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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Staubabdeckung in mehrkreisigen elektromagnetisch lüftenden Federdruckbremsen in Ruhestrombauweise, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Unter elektromagnetischen Federdruckbremsen versteht man im Allgemeinen Bremssysteme, welche ohne äußere Energiezufuhr, also beispielsweise im stromlosen Zustand oder in einem Zustand ohne Zufuhr externer Druckmittel, ihre Bremswirkung entfalten. Durch Zufuhr von Strom werden ein oder mehrere elektromagnetische Felder aufgebaut, welche der Normalkraft, die durch die Federelemente in der Bremse erzeugt wird, entgegenwirken und so die Bremswirkung aufheben. Die Mehrkreisigkeit ergibt sich durch einen ein- oder mehrfach redundanten Aufbau der Normalkraft erzeugenden Module innerhalb eines Bremssystems.
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Oben beschriebene elektromagnetisch lüftende Federdruckbremsen erzeugen ihr Bremsmoment in der Regel durch das Klemmen eines Rotors zwischen metallischen Gegenreibflächen. Dabei handelt es sich meist um eine Flanschplatte bzw. ein Motorlagerschild und eine bzw. mehrere Ankerscheiben. Der Rotor, welcher drehfest mit einer Welle verbunden ist, ist auf dessen Vorder- und Rückseite meist mit Reibbelägen ausgestattet. Das Bremsmoment wird also durch die Reibung zwischen den Reibbelägen und den Gegenreibflächen erzeugt.
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Bei jedem dynamischen Bremsvorgang, also jedes Mal, wenn zwischen den sich berührenden Reibbelägen und Gegenreibflächen eine Relativgeschwindigkeit unter der Einwirkung von Axialkräften auftritt, werden Verschleißpartikel erzeugt. Diese bestehen aus dem Abrieb des Bremsbelags und aus dem Abrieb der Gegenreibflächen. Wie groß das Verhältnis zwischen dem verschlissenen Volumen des Reibbelags und dem der Gegenreibflächen ist, wird von der Materialkombination (Reibbelag/Gegenreibmaterial) bestimmt. So kann bei manchen Materialkombinationen ein verhältnismäßig großvolumiger Abrieb von weichmagnetischem Material aus den Gegenreibflächen erfolgen. Ebenfalls ist es möglich, dass der Reibbelag selbst weichmagnetisches Material enthält, welches verschlissen wird.
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Wird nach einem Bremsvorgang die mehrkreisige Bremse elektromagnetisch gelüftet, werden die weichmagnetischen Bestandteile innerhalb des Abriebs polarisiert und vom Magnetfeld angezogen. Diese wandern zu der Stelle des elektromagnetischen Felds, an der die höchste magnetische Flussdichte vorherrscht. Bei elektromagnetisch lüftenden Federdruckbremsen liegt diese Stelle in der Regel im Bereich des Luftspalts zwischen einem Spulenträger und der zugehörigen Ankerscheibe. Da den weichmagnetischen Bestandteilen innerhalb des Abriebs oft auch andere Bestandteile anhaften, werden diese ebenfalls mit in den Luftspalt der Ankerscheibe transportiert.
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Der Abrieb, welcher auf oben genannte Weise in den Luftspalt gelangt, bleibt dort zunächst haften, da die weichmagnetischen Bestandteile magnetisiert bleiben und somit durch eine Magnetkraft an der Polfläche gehalten werden. Zusätzlich wird der Abrieb beim wiederkehrenden Lüften und Schließen der Bremse durch den Hub der Ankerscheibe verdichtet und an die Polflächen gedrückt, so dass dieser fest an den Polflächen haften bleibt.
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Mit jedem weiteren dynamischen Bremsvorgang entsteht neuer Abrieb, welcher auf die gleiche Weise in den Luftspalt gelangt und sich dort auf dem bereits vorhandenen Abrieb absetzt, so dass die aus Abrieb bestehende Schicht im Luftspalt nach und nach immer dicker wird.
