DE3142570A1 - Kupplungs-brems-einheit fuer einen regel- und steuerantrieb, insbesondere fuer industrie-naehmaschinen - Google Patents
Kupplungs-brems-einheit fuer einen regel- und steuerantrieb, insbesondere fuer industrie-naehmaschinenInfo
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- H02K7/1125—Magnetically influenced friction clutches and brakes
Description
PATENTANWAET DIEAINGLPRJMANFRED RAU
VNR 1o6984 Nürnberg, 26.1o.1981
R/St
Frankl & Kirchner GmbH & Co KG Fabrik für Elektromotoren
u. elektrische Apparate, Scheffelstraße 73, 683o Schwetzingen
Kupplungs-Brems-Einheit für einen Regel- und Steuerantrieb, insbesondere für Industrie-Nähmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Kupplungs-Brems-Einheit
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Kupplungs- und Br eins-Einheit der gattungsgemäßen,
allgemein bekannten Antriebe weist jeweils eine Bremsscheibe und eine Kupplungsscheibe auf, die unabhängig
voneinander mit dem Kupplungswiderlager bzw. dem Bremswiderlager in Reibungseingriff gebracht werden können.
Die Kupplungs- und Bremsscheiben sind entweder starr ausgebildet und mittels einer Verzahnung auf der Abtriebswelle
verschiebbar oder in axialer Richtung fest mit der Abtriebswelle verbunden und axial federnd ausgebildet. Zwei derartige Scheiben vorzusehen ist kosten-,
fertigungs-, konstruktions- und raumaufwendig. Da derartige
Antriebe extrem häufig geschaltet werden - während einer 8-stündigen Arbeitsschicht erfolgen bis zu
3o ooo aus Kuppeln und Bremsen bestehende Arbeitsspiele ist es besonders wichtig, Schaltgeräusche möglichst
niedrig zu halten.
Aus der DE-OS 22 31 5o1 ist ein elektromagnetisch betätigbares Kupplungs-Brems-Aggregat bekannt, bei dem
eine Kupplungsscheibe drehfest, aber axial verschiebbar auf einer Abtriebswelle angeordnet ist. Sie weist
einseitig einen Kupplungsbelag auf und ist bei Erregung eines Kupplungsmagneten mit einem rotierenden Kupplungswiderlager, beispielsweise der Schwungmasse eines Motors
in Eingriff bringbar. Die Kupplungsscheibe ist auf ihrer anderen Seite mit einem Bremsbelag versehen, der
bei Nichterrechtung der Kupplungsmagneten mittels vorgespannter Federn mit einem gehäusefesten Bremswiderlager
in Eingriff gebracht wird. Eine derartige Ausgestaltung ist für einen Regel- und Steuerantrieb der gattungsgemäßen
Art nicht geeignet, da ein geregeltes Bremsen nicht möglich ist. Weiterhin treten auch hier erhebliche
Schaltgeräusche auf.
Aus der CA-PS 749 148 ist eine Kupplungs-Brems-Einheit der gattungsgemäßen Art bekannt, bei der Kupplungsspule
und Bremsspule in einem gleichzeitig als Kupplungslagerschild und Bremslagerschild dienenden äußeren Lagerschild
angeordnet sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungs-Brems-Einheit der gattungsgemäßen Art so auszubilden,
daß der Konstruktions- und Herstellungsaufwand verringert wird, ohne daß lästige Schaltgeräusche auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist zum einen, daß nur eine gemeinsame
Kupplungs-Brems-Scheibe vorgesehen ist, wodurch sichergestellt ist, daß beim Einkuppeln die Bremse immer
weitestgehend gelöst ist. Andererseits wird durch die
schwimmende Lagerung des Bremswiderlagers zum einen
erreicht, daß zwischen dem Brems-Reibbelag der Kupplungs-Brems-Scheibe
und dem Bremswiderlager kein Schaltgeräusche verursachender Luftspalt vorhanden ist und daß
zum anderen in ausgekuppeltem Zustand immer eine leichte Anlage zwischen Brems-Widerlager und Brems-Reibbelag
gegeben ist, so daß eine Mitnahme der Abtriebswelle im Leerlauf ausgeschlossen ist. Das leichte Andrücken des
schwimmend gelagerten Bremswiderlagers wird durch die Maßnahmen nach Anspruch 2 bewirkt, wobei Anspruch 3 für
diese Lösung eine konstruktive Realisierungsmöglichkeit angibt.
