DE3223379C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Regel- und Steuerantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Da derartige Antriebe extrem häufig geschaltet werden - während einer 8-stündigen Arbeits­ schicht erfolgen bis zu 30 000 aus Kuppeln und Bremsen bestehende Arbeitsspiele - ist es besonders wichtig, Schaltgeräusche möglichst niedrig zu halten.

Aus der DE-OS 22 31 501 ist ein gattungsgemäßer Antrieb 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 Kupplungs­ widerlager, beispielsweise der Schwungmasse eines Motors in Eingriff bringbar. Die Kupplungsscheibe ist auf ihrer anderen Seite mit einem Bremsbelag versehen, der bei Nichterregung der Kupplungsmagneten mittels vorgespannter Federn mit einem gehäusefesten Bremswiderlager in Eingriff gebracht wird. Auch hier treten wie oben erwähnt erhebliche Schaltgeräusche auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß lästige Schaltgeräusche auch bei längerem Betrieb unter wechselnder Belastung gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist also, daß thermisch bedingte Veränderungen der Weite des Kupplungsluftspaltes während des Betriebes, beispielsweise durch thermisch bedingtes Aufquellen des Kupplungsbelages, selbsttätig ausgeglichen werden.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung einiger Aus­ führungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Antrieb gemäß der Erfindung, be­ stehend aus Motor und Brems-Kupplungs-Ein­ heit im axialen Längsschnitt,

Fig. 2 die Kupplungs-Brems-Einheit nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer Kupplungs-Brems-Einheit,

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Ausschnitts­ darstellung einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform der Kupplungseinstelleinrichtung.

Der in der Zeichnung dargestellte Antrieb be­ steht aus einem Motor 1 und einer Brems-Kupplungs- Einheit 2. Der Motor weist ein im wesentlichen zylindrisches Statorgehäuse 3 auf, in dem in üblicher Weise ein aus Stator-Wicklungen 4 und Stator-Blech­ paket 5 gebildeter Stator konzentrisch angeordnet ist. Ebenfalls konzentrisch zur Mittel-Längsachse 6 ist ein Rotor 7 angeordnet, der auf einer Motorwelle 8 angebracht ist. Letztere ist in Lagerschilden 9, 10 gelagert. Der der Brems-Kupplungs-Einheit 2 abge­ wandte Lagerschild 10 ist mittels Schrauben 11 lösbar am Statorgehäuse 3 befestigt. In seiner Lager­ bohrung 12 ist die Motorwelle 8 mittels eines Wälz­ lagers 13, bei dem es sich um ein Axial-Kugellager handelt, gelagert, wobei der Innenring 14 des Wälz­ lagers 13 gegen einen Bund 15 der Motorwelle 8 abgestützt ist. Auf der axial anderen Seite ist der Außenring 16 des Wälzlagers 13 über eine Ringfeder 17 gegen einen in der Lagerbohrung 12 festgelegten Sicherungsring 18 abgestützt, so daß einerseits das Wälzlager 13 gegen ein axiales Wandern auf der Motor­ welle 8 gesichert ist, andererseits aber axiale Nach­ stellbewegungen der Motorwelle 8 im Rahmen des von der Ringfeder 17 vorgegebenen Spiels möglich sind. Der Lagerschild 10 und insbesondere seine Lager­ bohrung 12 ist durch eine Abdeckhaube 19 abgedeckt.

