt oder über ein Getriebe an. Die Welle 12 ist beispielsweise eine Gewindespindel eines Stellantriebs oder treibt eine solche Gewindespindel über ein Getriebe an. 0 Damit der Stellantrieb einen guten Wirkungsgrad hat, ist der Stellantrieb vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgebildet. Die angetriebene Gewindespindel, die beispielsweise den Verstellhub für die Höhenverstellung eines Möbelstückes bewirkt, hat hierzu beispielsweise eine Steigung, die größer ist als die 5 für eine Selbsthemmung notwendige Steigung. Um in einem solchen Falle ein unerwünschtes Verstellen des Stellantriebs,

	Figur	2
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	Figur	3
	Figur	4
20	Figur	5

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d. h. ein unerwünschtes Verdrehen der Welle 12 durch ein an dem Stellantrieb angreifendes äußeres Drehmoment zu verhindern, ist die nachfolgend beschriebene Bremse vorgesehen.

Auf der Welle 12 ist drehfest eine Nabe 14 befestigt, die einstückig mit einem radialen Träger 16 ausgebildet ist. An dem Träger 16 sind wenigstens zwei, im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Bremselemente angeformt, die als hohle kreiszylindrische Zapfen 18 ausgebildet sind, die achsparallel zu der Welle 12 von dem Träger 16 gegen den Motor 10 gerichtet sind. Die Zapfen 18 sind im gegenseitigen gleichen Winkelabstand angeordnet, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkelabstand von 120°. An ihrem dem Motor 10 zugewandten freien Ende weisen die Zapfen 18 an ihrem Außenumfang einen Reibbelag 20 auf, der z. B. ein Filzring ist. Mit diesem Reibbelag 20 liegen die Zapfen 18 an einer zu der Achse der Welle 12 koaxialen Mantelfläche 22 des Gehäuses des Motors an. Um den Anpressdruck der Zapfen 18 an der Mantelfläche 22 zu beeinflussen und ggf. zu verstärken, kann ein elastischer Ring 24, z. B. ein Gummiring, um die Zapfen 18 gespannt werden. An den Träger 16 kann weiter eine Stützhülse 26 angeformt sein, die als umhüllender Kreis die Zapfen 18 umschließt, wobei ein kleiner radialer Abstand zwischen den Zapfen 18 und der Innenfläche der Stützhülse 26 frei bleibt.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte erste Ausführung der Bremse arbeitet in folgender Weise:

Wenn der Stellantrieb nicht betätigt wird und somit der Motor 10 stromlos ist, wird die Welle 12 nicht angetrieben. Die drehfest auf der Welle 12 sitzenden Zapfen 18 bilden mit ihrem Reibbelag 20 ein erstes Bremselement, welches unter Reibung an der Mantelfläche 22 des Motorgehäuses anliegt, die als feststehendes zweites Bremselement dient. Die Reibkraft wird ggf. noch durch den die Zapfen 18 umschlingenden elastischen Ring 24 verstärkt, der die Zapfen 18 gegen die Mantelfläche 22 presst. Die Bremswirkung erzeugt ein Haltemoment, welches die

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Welle 12 in der eingestellten Winkelstellung hält, auch wenn ein von außen wirkendes Drehmoment an dem Stellantrieb und somit an der Welle 12 angreift.

Um den Stellantrieb zu verstellen, wird der Motor 10 bestromt und das auf die Welle 12 wirkende Antriebsdrehmoment überwindet das Haltemoment, welches durch die Reibung zwischen dem Reibbelag 20 der Zapfen 18 und der Mantelfläche 22 verursacht ist. Die Welle 12 wird in Drehung versetzt, wobei bei zunehmender Drehzahl eine zunehmende Fliehkraft auf die Zapfen 18 einwirkt. Durch diese Fliehkraft werden die mit dem Reibbelag 2 0 versehenen freien Enden der Zapfen 18 radial von der Mantelfläche 22 abgehoben, so dass keine Reibung zwischen den Bremselementen wirksam ist und der Stellvorgang ohne Reibungsverluste erfolgen kann. Auch ein Verschleiß der Reibflächen des Reibbelags 20 und der Mantelfläche 22 tritt nicht auf.