Durch die Maßnahmen nach Anspruch 4 wird die Gesamtausgestaltung
des Bremswiderlagers in konstruktiv einfacher Weise erreicht, wobei durch die Art der Anordnung des
Führungsflansches gleichzeitig erreicht wird, daß durch
diesen der Brems-Magnetpfad geführt werden kann.
Durch die Maßnahmen nach Anspruch 5 bzw. 6 wird alternativ
angegeben, wie verhindert wird, daß bei entregter
Kupplungs-Spule die Kupplungs-Brems-Scheibe gegen das Kupplungs-Widerlager gedrückt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 einen Hälb-Schnitt durch eine Brems-Kupplungs-Einheit
nach der Erfindung mit axial fester federnd ausgebildeter Kupplungs-Brems-Scheibe
und
Fig. 2 eine.abgewandelte Ausführungsform mit einer starren,
axial verschiebbaren Kupplungs-Brems-Scheibe.
• · * V > μ a «
Da beide in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sich nur hinsichtlich der Ausgestaltung der
Kupplungs-Brems-Scheibe unterscheiden, brauchen sie nur einmal beschrieben zu werden. Aus dem gleichen
Grunde können aus Gründen der Übersichtlichkeit die Bezugsziffern auf beide Zeichnungsfiguren verteilt werden.
Da darüber hinaus die Kupplungs-Brems-Einheiten im wesentlichen drehsymmetrisch ausgebildet sind, genügt
im wesentlichen eine Darstellung und Beschreibung einer Halb-Schnittdarstellung.
Der in der Zeichnung dargestellte Antrieb besteht aus einem nur angedeuteten Motor 1 und einer Brems-Kupplungs-Einheit
2. Bei dem Motor 1 handelt es sich um einen üblichen elektrischen Antriebsmotor T wie er beispielsweise
in der DE-OS 31 3o 819 dargestellt und beschrieben ist. Aus dem abtriebsseitigen Lagerschild 3 des Motors
ist dessen Motorwelle 4 herausgeführt. Im Bereich seines Lagerschildes 3 weist der Mo'tors 1 einen umlaufenden
Flansch 5 auf, der mit einem zugeordneten Flansch 6 der Brems-Kupplungs-Einheit 2 verschraubbar ist.
Außerhalb des Lagerschilders 3 des .Motors 1 ist auf der
Motorwelle 4 eine Schwungscheibe 7 drehfest mittels einer Feder-Nut-Verbindung 8 befestigt. Die Schwungscheibe
7 ist gleichzeitig als Lüfterrad ausgebildet und weist hierzu auf ihrer dem Lagerschild 3 zugewandten
Seite und in sich etwa axial erstreckenden Strömungskanälen 9 Lüfterschaufeln 1o auf.
Die Brems-Kupplungs-Einheit 2 weist ein etwa zylindrisches Gehäuse 11 auf,an dessen dem Motor 1 zugewandten
Randbereich der Flansch 6 ausgebildet ist, und ist an seiner dem Flansch 6 entgegengesetzten Seite mit einem
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Deckel 12 versehen, der durch Schrauben 13 gehalten wird, die in entsprechende Gewindebohrungen 14 im Gehäuse
11 geschraubt sind.