Der andere, der Brems-Kupplungs-Einheit 2 benachbarte Lagerschild 9 ist einstückig mit dem Statorgehäuse 3 ausgebildet, wodurch das Statorgehäuse 3 eine Topf­ form bekommt. In der Lagerbohrung 20 dieses Lager­ schildes 9 ist die Motorwelle 8 ebenfalls über ein als Axialkugellager ausgebildetes Wälzlager 21 abgestützt, wobei auch hier der Innenring 22 des Wälzlagers 21 gegen einen Bund 23 der Motorwelle 8 anliegt, während der Außenring 24 des Wälzlagers 21 auf der anderen, also der Brems-Kupplungs-Einheit 2 zugewandten Seite über eine Ringfeder 25 gegen einen in der Lagerbohrung 20 festgelegten Sicherungsring 26 abgestützt ist. Auf dem Wellenzapfen 27 der Motor­ welle 8, auf dem das Wälzlager 21 angeordnet ist, ist auch eine Schwungscheibe 28 drehfest mittels einer Feder-Nut-Verbindung 29 drehfest festgelegt. Sie liegt mit ihrer Nabe 30 gegen den Innenring 22 des Wälzlagers 21 an und ist mittels einer Schraub­ verbindung 31 axial fest gegen den Innenring 22 gespannt, wodurch sie gleichzeitig axial gegenüber der Motorwelle 8 festgelegt ist. Die Schwungscheibe 28 ist in ihrem Außenbereich als Lüfter ausgebildet; sie weist hierzu Lüfterschaufeln 32 auf, die Kühl­ luft durch einen um das Statorgehäuse 3 angeordneten Ringkanal 33 unter gleichzeitiger Kühlung des Stator­ gehäuses 3 ansaugt und an einem zu kühlenden Brems­ lagerschild 34 vorbei abbläst.

Die Brems-Kupplungs-Einheit 2 weist ein etwa zylindrisches Gehäuse 35 auf, das einstückig mit dem Bremslagerschild 34 ausgebildet ist, so daß es insgesamt etwa topfförmig ausgestaltet ist. Es ist an einen entsprechenden Flansch 36 am Statorgehäuse 3 mittels Schrauben 37 lösbar be­ festigt. Eine koaxial zur Mittel-Längsachse 6 ange­ ordnete Antriebswelle 38 ist einerseits in einer Lager­ bohrung 39 des Bremslagerschildes 34 und andererseits in einer Lagerbohrung 40 in der Schwungscheibe 28 gegenüber letzterer frei drehbar gelagert. Auch die Abtriebswelle 38 ist über jeweils als Axialkugel­ lager ausgebildete Wälzlager 41, 42 in den Lager­ bohrungen 39, 40 gelagert. Zwischen den Wälzlagern 41, 42 ist eine Kupplungs-Brems-Scheibe 43 mittels einer Nut-Feder-Verbindung drehfest auf der Abtriebs­ welle 38 festgelegt. Sie weist eine in der geschilder­ ten Weise drehfest mit der Abtriebswelle 38 verbundene Nabe 45 und einen äußeren Ankerring 46 auf, der mittels eines axial federnden Armsterns 47 mit der Nabe 45 verbunden ist. Eine solche Ausgestaltung ist aus der DE-PS 16 25 715 (entsprechend US-PS 35 43 901) bekannt. Auf die axiale Festlegung der Nabe 45 wird weiter unten noch eingegangen.

Auf der der Schwungscheibe 28 zugewandten Seite des Ankerrings 46 ist auf diesem bzw. dem zugeordneten Abschnitt des Armsterns 47 ein ringförmiger, als Kupplungsbelag 48 dienender Reibbelag, beispiels­ weise durch Kleben, befestigt. Diesem ist eine ent­ sprechende ringförmige Kupplungsfläche 49 an der zugewandten Stirnseite der Schwungscheibe 28 zuge­ ordnet. Der Ankerring 46 weist an seinem äußeren Umfang einen axial zur Schwungscheibe 28 vorstehenden Ringsteg 50 auf, der sich mit einem geringen Axial­ spalt a von nur einigen zehntel Millimetern bis zur Schwungscheibe 28 erstreckt.

Der Bremslagerschild 34 weist ein Kupplungsspulenge­ häuse 51 auf, das mit einem geringen Radialspalt b von ebenfalls nur einigen zehntel Millimetern den Ankerring 46 radial umgibt und mit einem radial äußeren ringförmigen Gehäusesteg 52 unter Freilassung eines ebenfalls nur einige zehntel Millimeter breiten Spaltes einen Teil der Schwungscheibe 28 umgibt. In dem Kupplungsspulengehäuse 51 des ortsfesten Bremslagerschildes 34 ist eine ringförmige elektro­ magnetische Kupplungsspule 53 angeordnet, bei deren Erregung ein Magnetpfad 54 vom Kupplungsspulenge­ häuse 51 durch den Ringsteg 50 des Ankerrings 46, die Schwungscheibe 28, den Gehäusesteg 52 zurück zum Kupplungsspulengehäuse 51 geschlossen wird, wo­ durch die Kupplungs-Brems-Scheibe 43 mit ihrem Kupplungsbelag 48 gegen die Kupplungsfläche 49 der insoweit als Kupplungsscheibe dienenden Schwung­ scheibe 28 gedrückt wird.

