DE2832723A1

DE2832723A1 - Elektromagnetische bremse und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2832723A1
Application number: DE19782832723
Authority: DE
Inventors: Edward R Kroeger
Original assignee: Warner Electric Brake and Clutch Co
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1979-03-08
Also published as: JPS6140848B2; DE2832723C2; US4156478A; FR2401810B1; IT1098138B; GB1587700A; FR2401810A1; DE7822318U1; IT7826980A0; JPS5436448A; CH624455A5

Description

DR.-ING. DlPL.-iNG. M. SC. QIPI .-PH/S. DR. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLREChIT - 3RIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 42 87 5 b Anmelder: Warner Electric

k - 163 Brake & Clutch Company

17.JuIi 1978 Beloit, Wisconsin, 53511

USA

Beschreibung

Elektromagnetische Bremse und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Bremse mit einem eine Erregerwicklung aufweisenden Topfkern, mit Federelementen, die sich an dem Topfkern einerseits und einem Anker andererseits abstützen, mit einer drehfest montierbaren Bremsplatte, mit Verbindungselementen, welche den Topfkern und die Bremsplatte in einem vorgegebenen Abstand voneinander halten und den Anker relativ zum Topfkern und zu der Bremsplatte drehfest, aber in axialer Richtung beweglich haltern, und mit einer zwischen dem Anker und der Bremsplatte drehbar angeordneten Ringanordnung mit mindestens zwei Reibflächen, von denen bei Unterbrechung eines Erregerstroms durch die Erregerwicklung unter der Wirkung der Federelemente die eine an die Bremsplatte und die andere an den Anker anpressbar ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Bremse.

Bei einer Bremse der vorstehend beschriebenen Art ist die Ringanordnung mit dem Reibmaterial - normalerweise ein einfacher Ring aus Reibmaterial - bei einem Stromfluss durch die Erregerwicklung gegenüber den anderen Elementen der Bremse frei drehbar und kann beispielsweise mit einem angetriebenen Element wie z.B. einer drehbaren Welle verbunden werden, die abgebremst

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werden soll. Wenn der Elektromagnet bei einer Bremse der betrachteten Art entregt wird, dann drücken die Federelemente den Anker gegen eine Reibfläche der Ringanordnung, während eine zweite Reibfläche derselben gegen die Bremsplatte gedrückt wird, so dass bei dem angenommenen Beispiel die Drehung der Welle durch Reibungsbremsung gebremst wird.

Zur Optimierung der Bremskraft und der Lebensdauer einer Bremse der betrachteten Art ist es erforderlich, zwischen dem Elektromagneten bzw. dem Topfkern mit der darin enthaltenen Erregerwicklung und dem Anker einen Luftspalt mit vorgegebener Breite in axialer Richtung vorzusehen. Bei bekannten elektromagnetischen Bremsen der betrachteten Art wird die Breite dieses Luftspalts von Hand durch Stellschrauben oder dergleichen eingestellt, die den Topfkern, den Anker und die Bremsplatte im zusammengebauten Zustand halten. Die genannten Einstellarbeiten sind dabei schrittweise durchzuführen, um den Optimalwert anzunähern, was zeitraubend und damit teuer ist, wobei zusätzlich die Gefahr besteht, dass am Ende trotzdem nicht die optimale Spaltbreite eingestellt ist.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Bremse der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, dass die richtige Spaltbreite beim Zusammenbau der Bremse automatisch sehr genau, schnell und einfach eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer elektromagnetischen Bremse der eingangs beschriebenen Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass in dem Topfkern, dem Anker und der Bremsplatte in Umfangs-

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richtung gegeneinander versetzt Sätze von miteinander fluchtenden Öffnungen vorgesehen sind, dass als Verbindungselemente Zapfen vorgesehen sind, von denen jeweils einer je einem Satz von Öffnungen zugeordnet ist, und dass jeder Zapfen im Preßsitz in seiner zugeordneten Öffnung in der Bremsplatte bzw. in dem Topfkern sitzt und die zugeordnete öffnung in dem Anker mit Spiel durchgreift.