Der Deckel 12 liegt mit seiner Innenseite gegen einen einstückig mit dem Gehäuse 11 ausgebildeten Abtriebslagerschild
15 an und ist mittels Zentrxerpaßstiften 16
gegenüber diesem und damit koaxial zur gemeinsamen Mittel-Längs-Achse
17 von Motor 1 und Brems-Kupplungs-Einheit 2 ausgerichtet. Im Lagerschild 15 ist eine Lagerbohrung 18
ausgebildet, in der mittels eines als Rillenkugellager
ausgebildeten Wälzlagers 19 eine konzentrisch zur Achse 17 angeordnete Abtriebswelle 2o gelagert ist. Diese Abtriebswelle
2o ist mit ihrem anderen, dem Motor 1 zugewandten Ende ebenfalls mittels eines als Rillenkugellager
ausgebildeten Wälzlagers 21 in einer Lagerbohrung 22 in der Schwungscheibe 7 abgestützt.
Der Außenring 2 3 des Wälzlagers 19 liegt zur Außenseite
hin über einen Stützring 24 gegen einen in der Lagerbohrung 18 festgelegten Sicherungsring 25 an. Zur Innenseite
der Brems-Kupplungs-Einheit 2 ist er mittels eines an den Abtriebslagerschild 15 angeschraubten Halterings
26 festgelegt. Der Innenring 27 des Wälzlagers 19 ist mittels eines Sicherungsrings 28 auf der Abtriebswelle 2o zum Innenraum der Brems-Kupplungs-Einheit 2
festgelegt. Eine Gewindemutter 29 auf der Abtriebswelle 2o spannt den Innenring 27 des Wälzlagers 19 gegen den
Sicherungsring 28. Auf ihrem äußeren Ende weist die Abtriebswelle einen Konus 3o auf, auf dem ein Abtriebs-Riemenrad
31 in üblicher Weise angebracht ist.
Der Innenring 32 des Wälzlagers 21 sitzt mit Preßsitz auf der Abtriebswelle 2o. Sein Außenring 33 ist mit
Schiebesitz in der Lagerbohrung 22 der Schwungscheibe 7 angeordnet und liegt gegen eine vorgespannte Schrauben-Druckfeder
34 an, die sich mit ihrem anderen Ende am Boden der sacklochartigen Lagerbohrung 22 abstützt,
so daß die Abtriebswelle 2o immer gegen ihre Festlegung am Abtriebslagerschild 15 und dieser wiederum gegen den
Deckel 12 gedrückt wird.
Auf der Abtriebswelle 2o ist eine Kupplungs-Brems-Scheibe
35 angebracht. Sie weist eine Nabe 36 auf, die mittels einer Feder-Nut-Verbindung 37 drehfest und mittels einer
radial eingeschraubten Madenschraube 38 axial festgehalten wird. An der Nabe ist ein federnd ausgebildeter,
radial abstehender Armstern 39 angebracht, an dem wiederum ein Kupplungs-Ankerring 4o und Brems-Ankerring 41 angebracht
sind, die mittels gemeinsamer Niete 42 hieran befestigt sind. An den einander abgewandten Stirnseiten
der Ankerringe 4o, 41 sind in entsprechenden ringförmigen Vertiefungen ein ringförmiger Kupplungs-Reibbelag 43
und ein ebenfalls ringförmiger Brems-Reibbelag 44, beispielsweise
durch Ankleben, befestigt. Die Nabe 36 mit Armstern 39, Ankerringen 4o, 41 und Reibbelägen 43, 44
bildet eine Einheit.
Als Kupplungs-Widerlager 45 dient die dem Kupplungs-Reibbelag
43 zugewandte Stirnseite der Schwungscheibe 7, d. h. bei Herstellen einer Haftreibverbindung zwischen
Kupplungs-Reibbelag 43 und Schwungscheibe 7 des Motors 1 wird die Abtriebswelle 2o und damit auch das Abtriebs-Riemenrad
31 angetrieben.
Dem Brems-Reibbelag 44 ist ein Brems-Widerlager 46 zugeordnet,
das im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. An dem dem Brems-Reibbelag zugewandten Ende weist es
einen radial nach innen ragenden Brems-Flansch 47 auf,
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dessen Außenfläche gegen den Brems-Reibbelag 44 anliegt.