Auf der der Schwungscheibe 28 abgewandten Seite ist der Ankerring 46 mit einem als Bremsbelag 55 dienenden Reibbelag versehen, der ebenfalls durch Kleben o. dgl. am Ankerring 46 befestigt ist. Ihm ist im Bremslager­ schild 34 ein ringförmiges Bremswiderlager 56 zuge­ ordnet, das mittels Schrauben 57 am Bremslagerschild 34 befestigt ist. Ds Bremswiderlager 56 besteht aus einem nichtmagnetischen Material. Im Bereich des Bremswiderlagers 56 ist im Bremslagerschild 34 ein Bremsspulengehäuse 58 ausgebildet, in dem sich eine ringförmige Bremsspule 59 befindet, die zur Kupplungs- Brems-Scheibe 43 hin durch das Bremswiderlager 56 ab­ gedeckt wird. Bei Erregung der Bremsspule 59 bildet sich ein Magnetpfad 60, der, ausgehend vom Bremsspulen­ gehäuse 58 über den den Ankerring 46 radial umgebenden Teil des Kupplungsspulengehäuses 51, den Ringsteg 50 des Ankerrings 46, den Ankerring 46 zurück zum Brems­ spulengehäuse 58 verläuft und die Kupplungs-Brems- Scheibe 43 mit ihrem Bremsbelag 55 gegen das Brems­ widerlager 56 zieht. Da letzteres aus nichtmagnetischem Material besteht, wird es vom Magnetpfad 60 nicht durch­ drungen. Ankerring 46 und Bremslagerschild 34, das ein­ stückig mit dem Kupplungsspulengehäuse 51 und dem Brems­ spulengehäuse 58 ausgebildet ist, bestehen aus mag­ netischem Material, also legiertem oder unlegiertem Eisen. Die Anordnung der Kupplungsspule 53 und der Bremsspule 59 und der zugehörigen Magnetpole in einem gemeinsamen Gehäuse und in einem gemeinsamen als Brems­ lagerschild 34 und auch als Kupplungslagerschild dienen­ den Gehäuse wurde so vorgenommen, daß durch die Erregung des einen Magnetkreises der andere Magnetkreis keine Be­ einflussung erfährt, die sich auf die nachgeschalteten Regelkreise nachteilig auswirken könnte. Darüber hinaus bietet diese Ausgestaltung große Kosten- und Raumvorteile.

Der Außenring 61 des im Bremslagerschild 34 gelagerten Wälzlagers 41 ist nach außen mittels eines in der Lagerbohrung 39 festgelegten Sicherungsrings 62 axial festgelegt. Der Innenring 63 dieses Wälzlagers 41 liegt gegen eine von außen auf ein Gewinde 64 der Abtriebs­ welle 38 geschraubte Einstellmutter 65 an. Auf der der Kupplungs-Brems-Scheibe 43 zugewandten Seite ist der Innenring 63 dieses Wälzlagers 41 über elastische Glie­ der, beispielsweise Tellerfedern 66, gegen einen als axial festen Anschlag 67 dienenden, auf der Abtriebs­ welle 38 angeordneten Sicherungsring abgestützt. Diese Teile bilden eine Bremseinstelleinrichtung 68.

Die Nabe 45 stützt sich von der anderen Seite über eine Distanzhülse 69 gegen den durch einen Sicherungs­ ring gebildeten Anschlag 67 ab.