Zur Herstellung einer erfindungsgemässen elektromagnetischen Bremse hat sich ferner ein Verfahren besonders bewährt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man beim Einpressen der Zapfen in ihre zugeordneten Öffnungen zwischen dem Anker und der Bremsplatte mindestens ein Distanzelement anordnet, dessen Dicke in axialer Richtung um die Breite eines gewünschten Luftspalts grosser ist als die Dicke der Ringanordnung, dass man den Pressvorgang beendet, wenn die Bremsplatte, das Distanzelement, der Anker und der Topfkern dicht aneinander anliegen, und dass man dann das Distanzelement zwischen der Bremsplatte und dem Anker nach Beendigung des Pressvorganges herauszieht.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemässen Bremse besteht darin, dass durch die im Preßsitz mit dem Topfkern und der Bremsplatte verbundenen Zapfen eine genau vorgegebene Spaltbreite zwischen der Ankerplatte bzw. dem Anker und dem Topfkern eingestellt und aufrechterhalten werden kann, wobei sich das Arbeiten mit einer zweigeteilten Lehre als Distanzelement beim Einpressen der Zapfen als besonders vorteilhaft erwiesen hat.

In Ausgestaltung der Erfindung hat es sich ferner als günstig erwiesen, wenn anstelle eines einfachen Ringes aus Reibmaterial

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eine Ringanordnung verwendet wird, bei der zwei Ringe aus Reibmaterial vorgesehen sind, zwischen denen eine Metallscheibe vorgesehen ist, so dass sich insgesamt vier Reibflächen ergeben, die zur Erzeugung einer stärkeren Bremskraft und zur Erhöhung der Lebensdauer der Bremse führen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer elektromagnetischen, an einem Motor montierten Bremse gemäss der Erfindung, wobei der Schnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 2 gelegt ist;

Fig. 2

und 3 Querschnitte längs der Linien 2-2 bzw. 3-3 in Fig. 1 ;

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch die Bremse gemäss Fig. 1 während einer ersten Phase des Zusammenbaus desselben;

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch die Bremse gemäss Fig. 1 während einer zweiten Phase des Zusammenbaus derselben;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 4 und

Fig. 7 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung für eine abgewandelte Ausführungsform einer elektromagnetischen Bremse gemäss der Erfindung.

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Im einzelnen zeigt die Zeichnung eine elektromagnetische Reibungsbremse 10, wie sie beispielsweise an einem Ende eines Elektromotors 11 angebracht werden kann, um die Welle 13 desselben stillzusetzen. Die Bremse 10 besitzt eine Bremsplatte 14, welche mit Schrauben 15 an dem Motor 11 befestigt werden kann, und besitzt ferner eine Nabe 16, welche mit Hilfe einer Madenschraube 17 an der Weü.e 13 befestigt werden kann. Wie üblich, ist die Nabe 16 an ihrem äusseren Umfang sechseckig oder mit einem anderen nicht-kreisförmigen Querschnitt (vgl. Fig. 2) versehen.

Die Bremse 10 enthält ferner einen Ring 19 aus einem Reibmaterial, welcher sich gemeinsam mit der Welle 13 und der Nabe 16 drehen kann und sich dabei relativ zu der Bremsplatte 14 dreht. Der Ring 19 besitzt dabei innen eine Aussparung, die auf die Abmessungen der Nabe 16 abgestimmt ist, so dass er von der Nabe mitgenommen wird.

Das Abbremsen der Welle 13 wird durch Abschalten des Erregerstroms für einen Elektromagneten 20 (Fig. 1) bewirkt. Im einzelnen besitzt der Elektromagnet 20 einen Topfkern 21 ays Gußeisen oder dergleichen, in welchen eine ringförmige Wicklung 23 eingelegt ist, welche über Zuleitungen (nicht dargestellt) mit einer geeigneten Spannungsquelle verbindbar ist. Wenn die Wicklung 23 erregt ist, wird ein ringförmiger Anker 24 im Abstand von dem Ring 19 gehalten und liegt an den Polflächen 25 des Topfkerns 21 an, so dass sich der Ring 19 frei mit der Welle 13 drehen kann. Beim Entregen der Wicklung 23 drücken Federn 26 den Anker 24 gegen eine Stirnfläche des Ringes 19,

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so dass die andere Stirnfläche des Ringes 19 gegen die Bremsplatt 14 gedrückt wird, um die Welle 13 abzubremsen. Beim Ausführungsbeispiel sind die Federn 26 Schraubenfedern, und zwar vier Stück, welche in Umfangsrichtung im Abstand voneinander in Öffnungen 27 des Topfkerns 21 angeordnet sind.

Wenn die Bremse 10 hergestellt wird, ist es wichtig, ihre Bestandteile so zusammenzubaueλ, dass sich zwischen dem Anker 24 und den Polflächen 25 des Topfkerns 21 bei entregter Wicklung 23 ein Luftspalt 30 (Fig. 1) von in axialer Richtung genau vorgegebener Breite ergibt. Die erfindungsgemässe Bremse ist nun so aufgebaut, dass ein Luftspalt 30 mit genau vorgegebener Breite zwischen dem Anker 24 und den Polflächen 25 des Topfkerns 21 beim Zusammenbau automatisch erhalten wird.