Am anderen - dem.Deckel 12 zugewandten - Ende weist das Brems-Widerlager 46 einen Führungsflansch 48 auf, der
mit achsparallelen Führungs-Bohrungen 49 versehen ist, in die am Deckel 12 ebenfalls achsparallel befestigte
Führungs-Stifte 5o hineinragen, auf denen das Brems-Widerlager 46 drehfest aber frei in Richtung der Achse
17 verschiebbar angeordnet ist. lift Inneren des Brems-Widerlagers
46 ist eine vorgespannte weiche Schrauben-Druckfeder
51 angeordnet, die sich einerseits gegen den Abtriebslagerschild 15 und andererseits gegen den
Brems-Flansch 47 abstützt und das Brems-Widerlager 4 6
immer leicht gegen den Brems-Reibbelag der Kupplungs-Brems-Scheibe 41 andrückt. Die Druckkraft der Druckfeder
51 ist so ausgelegt, daß sie kleiner ist als die Gegenkraft
des federnden Armsterns 39, so daß im Ruhezustand die Scheibe 35 nicht mit ihrem Kupplungs-Reibbelag 43
durch die Kraft der Druckfeder 51 gegen die Schwungscheibe
7 gedrückt wird.
Radial um die Schwungscheibe 7 und den Kupplungs-Ankerring
4o ist ein Kupplungs-Spulengehäuse 52 mit einer Kupplungs-Spule 53 angeordnet, die in eine ringförmige
Ausnehmung 54 in der Schwungscheibe eingreift. Das Kupplungs-Spulengehäuse 52 weist einen Ringsteg 55 auf,
der den Kupplungs-Ankerring 4o unter Freilassung eines Luftspaltes von höchstens einigen Zehntel Millimetern
umgibt. Gleichermaßen ist zwischen dem Kupplungs-Spulengehäuse 52 und der Schwungscheibe ein Luftspalt von
nur einigen Zehntel Millimetern ausgebildet.
Spiegelsymmetrisch zum Kupplungs-Spulengehäuse 52 ist
ein ebenfalls gleich ausgebildetes Brems-Spuleng§häuse mit einer Brems-Spule 57 angeordnet, die das Brems-Widerlager
46 umgibt. Ein Ringsteg 58 des Brems-Spulen-
J 14Z0 /U
gehäuses umgibt den Brems-Ankerring 41 unter Freilassung
eines Luftspaltes von nur wenigen Zehntel Millimeter Breite. Die beiden Spulengehäuse 52, 56 liegen
mit ihrem zylindrischen Außenmantel im Gehäuse 11 an, wobei zwischen ihren beiden Ringstegen 55, 58 eine
Distanzscheibe 59 aus magnetisch isolierendem Material angeordnet ist. Sie sind gegen eine Anlage 6o im Bereich
des Deckels 12 verspannt, wozu radial innerhalb des Flansches 6 Gewindebohrungen 61 im Gehäuse 11 vorgesehen
sind, in die gegen die äußere Stirnseite des Kupplungs-Spulengehäuses
52 über einen Spannring 62 anliegende Spannschrauben 63 geschraubt sind. Der Magnetpfad
64 der Kupplungsspule 53 verläuft durch das Kupplungs-Spulengehäuse
52, den Ringsteg 55, den Kupplungs-Ankerring, den Luftspalt zwischen Kupplungs-Ankerring 4o
und Kupplungs-Widerlager 45, und Schwungscheibe 7 zurück zum Kupplungs-Spulengehäuse 52.
Der Brems-Magnetpfad 65 verläuft vom Brems-Spulengehäuse
56 durch den Ringsteg 58, den Brems-Ankerring, den Luftspalt zwischen Brems-Ankerring 41 und Brems-Widerlager
46, das Brems-Widerlager 46 und den Führungs-Flansch
48 zurück zum Brems-Spulengehäuse 56.