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Dies bewirkt, dass der Abstand zwischen einer Ankerscheibe und dem Spulenträger zunimmt. Je größer dieser Abstand ist, desto höher wird die Abfallspannung, also jene Spannung, bei der der Anker sich von dem Spulenträger zu entfernen beginnt. Erreicht die Schicht aus Abrieb eine zu große Dicke, kann es ebenfalls dazu kommen, dass die Kraft des magnetischen Felds nicht mehr ausreicht um eine Ankerscheibe entgegen der Normalkraft der Bremse zu bewegen. In diesem Fall bliebe die Bremse geschlossen. Das heißt, sie wäre nicht mehr funktionsfähig.
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Aus dem Stand der Technik sind mehrere Methoden bekannt, wie Stäube von der Bremse abgehalten werden können. So wird in der
CN 2035 16554 U eine kreisrunde Abdeckung beschrieben (siehe
1/Beschriftung Nr. 1999), welche formschlüssig am Außendurchmesser der Bremse befestigt ist und den Bereich des Luftspalts, der Ankerscheibe und des Rotors überdeckt. Diese Abdeckung schützt zwar vor dem Eindringen von Stäuben und anderen Verschmutzungen von außen, der Abrieb, welcher innerhalb der Bremse entsteht wird jedoch nicht daran gehindert in den Luftspalt zwischen der Ankerscheibe und dem Spulenträger zu wandern. Weiter wird in der
CN 2018 96895 U eine ringförmige Dichtung beschrieben (siehe
2/Beschriftung Nr. 11 und Nr. 22), welche sich zwischen dem Spulenträger und der Flanschplatte sowie zwischen der Flanschplatte und der Anbaufläche befindet. Diese Dichtung schützt ebenfalls nur vor dem Eindringen von Fremdmaterial von außen in die Bremse hinein. Auch hier wird der in der Bremse entstehende Abrieb nicht am Eindringen in den Luftspalt gehindert. In der
JP 4220 275 B wird eine Labyrinthdichtung zwischen der Ankerscheibe und dem Spulenträger beschrieben. Hierfür wird die Ankerscheibe im Bereich der Polfläche in zwei Stufen abgesetzt. Der Spulenträger hingegen verfügt in diesem Bereich über eine Ausbuchtung. Diese Labyrinthdichtung soll Stäube und andere Verschmutzungen davon abhalten in den Luftspalt einzudringen. Diese Abdichtung birgt zum einen den Nachteil, dass die Ankerscheibe und der Spulenträger im Bereich der Labyrinthdichtung mit hoher Genauigkeit gefertigt werden müssen. Wird der Spalt zu groß, kann Staub eindringen. Wird der Spalt zu klein, kann es zum Kontakt zwischen den Bauteilen kommen, was wiederum zu Tribokorrosion und folglich zum Funktionsausfall der Bremsen führen kann. Ebenfalls kann sich der dünne Spalt bei vorliegendem Abrieb mit weichmagnetischen Anteilen negativ auswirken, da der Abrieb vom Magnetfeld angezogen wird. Das bedeutet, dass der Abrieb in den Spalt gezogen und dort durch die Hubbewegung des Ankers verdichtet wird. Dies kann zum Klemmen der Ankerscheibe führen. Auch kann sich der Abrieb innerhalb der Labyrinthdichtung festsetzen und aufbauen, so dass der Ankerhub gestört und der Luftspalt vergrößert wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine technische Verbesserung zum Stand der Technik vorzuschlagen, welche eine Staubabdeckung beschreibt, die das Eindringen von Abrieb, insbesondere von Abrieb mit weichmagnetischen Bestandteilen, in den Luftspalt der Bremse verhindert und gleichzeitig kostengünstig hergestellt werden kann.
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Dazu ist vorgesehen in den Zwischenräumen zwischen den Ankerscheiben der einzelnen Bremskreise eine Staubabdeckung einzubringen. Diese verhindert, dass Abrieb, mit und ohne weichmagnetischen Bestandteilen, in den Luftspalt der Bremse eindringen kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Staubabdeckung aus einem Elastomer besteht, da diese zwischen mindestens zwei Ankerscheiben angeordnet ist, welche nicht zwangsläufig gleichzeitig abfallen oder angezogen werden. Ein Elastomer lässt sich leicht verformen, so dass dieser einen eventuell vorliegenden Höhenversatz zwischen mindestens zwei Ankerscheiben ausgleichen kann, ohne die Bewegung der Ankerscheiben zu behindern.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Staubabdeckung formschlüssig mit mindestens zwei Ankerscheiben verbunden ist. So kann die Staubabdeckung beispielsweise in dafür vorgesehene Nuten in den Ankerscheiben eingesteckt werden. So bleibt der Montageaufwand gering und Kosten können eingespart werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Staubabdeckung an mindestens zwei Seiten über die Außenkontur der Ankerscheiben hinaus ragt und diese mit Ausbuchtungen umgreift. So kann vermieden werden, dass die eingesteckte Staubabdeckung auch bei horizontal angeordneter Welle, also bei vertikal angeordneter Staubabdeckung, zwischen den Ankerscheiben herausrutscht.