Wird der Antrieb durch den Motor 10 abgeschaltet, so verringert sich die Drehzahl des Motors und der Welle 12, was ggf. durch eine generatorische Umschaltung des Motors unterstützt wird. Die auf die Zapfen 18 wirkenden Fliehkräfte verringern sich, so dass diese wieder mit ihrem Reibbelag 20 mit der Mantelfläche 22 in Berührung kommen und die Welle 12 zum Stillstand bringen.

Die Nabe 14, der Träger 16, die Zapfen 18 und die Stützhülse 26 sind vorzugsweise als einstückiges Kunststoffspritzteil hergestellt. Dadurch ist eine kostengünstige Fertigung möglich. Außerdem kann dadurch der die Zapfen 18 tragende Träger 16 elastisch weich ausgebildet werden, so dass bereits bei einer geringen Drehzahl die Zapfen 18 durch die Fliehkraft nach außen bewegt und abgehoben werden können. Um die Fliehkraft zu verstärken, sind die Zapfen 18 vorzugsweise hohl ausgebildet, so dass in die Zapfen 18 und insbesondere in deren freies Ende eine schwererer Werkstoff, z. B. ein Metallstopfen, eingesetzt werden kann. Eine zu starke Verformung der Zapfen 18 nach außen wird durch den elastischen Ring 24 und

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die Stützhülse 26 verhindert.

In den Figuren 3 und 4 ist eine zweite Ausführung der Bremse dargestellt. Soweit die zweite Ausführung mit der vorstehend beschriebenen ersten Ausführung in Aufbau und Funktion übereinstimmt, wird auf die vorangehende Beschreibung verwiesen.

Auf der Welle 12 ist drehfest ein erstes Bremselement befestigt, welches aus einem Bügel 28 aus einem ferromagnetischen Material, z. B. aus Eisen, besteht. Der Bügel 28 weist zwei Pole auf, die diametral zueinander radial von der Welle 12 abstehen.

An dem Gehäuse des Motors 10 sind als zweites Bremselement zwei Permanentmagnete 3 0 angebracht. Die Permanentmagnete 3 0 haben die Form von zylindrischen Pfosten, die achsparallel zu der Welle 12 und diametral zueinander angeordnet sind. Die Permanentmagnete 3 0 ragen so weit von dem Gehäuse des Motors 10 ab, dass ihre freien Enden mit einem geringen Luftspalt axial von den freien Enden des Bügels 2 8 beabstandet sind.

Ist der Stellantrieb abgeschaltet und somit der Motor 10 nicht bestromt, so ziehen die Permanentmagnete 3 0 den Bügel 2 8 an, bis sich dessen freie Enden unmittelbar den freien Enden der Permanentmagnete 3 0 gegenüber befinden, wie dies in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist. Die Magnetkraft zwischen den Permanentmagneten 3 0 und dem Bügel 28 bewirkt in dieser Stellung das Haltemoment der Bremse, welches die Welle 12 des nicht selbsthemmenden Stellantriebs in ihrer Winkelposition festhält.

Wird der Motor 10 bestromt, um den Stellantrieb zu betätigen, so überwindet das auf die Welle 12 wirkende Anlaufdrehmoment das magnetische Haltemoment, und die Welle 12 wird in Drehung versetzt. Ist die Drehzahl der Welle 12 hochgefahren, so über-5 wiegt die kinetische Rotationsenergie der Welle 12 und des Bügels 2 8 die Magnetkraft, so dass die Bremse keine Verlust-

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leistung des Stellantriebs verursacht. Die aus dem Bügel 28 und den Permanentmagneten 3 0 bestehende Bremse ist berührungsfrei, so dass keine Verlustwärme und kein Verschleiß besteht.

Wird die Bestromung des Motors 10 abgeschaltet und der Motor beispielsweise durch eine generatorische Beschaltung abgebremst, so wird die Magnetwirkung zwischen den Permanentmagneten 30 und dem Bügel 28 wirksam, um die Welle 12 vollständig abzubremsen und in der ausgerichteten Stellung der Pole der Permanentmagnete 30 und des Bügels 28 festzuhalten.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass anstelle von zwei Permanentmagneten 3 0 und einem Bügel 2 8 mit zwei Polen auch drei und mehr Permanentmagnete und ein Bügel mit einer entsprechenden Anzahl von Polen verwendet werden können. Die Permanentmagnete 30 und die Pole des Bügels 28 sind dabei mit übereinstimmender und konstanter Winkelteilung angeordnet, so dass die Welle 12 in der Teilung der Pole gehalten werden kann.