Hierfür ist es wesentlich, dass bei der erfindungsgemässen Bremse 10 Zapfen 35 vorhanden sind, welche mit strammem Presssitz in in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Öffnungen 36 und 37 (Fig. 1) der Bremsplattei 4 bzw. des Topfkerns 21 eingepresst werden können und welche Öffnungen 38 des Ankers 24 mit Spiel durchgreifen. Beim Ausführungsbeispiel sind vier derartige Zapfen 35 vorgesehen, von denen jeder einen Kopf 40 (Fig. 1 und 4) aufweist, der beträchtlich grosser ist als die Öffnungen 36. Ferner besitzt jeder Zapfen 35 einen ersten aufgerauhten, beispielsweise gerändelten Bereich 41 , dessen Durchmesser etwas grosser ist als der Durchmesser der Öffnungen 36, ein glattes Mittelstück 42 mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Öffnungen 36 und 38, und einen zweiten aufgerauhten Bereich 43, dessen

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Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Öffnungen 36 und 38, jedoch grosser als der Durchmesser der Öffnungen 37. Schliesslich besitzt jeder Zapfen 35 einen Endbereich 44, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Öffnungen 37. Die aufgerauhten Bereich 41 und 43 können hergestellt werden, indem man dort an jedem Zapfen 3 5 eine Rändelung mit geradlinig verlaufenden Rippen erzeugt.

Bei der zusammengebauten Bremse 10 liegt der Kopf 40 jedes Zapfens 35 jeweils an derBremsplattei 4 an, während die aufgerauhten Bereiche 41 und 43 im Preßsitz in den Öffnungen 36 bzw. 37 sitzen und die^Br-^msp^latteeinerseits und den Topfkern andererseits im zusammengebauten Zustand halten. Ferner durchgreift der glatte Mittelteil 42 der einzelnen Zapfen 35 jeweils seine zugeordnete Öffnung 38 in dem Anker 24, so dass dieser beim Erregen und Ei Bregen der Wicklung 23 längs der Zapfen hin- und herverschieblich ist, jedoch durch die Zapfen 3 5 an einer Drehbewegung gehindert wird. Da die Zapfen 35 ausserhalb des Ringes 19 aus Reibmaterial vorgesehen sind und diesen nicht durchgreifen, legen sie den Ring nicht zwischen der Bremsplatte 14 und dem Anker 24 fest und verhindern, dass der Ring 19 in radialer Richtung zwischen der Biemsplatte14 und dem Anker 24 entfernt wird. Dies wird erreicht, indem man die"Zapfen 35 so anordnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Zapfen kleiner ist als der Durchmesser des Ringes 19 aus Reibmaterial.

Aufgrund der Verwendung der Zapfen 35 können die Elemente der Bremse 10 schnell und einfach mit einer Presse zusammengebaut werden, die eine horizontale Pressfläche 50 (Fig. 4) und einen

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in senkrechter Richtung verfahrbaren Pressenstempel 51 aufweist, wobei bei der Montage der Bremse 10 mit einer Lehre 53 gearbeitet wird, welche beim Zusammenbau der Bauteile automatisch für die richtige Breite des Luftspalts 30 sorgt. Beim Ausführungsbeispiel besteht die Lehre 53 aus zwei identischen Lehrenplatten 54 und 55 (Fig. 4 und 6), die zwischen die Bremsplatte 14 und den Anker 24 geschoben werden können und jeweils etwa halbkreisförmige Aussparungen 56 (Fig. 6) aufweisen, welche bei eingeschobenen Lehrenplatten die Zapfen 35 aufnehmen. Ausserdem ist jede Lehrenplatte 54,55 mit einer vergleichsweise grossen halbkreisförmigen Mittelöffnung 57 versehen, so dass sich eine Mittelöffnung ergibt, welche den Ring 19 aufnehmen kann.

Die Dicke der Lehrenplatten 54 und 55 ist in axialer Richtung grosser als die Dicke des Ringes 19, wobei der Dickenunterschied die Breite des Luftspalts 30 zwischen dem Anker 24 und den Polflächen 25 des Topfkerns 21 bestimmt. Luftspalte unterschiedlicher Breite können durch Verwendung von Lehrenplatten 53,55 entsprechend unterschiedlicher Dicke erhalten werden.