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Ebenfalls kann die Staubabdeckung durch ein Klemmelement oder eine formschlüssige Verbindung mit mindestens einer Ankerscheibe, über Bolzen, Laschen oder Verschraubungen, fest verbunden werden.
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Eine Staubabdeckung an der Außenkontur der Bremse ist nicht notwendig, da hier die magnetischen Kräfte elektromagnetischer Felder so gering sind, dass diese den Abrieb mit weichmagnetischen Bestandteilen nicht in den Luftspalt ziehen, und der Abrieb einfach aus der Bremse herausfallen kann.
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Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass der Abrieb den Luftspalt der Bremse nicht erreichen kann, und somit der Luftspalt durch Ablagerungen des Abriebs nicht vergrößert wird und die Bewegungsfreiheit der Ankerscheibe nicht eingeschränkt wird. Zudem kann die Staubabdeckung kostengünstig hergestellt und ohne großen Aufwand montiert werden.
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Weiterhin wird die Aufgabenstellung der Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung der nachstehend genannten Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer elektromagnetisch lüftenden Federdruckbremse in Ruhestrombauweise
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2 eine Schnittdarstellung einer elektromagnetisch lüftende Federdruckbremse in eckiger Bauform mit formschlüssig angeordneter Staubabdeckung
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3 eine Explosionsdarstellung der elektromagnetisch lüftende Federdruckbremse aus 2, in eckiger Bauform mit formschlüssig angeordneter Staubabdeckung
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4 eine Schnittdarstellung einer elektromagnetisch lüftende Federdruckbremse in runder Bauform mit formschlüssig angeordneter Staubabdeckung
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5 eine Explosionsdarstellung der elektromagnetisch lüftende Federdruckbremse aus 4, in runder Bauform mit formschlüssig angeordneter Staubabdeckung
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6 eine Staubabdeckung zur Anordnung zwischen zwei Ankerscheiben
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7 eine weitere Staubabdeckung zur Anordnung zwischen zwei Ankerscheiben
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1 zeigt einen Vollschnitt einer elektromagnetisch lüftenden einkreisigen Federdruckbremse (FDB) in Ruhestrombauweise. Der Spulenträger (3), welcher die Druckfedern (4), sowie die Magnetspule (5) beinhaltet, ist ortsfest am Motorlagerschild (M) angebaut. Die Ankerscheibe (1) ist drehfest über Buchsen (6) geführt und kann sich axial entlang der Drehachse (A) bewegen. Der Rotor (7), welcher aus einem beidseitig mit Reibbelägen (8) verbundenen Reibbelagträger (9) besteht, ist über eine Nabe (10) drehfest mit der Welle (11) verbunden und kann um die Drehachse (A) rotieren und sich axial parallel zur Drehachse bewegen. Die Flanschplatte (2) ist zwischen dem Motorlagerschild (M) und dem Spulenträger (3) fest eingeklemmt. Die Bremswirkung der Federdruckbremse (FDB) wird durch das Einklemmen des Rotors (7) zwischen der Ankerscheibe (1) und der Flanschplatte (2) erzeugt. Die hierfür benötigte Axialkraft wird durch die Druckfedern (4) aufgebracht. Der Abstand zwischen dem Spulenträger (3) und der Ankerscheibe (1) im geschlossenen Zustand der Bremse wird als Luftspalt (LS) bezeichnet (siehe Detailansicht (D)). Somit wird über den Rotor (7), welcher über die Nabe (10) drehfest mit der Welle (11) verbunden ist, die Welle (11) festgehalten und an der Rotation um die Drehachse (A) gehindert. Zum Öffnen der Federdruckbremse (FDB) wird die Magnetspule (5) mit einer elektrischen Stromquelle verbunden. Das dadurch entstehende Magnetfeld zieht die Ankerscheibe (1) entgegen der Kraft der Druckfedern (4) in Richtung zum Spulenträger (3). Der Weg, den die Ankerscheibe hierbei zurücklegt ist der Luftspalt (LS). Der Rotor (7) wird freigegeben und die Bremswirkung aufgehoben. Die Welle (11) ist somit wieder frei drehbar.