Da bei Erregung der Kupplungs-Spule 53 Streuflüsse zu
einer magnetischen Anziehung zwischen Brems-Widerlager und Brems-Ankerring 41, also zu einer unerwünschten
Bremsung führen können und da umgekehrt bei Erregung der Brems-Spule 57 Streuflüsse zu einer magnetischen
Anziehung zwischen Kupplungs-Ankerring 4o und Kupplungs-Widerlager 45, also zu einem unerwünschten Einkuppeln
führen können, sind jeweils zwischen der Kupplungs-Spule 53 und dem zugeordneten Ringsteg 55 ind andererseits
zwischen der Brems-Spule 57 und dem zugeordneten
Ringsteg 58 Kompensationsspulen 66, 67 angeordnet, die
jeweils gegensinnig zu der entsprechend anderen Spule bzw. 57 wirken. Die der Kupplungs-Spule 53 räumlich zugeordnete
Kompensationsspule 66 wird also gleichzeitig mit der Bremsspule 57 erregt und erzeugt daher im Bereich
des Kupplungs-Widerlagers 45 ein den Streufluß kompensierendes Gegenfeld. Entsprechend ist die der Brems-Spule
57 räumlich zugeordnete Kompensationsspule 67 so geschaltet,' daß sie zusammen mit der Kupplungs-Spule 53
erregt wird und ein deren Streuflüsse kompensierendes Gegenfeld aufbaut.
Bei Erregung der Kupplungs-Spule 53 wird die Kupplungs-Brems-Scheibe
35 unter elastischer Verformung des Armsterns 39 gegen das Kupplungs-Widerlager 45 gezogen, wo-'
durch ein Reibschluß zwischen der Scheibe 35 und der Schwungscheibe 7 hergestellt wird. Hierbei wandert das
Brems-Widerlager 46 in Richtung auf die Schwungscheibe 7 mit. Bei Entregung der Kupplungs-Spule 53 und Erregung
der Brems-Spule 57 braucht daher kein Schaltweg zwischen Brems-Reibbelag 44 und Brems-Widerlager 46 zurückgelegt
zu werden, d. h. es tritt auch kein Schaltgeräusch auf. Der Armstern 39 hebt lediglich unter entsprechender elastischer Rückstellung den Kupplungs-Reibbelag
43 vom Kupplungs-Widerlager 45 ab, wobei naturgemäß auch das Brems-Widerlager 46 um eine entsprechende Wegstrecke
von einigen Zehntel Millimetern zurück in Richtung auf den Deckel 12 verschoben wird.
Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der
nach Fig. 1 nur dadurch, daß die Kupplungs-Brems-Scheibe in sich starr ausgebildet, axial aber verschiebbar auf
der Abtriebswelle 2o angebracht ist. Hierzu ist auf der Abtriebswelle 2o ein We11enabschnitt 69, beispielsweise
durch Aufschrumpfen , axial und in Drehrichtung festgelegt,
der an seinem Außenumfang mit einer Verzahnung 7o versehen ist. Die Kupplungs-Brems-Scheibe 68 weist
eine mit einer entsprechenden Innenverzahnung versehene Nabe 71 auf, so daß die Nabe 71 axial verschiebbar aber
undrehbar auf dem Wellenabschnitt 69 angeordnet ist. Im Außenumfangsbereich ist die Kupplungs-Brems-Scheibe
als Ankerring 72 ausgebildet,.in dessen beiden Stirnseiten in entsprechenden Vertiefungen der Kupplungs-Reibbelag
4 3 und der Brems-Belag 44 angeordnet sind.
Zwischen der Nabe 71 und dem Innenring 32 des in der Schwungscheibe 7 befindlichen Wälzlagers 21 ist eine
vorgespannte Schrauben-Druckfeder 73 angeordnet, für die der Innenring 32 ein relativ zur Abtriebswelle 2o axial
festes Widerlager ist. Da die Druckfeder 73 unmittelbar die Abtriebswelle umgibt, ist eine Abstützhülse 74
vorgesehen, die einerseits gegen die Nabe 71 anliegt, sich andererseits aber bis zur Abtriebswelle erstreckt.