0 Auch eine Bremse mit nur einem Permanentmagneten 3 0 und nur einem radial abstehenden Bügel ist möglich. Hierbei kann jedoch eine nachteilige Unwucht auftreten.

Es ist auch ohne weiteres einsehbar, dass der ferromagnetische 5 Bügel 2 8 und die Permanentmagnete 3 0 vertauscht werden können.

In diesem Falle sind die Permanentmagnete an der Welle 12 befestigt, und ferromagnetische Pfosten sind an dem Gehäuse des Motors 10 angebracht. Die Funktionsweise bleibt dabei unverändet.
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In den Figuren 5 und 6 ist eine dritte Ausführung dargestellt, die im Wesentlichen mit der Ausführung der Figuren 3 und 4 übereinstimmt.

5 Der einzige Unterschied gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 besteht darin, dass die Permanent-

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magnete 3 0 radial außerhalb des Bügels 2 8 angeordnet sind. Der Luftspalt zwischen den Magnetpolen der Permanentmagnete 30 und des Bügels 28 befindet sich somit radial zwischen den freien Enden des Bügels 28 und den Permanentmagneten 30. Die Funktionsweise ist dabei die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4.

Claims

1. Selbsthaltende Bremse für eine Welle, mit einem mit der Welle in Drehverbindung stehenden ersten Bremselement und mit einem feststehenden zweiten Bremselement, wobei das erste und das zweite Bremselement bei nicht angetriebener Welle ein Haltemoment erzeugen und wobei bei angetriebener Welle das Haltemoment aufgehoben wird und das erste Bremselement gegenüber dem zweiten Bremselement berührungsfrei rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsenergie des ersten Bremselements (18; 28) bei angetriebener Welle (12) das zwischen dem ersten Bremselement (18; 28) und dem zweiten Bremselement (22; 30) wirkende Haltemoment überwindet.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (18, 20) unter Reibung mit dem zweiten Bremselement (22) in Berührung steht und bei rotierender Welle (12) durch die Fliehkraft von dem zweiten Bremselement (22) abgehoben wird.

3. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement wenigstens einen Bremskörper (18) aufweist, der mit der Welle (12) drehfest verbunden ist, von der Welle (12) radial beabstandet ist und gegen die Welle (12) radial bewegbar ist, und dass das zweite Bremselement eine Mantelfläche des Gehäuses eines die Welle (12) antreibenden Motors (10) ist, an welcher der wenigstens eine Bremskörper (18) bei stillstehender Welle (12) anliegt.

4. Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bremskörper des ersten Bremselementes ein zu der Welle (12) achsparalleler Zapfen (18) ist, der an einem an der Welle (12) befestigten Träger (16) angebracht ist.

5. Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zapfen (18) mit dem Träger (16) als einstückiges Kunststoffteil ausgebildet ist und dass der wenigstens eine Zapfen (18) als Hohlzapfen ausgebildet ist, in welchem ein schwererer Werkstoff eingesetzt ist.

6. Bremse nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Zapfen (18) vorgesehen sind, die von einem elastischen Ring (24) umschlossen und an der Mantelfläche (22) anliegend gehalten sind.

7. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (28) und/oder das zweite Bremselement (30) einen oder mehrere in gleicher fester Winkelteilung angeordnete sich magnetisch anziehende Pole aufweisen.

8. Bremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement als an der Welle (12) drehfest angebrachter mit einem oder mehreren Polen von der Welle (12) radial abstehender Bügel (28) ausgebildet ist, dass das zweite Bremselement aus zu der Welle (12) achsparallelen Pfosten (30) besteht, die an einem Gehäuse des die Welle (12) antreibenden Motors (10) angebracht sind, und dass die freien Enden des Bügels (28) und der Pfosten (30) mit einem geringen Luftspalt voneinander beabstandet sind.

9. Bremse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bremselement (28) aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht und dass das andere Bremselement (30) permanentmagnetisch ist.