Der Innenring 70 des in der Schwungscheibe 28 gelager­ ten Wälzlagers 42 stützt sich einerseits über ein durch Tellerfedern 71 gebildetes elastisches Glied gegen die Nabe 45 und andererseits gegen ein Wider­ lager 72 ab, das axial gegenüber der Antriebswelle 38 mittels einer koaxial angeordneten Einstellschraube 73 gehalten und verstellbar ist, die in einer durchgehen­ den Bohrung 74 in der Antriebswelle 38 angeordnet ist und von der Außenseite her mittels eines Schrauben­ drehers oder Inbus-Schlüssels verdreht und damit axial verstellt werden kann. Diese Ausgestaltung bildet eine Kupplungseinstelleinrichtung 75.

Der Außenring 76 des Wälzlagers 42 liegt zur Kupplungs- Brems-Scheibe 43 hin frei und liegt auf seiner anderen Seite über einen Stützring 77 gegen ein Nachstell­ glied 78 an, bei dem es sich um ein Bimetallglied han­ delt. Dieses stützt sich wiederum gegen den Boden der zugeordneten Lagerbohrung 40 ab.

Durch entsprechendes Verdrehen der Einstellmutter 65, also durch entsprechende Betätigung der Bremseinstell­ einrichtung 68, wird die axiale Lage der Abtriebswelle 38 und damit die axiale Lage der axial fest auf der Ab­ triebswelle 38 angebrachten Kupplungs-Brems-Scheibe 43 gegenüber dem Bremslagerschild 34 eingestellt. Hier­ durch wird also der Luftspalt zwischen Bremsbelag 55 und Bremswiderlager 56 bei unerregter Bremsspule 59 festgelegt. Der Luftspalt zwischen der Kupplungsfläche 49 und dem Kupplungsbelag 48 bei unerregter Kupplungs­ spule 53 wird durch Verdrehen der Einstellschraube 73, also durch Betätigung der Kupplungseinstelleinrichtung 75 eingestellt. Der Bremsluftspalt ist üblicherweise Null bei leichter Andrückkraft. Bei Erwärmung der Kupplungsscheibe 28 wölbt sich das Nachstellglied 78, also der Bimetallring, in der Weise, daß der Stützring 77, und damit der Außenring 76 des Wälzlagers 42 relativ zur Schwungscheibe 28 aus dieser herausgeschoben werden. Da das Wälzlager 42 relativ zur Nabe 45 feststeht, wird hierdurch also die Schwung­ scheibe 28 zusammen mit der Motorwelle 8 nach rechts, also zum abgewandten Lagerschild 10 hin verschoben. Dies ist möglich, da die beiden Außenringe 16 und 24 der beiden Wälzlager 13, 21 federnd über die Ringfedern 17 bzw. 25 abgestützt sind. Selbstverständlich muß die Federkraft der Tellerfedern 71 deutlich größer sein als die Federkraft der Ringfedern 17 bzw. 25. Auf diese Weise wird der Luftspalt zwischen dem Kupplungs­ belag 48 und der Kupplungsfläche 49 der Schwungscheibe 28 etwa konstant gehalten, da bei einem ständigen Anlie­ gen des Kupplungsbelages 48 an der Schwungscheibe 28 Erwärmungen auftreten, die zu der geschilderten Nach­ stellbewegung führen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich nur in einigen Merkmalen von den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2. Aus diesem Grunde werden für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern und für funktionell gleiche, konstruktiv aber andere Teile die gleiche Bezugsziffer mit einem hochgestellten Strich verwendet. Insoweit wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Schwungscheibe 28 mittels einer Mutter 79 mit Unter­ legscheibe 80 gegen den Innenring 22 des Wälzlagers 21 gespannt, wobei die Mutter 79 auf einen am Wellen­ zapfen 27 der Motorwelle 8 ausgebildeten Gewindezapfen 81 geschraubt ist. Die Kupplungs-Brems-Scheibe 43′ ist bei dieser Ausgestaltung starr ausgebildet, wobei ihre Nabe 45′ auf einer Verzahnung 82 der Abtriebs­ welle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist. Eine der Bremseinstelleinrichtung 68 aus dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 gleich­ artige Ausgestaltung dient als Kupplungseinstell­ einrichtung 75′, wobei die Tellerfedern 66 sich gegen einen die Verzahnung 82 tragenden Wellenab­ schnitt 83 axial abstützen.