Diese Druckfeder 7 3 ist so ausgelegt, daß sie mit der Schrauben-Druckfeder 51 im Brems-Widerlager 46 kräftemäßig
im Gleichgewicht ist, so daß die Kupplungs-Brems-Scheibe 6 8 durch die Druckfeder 51 in der Ruhelage nicht
gegen das Kupplungs-Widerlager 45 gedrückt wird. Die Druckfeder 73 übernimmt bei dieser Ausführungsform also
die Funktion des federnden Armsterns 39 bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
Durch die Strömungskanäle 9 und Lüfterschaufeln 1o in
der Schwungscheibe 7 wird die beim Bremsen und Kuppeln anfallende Wärme in zufriedenstellender Weise abgeführt.
Leerseite
Claims (7)
1.JKupplungs-Brems-Einheit für einen einen ständig antreibbaren
Motor aufweisenden elektromotorischen Regel- und Steuerantrieb, insbesondere für Industrie-Nähmaschinen, wobei eine mit einer Antriebswelle drehfest
verbundene Kupplungsscheibe unter axialer Bewegung und Überwindung eines Kupplungs-Luftspaltes mit einem mit
der Motorwelle drehfest verbundenen Kupplungswiderlager in Reibungseingriff bringbar ist, und wobei eine drehfest
mit der Abtriebswelle verbundene Bremsscheibe mit einem drehfesten Bremswiderlager in Reibungseihgriff
bringbar ist, und wobei eine Kupplungs-Spule und eine Brems-Spule vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet t daß
hur eine Kupplungs-Brems-Scheibe (35, 68) vorgesehen ist, und daß das Brems-Widerlager (46) axial verschiebbar
ausgebildet ist und ständig mit leichtem Druck gegen die Kupplungs-Brems-Scheibe (35, 68) anliegt.
2. Kupplungs-Brems-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Brems-Widerlager (46) mittels einer ortsfest abgestützten vorgespannten Druckfeder
(51) gegen die Kupplungs-Brems-Scheibe (35, 68) gedrückt ist.
3. Kupplungs-Brems-Einheit nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Brems-Widerlager (46) etwa hohlzylindrisch ausgebildet ist und daß in seinem Inneren
die Druckfeder (51) angeordnet ist.
4. Kupplungs-Brems-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brems-Widerlager (46) auf
seiner der Kupplungs-Brems-Scheibe (35, 68) abgewandten Seite einen radial nach außen abstehenden Führungs-Flansch
(48) aufweist, der mit ortsfeste Führungs-Stifte (5o) aufnehmenden Führungs-Bohrungen (49) versehen
ist.
5. Kupplungs-Brems-Einheit, bei der die Kupplungs-Brems-Scheibe
axial unverschiebbar an der Abtriebswelle befestigt und ihr Ankerring mittels eines federnden
Armsterns an ihrer Nabe angebracht ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Druckfeder
(51) und der Armstern (39) im Kräftegleichgewicht stehend ausgebildet sind._
6. Kupplungs-Brems-Einheit, bei der die Kupplungs-Brems-Scheibe axial verschiebbar auf der Abtriebswelle
angeordnet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß .die Kupplungs-Brems-Scheibe
(68) mit einer der Druckfeder (51) mit etwa gleicher Gegenkraft entgegenwirkenden Druckfeder (73) belastet
ist.
7. Kupplungs-Brems-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungs-Spule (53) und
der Brems-Spule (57) jeweils eine Kompensationsspule (66, 67) zugeordnet ist, die jeweils gegensinnig zu der entsprechend
anderen Spule (Kupplungs-Spule 53 bzw. Brems-Spule 57) wirkt.
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ID=6144927
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