Bei der Montage der Bremse 10 wird zunächst eine Unteranordnung aus dem Topfkern 21, der Wicklung 23 und den Federn 26 auf den Pressentisch bzw. die Pressenplatte 50 gelegt, wobei die Federn 26 nach oben vorstehen, wie dies Fig. 4 zeigt. Anschliessend wird dann der Anker 24 von oben auf die Federn gelegt und so ausgerichtet, dass die Öffnungen 38 im Anker 24 mit den Öffnungen 37 im Topfkern 21 fluchten. Dabei halten die Federn 26 den Anker 24 im Abstand von dem Topfkern 21. Anschliessend wird der Ring 19 aus Reibmaterial oben auf den Anker 24 gelegt,

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woraufhin dann die Bremsplatte 14 so auf die Oberseite des Ringes 19 gelegt wird, dass die Öffnungen 36 mit den Öffnungen 37,38 in dem Anker 24 bzw. dem Topfkern fluchten.

Anschliessend werden die Zapfen 35 durch die Öffnungen 3 6 und 38 in der Bremsplatte 14 und dem Anker 24 gesteckt und in die Öffnungen 37 des Topfkerns 21 eingeführt, wobei der Endbereich 44 verringerten Durchmessers ein teilweises Einstecken der Zapfen 3 5 in die Öffnungen 37 ermöglicht. Anschliessend werden die Lehrenplatten 54 und 55 in radialer Richtung zwischen die Bremsplatte 14 und den Anker 24 geschoben, wobei ihre Aussparungen 56 die Zapfen 35 aufnehmen, während die Aussparungen 57 den Ring 19 umschliessen.

Nachdem die Lehrenplatten 54 und 55 sowie die Bauteile der Bremse 10 in der beschriebenen Weise ausgerichtet sind, wird der Pressenstempel 51 abgesenkt und erfasst die Köpfe 40 der Zapfen 35, deren aufgerauhte Bereiche 43 nunmehr in die Öffnungen 37 des Topfkerns 21 eingepresst werden. Beim weiteren Absenken des Pressenstempels 51 drücken der Anker 24, die Lehrenplatten 54 und 55 und die Bremsplatte 14 die Federn 23 zusammen, wobei die Zapfen 35 noch weiter nach unten gedrückt werden, bis der Anker 24 dicht an den Polflächen 25 des Topfkerns 21 anliegt und bis die Lehrenplatten 54,55 dicht an dem Anker 24 anliegen und bis die Bremsplatte 14 dicht an den Lehrenplatten 54,55 anliegt. Bei der abschliessenden Abwärtsbewegung des Pressenstempels werden dann die aufgerauhten Bereiche 41 der Zapfen 35 in die Öffnungen 36 eingepresst und die Köpfe 40 der Zapfen 3 5 an die Oberseite der Bremsplatte 14 angelegt.

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Wenn die aufgerauhten bzw. gerändelten Bereiche 41 und 43 der Zapfen 35 in die Öffnungen 36,37 der Bremsplatte 14 bzw. des Topfkerns 21 eingepresst sind, bleiben die Bremsplatte 14, die Lehrenplatten 54 und 55, der Anker 24 und der Topfkern 21 im zusammengepressten Zustand, wenn der Pressenstempel 51 nach oben angehoben wird. Wenn dann der Pressenstempel 51 angehoben ist, können die Lehrenplatten 5 4 und 55 radial zwischen der Bremsplatte 14 und dem Anker 24 herausgezogen werden. Dies hat zur Folge, dass die Federn 26 den Anker 24 soweit von den Polflächen 25 des Topfkerns 21 wegdrücken, dass der Anker 24 den Ring 19 gegen die Bremsplatte 14 drückt. Die Strecke, über die sich der Anker 24 dabei bewegt, ist gleich dem Dickenunterschied zwischen den Lehrenplatten einerseits und dem Ring 19 andererseits. Die Breite des Luftspalts 30 zwischen dem Anker 24 und den Polflächen 25 des Topfkerns 21 wird also durch die Lehrenplatten beim Zusammenbau der Bremse 10 automatisch sehr genau vorgeben.

Fig. 7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Bremse 10 gemäss der Erfindung, mit der eine höhere Bremskraft erzeugt werden kann und die einen geringeren Verschleiss aufweist.

Bei der abgewandelten Bremse gemäss Fig. 7 besteht der Ring 19' aus einem metallischen Ring 60, der zwischen zwei Ringen 61 und 62 aus Reibmaterial angeordnet ist. Der metallische Ring 60 ist dabei mit öffnungen 63 versehen, welche von den Zapfen 35 mit Spiel durchgriffen werden, so dass der metallische Ring an einer Drehbewegung gehindert, jedoch in axialer Richtung beweglich ist. Die Ringe 61 und 62 aus Reibmaterial liegen in radialer Richtung innerhalb der Zapfen 35 und können sich

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gemeinsam mit der Nabe 16 drehen.