Der Innenring 70 des Wälzlagers 42 stützt sich bei dieser Ausgestaltung über einen Abstützring 84 gegen die Stirnseite der Verzahnung 82 ab. Weiterhin ist ein elastisches Glied 71′ vorgesehen, daß einerseits an dem Abstützring 84 und andererseits an der Kupp­ lungs-Brems-Scheibe 43′ anliegt. Hierdurch be­ dingt liegt einerseits die Kupplungs-Brems-Scheibe 43′ bei nichterregter Kupplungsspule 53 und bei nichter­ regter Bremsspule 59 mit geringer Kraft gegen das Bremswiderlager 56 an. Andererseits wird durch ent­ sprechendes Verdrehen der Einstellmutter 65 die Schwungscheibe 28 samt Motorwelle 8 und Rotor 7 axial verschoben, wodurch der Luftspalt zwischen Kupplungsbelag 48 und Kupplungsfläche 49 eingestellt wird. Durch diese Ausgestaltung wird es weiterhin ermöglicht, daß das Nachstellglied 78 bei Erwärmung eine entsprechende Nachstellung durch Verschieben des Außenrings 76 des Wälzlagers 42 relativ zur Lagerbohrung 40 vornimmt, wodurch - wie oben bereits geschildert - die Schwungscheibe 28 mit der Motor­ welle 8 von der Kupplungs-Brems-Scheibe 43 zusätz­ lich abgehoben wird.

Bei einer in Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungs­ form der Kupplungseinstelleinrichtung 75′ ist vorgese­ hen, daß der Innenring 70′ des Wälzlagers 42′ keinen Schiebesitz zur Abtriebswelle 38 aufweist, und daß der Außenring 76′ in der Lagerbohrung 40 mit Schiebesitz angeordnet und über einen Distanzring 85 mit dem Nachstellglied 78′ verbunden ist. Das Nachstellglied 78′ umfaßt Bimetallscheiben, welche auf einem Druck­ stück 86 sitzen. Das Druckstück 86 umfaßt einen Grund­ körper 87, an welchem die Bimetallscheiben anliegen, und einen nabenartigen Ansatz 88, welcher die Bimetall­ scheiben durchsetzt und dessen freies Ende 89 nach außen aufgebogen ist und die Bimetallscheiben hält. Ansatz 88 und Grundkörper 87 werden von einer Gewin­ debohrung durchsetzt, welche eine bolzenartige Stell­ schraube 90 mit Stellschlitz 91 aufnimmt, deren freies Ende 92 am Kopf 93 der Befestigungsschraube 94 an­ liegt. Mittels der Befestigungsschraube 94 ist die Schwungscheibe 28 über die Scheibe 95 mit der Motor­ antriebswelle 8 verbunden. Durch Betätigung der Stell­ schraube 90 ist somit die Einstellung des Axialspal­ tes a möglich, indem die Motorantriebswelle 8 zusammen mit der Schwungscheibe 28 axial relativ zur Abtriebs­ welle 38 verstellt wird. Dabei bleibt abgesehen von den vorstehend beschriebenen Abwandlungen die Grund­ konzeption, wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, unverändert.

Claims (1)

1. Elektromotorischer Regel- und Steuerantrieb für Industrie- Nähmaschinen, bestehend aus einem ständig antreibbaren Motor und einer mit diesem verbundenen Brems-Kupplungs-Einheit, wobei eine mit einer Antriebswelle drehfest verbundene Kupplungs-Brems­ scheibe unter axialer Bewegung und Überwindung eines Kupplungs- Luftspaltes einerseits mit einem mit dem Rotor des Motors drehfest ver­ bundenen Kupplungswiderlager in Reibungseingriff bringbar ist und andererseits mit einem drehfesten Bremswiderlager in Reibungs­ eingriff bringbar ist, und wobei eine Kupplungsspule und eine Bremsspule vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermisch empfind­ liches Nachstellglied, z. B. ein Bimetallring (78), zur selbsttätigen Nach­ stellung des Kupplungsluftspaltes durch Verschiebung von Kupplungswiderlager (Schwungscheibe 28) und Kupplungs-Brems- Scheibe (43) relativ zueinander vorgesehen ist.