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2 zeigt einen Vollschnitt einer elektromagnetisch lüftenden, zweikreisigen Federdruckbremse in Ruhestrombauweise mit einer viereckigen Außenkontur. Die Funktionsweise entspricht der in 1 dargestellten Bremse, jedoch mit dem Unterschied, dass diese zwei Bremskreise beinhaltet. Symmetrisch zur Drehachse (A) sind links und rechts zur Drehachse (A) zwei Ankerscheiben (1) angeordnet, welche unabhängig voneinander durch die Druckfedern (4) mit einer Axialkraft beaufschlagt werden. Die Ankerscheiben (1) stützen sich wiederum auf einem Rotor (7) ab. Im Spulenträger (3) sind zwei Spulen (5), ebenfalls links und rechts der Drehachse (A) positioniert, angeordnet. Mit Hilfe dieser können die Ankerscheiben (1) unabhängig voneinander entgegen der Axialkraft an den Spulenträger (3) mittels Magnetfeldern herangezogen werden. Zwischen den Ankerscheiben (1) ist eine Staubabdeckung (12) in zwei Nuten eingelegt. Die Staubabdeckung (12) verhindert, dass Abrieb, welcher zwischen den Ankerscheiben (1) und den Reibbelägen (8) entsteht, zwischen den Ankerscheiben (1) hindurch in den Luftspalt (LS) gelangen kann.
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3 zeigt die in 2 beschriebene Bremse in einer Explosionsdarstellung.
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4 zeigt einen Vollschnitt einer elektromagnetisch lüftenden, zweikreisigen Federdruckbremse in Ruhestrombauweise mit einer runden Außenkontur. Die Funktionsweise entspricht der in 1 dargestellten Bremse. Allerdings verfügt diese Bremse über zwei Bremskreise. Auch hier sind symmetrisch zur Drehachse (A) zwei Ankerscheiben (1) links und rechts der Drehachse (A) angeordnet. Der Spulenträger (4) beinhaltet in der dargestellten Variante der Bremse nur eine Magnetspule (5). Die Bremskreise werden also gleichzeitig gelüftet oder geschlossen. Zwischen den Ankerscheiben (1) ist eine Staubabdeckung (12) angeordnet, welche verhindert, dass Abrieb in den Luftspalt (LS) eindringen kann.
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5 zeigt die in 4 beschriebene Bremse in einer Explosionsdarstellung.
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6 zeigt eine Ausführungsform einer Staubabdeckung (12), welche zwischen zwei Ankerscheiben (1) angeordnet werden kann und hierbei jeweils in eine Nut über die Länge (L) eingesteckt wird. Die Ausbuchtungen (13) an den Enden der Staubabdeckung (12) umgreifen hierbei die Ankerscheiben (1), so dass die Stauabdeckung (12) nicht zwischen den Ankerscheiben (1) herausfallen kann.
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7 zeigt eine Ausführungsform einer Staubabdeckung (12), welche zwischen zwei Ankerscheiben (1) angeordnet werden kann und über mehrere Ösen (14) zur formschlüssigen Verbindung mit den Ankerscheiben (1) ausgeführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- FDB
- Federdruckbremse
- LS
- Luftspalt
- A
- Drehachse
- M
- Motorlagerschild
- D
- Detailansicht
- 1
- Ankerscheibe
- 2
- Flanschplatte
- 3
- Spulenträger
- 4
- Druckfeder
- 5
- Magnetspule
- 6
- Buchse
- 7
- Rotor
- 8
- Reibbelag
- 9
- Reibbelagträger
- 10
- Nabe
- 11
- Welle
- 12
- Staubabdeckung
- 13
- Ausbuchtung
- 14
- Öse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 203516554 U [0008]
- CN 201896895 U [0008]
- JP 4220275 B [0008]