Wenn bei der Bremse 10 gemäss Fig. 7 der Elektromagnet 20 entregt wird, drückt der Anker 24 gegen den Ring 61, welcher seinerseits den metallischen Ring 60 gegen den zv/eiten Ring aus Reibmaterial drückt. Der zweite Ring 62 wird hierdurch gegen die Bremsplatte 14 gedrückt, so dass die Bremse gemäss Fig. 7 statt zwei nunmehr vier Reibflächenpaare aufweist. Die Bremswirkung wird hierdurch verdoppelt und die Standzeit beträchtlich erhöht. Im übrigen kann die Bremse gemäss Fig. 7 in der gleichen Weise zusammengebaut werden, wie dies vorstehend beschrieben wurde.

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Claims

DR.-ING. DIPL-ING. M. SC. ' BlPu.-PhYS. DR DIPL.-PHYS.

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Elektromagnetische Bremse mit einem eine Erregerwicklung aufweisenden Topfkern, mit Federelementen, die sich an dem Topfkern einerseits und einem Anker andererseits abstützen, mit einer drehfest montierbaren Bremsplatte, mit Verbindungselementen, welche den Topfkern und die Bremsplatte in einem vorgegebenen Abstand voneinander halten und den Anker relativ zum Topfkern und zu der Bremsplatte drehfest, aber in axialer Richtung beweglich haltern, und mit einer zwischen dem Anker und der Bremsplatte drehbar angeordneten Ringanordnung mit mindestens zwei Reibflächen, von denen bei Unterbrechung eines Erregerstroms durch die Erregerwicklung unter der Wirkung der Federelemente die eine an die Bremsplatte und die andere an den Anker anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Topfkern (21), dem Anker (24) und der Bremsplatte (14) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt Sätze von miteinander fluchtenden öffnungen (36,37,38) vorgesehen sindf dass als Verbindungselemente Zapfen (35) vorgesehen sind, von denen jeweils einer je einem Satz von Öffnungen (36,37,38) zugeordnet ISt₁ und dass jeder Zapfen (35) im Preßsitz in seiner zugeordneten öffnung (36,37,) in der Bremsplatte (14) bzw. in dem Topfkern (21) sitzt und die zugeordnete öffnung (38) in dem Anker (24) mit Spiel durchgreift.

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2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Ringanordnung (19¹) zwei Ringe (61,62) aus Reibmaterial aufweist, zwischen denen eine Metallscheibe (60) angeordnet ist, und dass die Metallscheibe (60) mit Öffnungen (63) versehen ist, durch welche die Zapfen (3 5) mit Spiel hindurchgeführt sind.
3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Zapfen (35) vorgesehen sind und dass der Abstand zwischen benachbarten Zapfen (35) geringer ist als der Durchmesser der aus Reibmaterial bestehenden Elemente (19,61,62) der Ringanordnung (19,19").
4. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Preßsitz in den zugeordneten Öffnungen (36,37) der Bremsplatte (14) bzw. des Topfkerns (21) sitzenden Bereiche der Zapfen (35) als aufgerauhte Bereiche (41,43) ausgebildet sind.
5. Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des einen aufgerauhten Bereiches (43) kleiner ist als der Durchmesser des anderen aufgerauhten Bereiches (41) .
6. Verfahren zum Herstellen einer Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Einpressen der Zapfen (35) in ihre zugeordneten öffnungen (36,37) zwischen dem Anker (24) und der Bremsplatte (14) mindestens ein Distanzelement (53,-54,55) anordnet, dessen Dicke in axialer Richtung um die Breite eines gewünschten

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Luftspalts grosser ist als die Dicke der Ringanordnung (19,19'), dass man den Pressvorgang beendet, wenn die Bremsplatte (14), das Distanzelement (53;54,55), der Anker (24) und der Topfkern (21) dicht aneinander anliegen und dass man dann das Distanzelement (53;54,55) zwischen der Bremsplatte (14) und dem Anker (24) nach Beendigung des Pressvorganges herauszieht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Distanzelement eine Lehre (53) mit zwei Lehrenplatten (54,55) verwendet und dass man die Lehrenplatten (54,55) nach Beendigung des Pressvorganges in radialer Richtung zwischen der Bremsplatte (14) und dem Anker (24) herauszieht.

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