DE3501680A1

DE3501680A1 - Magnetisch betaetigte reibungsbremse oder -kupplung

Info

Publication number: DE3501680A1
Application number: DE19853501680
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Krome
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-19
Filing date: 1985-01-19
Publication date: 1986-07-24
Also published as: DE3660128D1; EP0189109B1; EP0189109A1

Description

Magnetisch betätigte Reibungsbremse oder -kupplung Beschreibung

Die Erfindung betrifft und setzt als bekannt voraus eine magnetisch betätigte Reibungsbremse oder -kupplung mit einem stationären, ferromagnetischen Magnetgehäuse, in dem zwischen einem inneren Polring und einem äußeren Polring eine Magnetwicklung angeordnet ist, mit einem am Magnetgehäuse befestigten Reibring und mit einer in axialer Richtung federnd an einer Nabe befestigten und ohne Arbeitsluftspalt arbeitenden Ankerscheibe als Gegenreibelement, die drehfest mit einer Welle verbunden ist.

Aus dem "Kupplungs-Atlas", AGT-Verlag Georg Thum, 7140 Ludwigsburg, 4. Auflage, Seiten 137 bis 150, sind gattungsgemässe Reibungsbremsen oder -kupplungen von verschiedenen Herstellern in verschiedenen konstruktiven Variationen bekannt. Bei diesen bekannten Reibungsbremsen oder -kupplungen sind die Konstruktionselemente Anbauflansch, Magnetgehäuse, Magnetwicklung und Reibring des primären, stationären Teiles in axial hintereinander ausgerichteter Reihenfolge angeordnet. Dadurch ergibt sich eine entsprechend große Baulänge und der weitere Nachteil, daß besondere Maßnahmen erforderlich werden, um Temperaturausdehnungsunterschiede zwischen den Polflächen und der Reibringfläche infolge der unterschiedlichen Materialien einzuengen. Außerdem resultiert aus diesem Konstruktionsprinzip ein verhältnismäßig kleiner, mittlerer Reibradius, so daß auch nur eine relativ geringe Momentübertragung möglich ist. Weil sich der Reibradius durch die Temperaturschwankungen der Bauteile ändern kann, sind die erzeugten Drehmomente im praktischen Betrieb auch instabil. Dieser Nachteil wird insbesondere dadurch verursacht, daß die Wärmequellen in der Magnetwicklung und der Reibfläche des Reibringes in axialer Richtung ungünstig zueinander liegen und einen Wärmestau verursachen, der nur schlecht abgeleitet werden kann.

Bei den bekannten Reibungsbremsen oder -kupplungen besteht der Reibring in der Regel aus einem organischen Reibwerkstoff. Mit Rücksicht auf eine ausreichende Verschleißreserve muß deshalb von vorn herein die Dicke des Reibringes und die Länge der Magnetpole in axialer Richtung ausreichend groß bemessen werden.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach konstruierte, magnetisch betätigte Reibungsbremse oder -kupplung zu schaffen, die bei gleichen Flanschabmessungen ein höheres Drehmoment erreicht, eine geringere axiale Baulänge hat, eine gute Wärmeableitung bietet und deren Reibring eine bessere Verschleißfestigkeit besitzt.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird eine gattungsgemäße Reibungsbremse oder -kupplung mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen:

a) der Reibring ist in radialer Richtung nach außen versetzt in einem Falz des Magnetgehäuses und in axialer Richtung bündig mit den Polringen abschließend angeordnet;

b) unter dem Reibring sind am Außenmantel des Magnetgehäuses Kühlrippen angeordnet, von denen eine als Auflage und Befestigungsgrund für den Reibring dient.

Eine nach dieser technischer Lehre ausgebildete Reibungsbremse oder -kupplung hat den Vorteil eines höheren Drehmomentes und einer geringeren axialen Baulänge, weil der Reibring radial nach außen versetzt um das Magnetgehäuse herum verläuft. Die axiale Verkürzung beträgt im Vergleich zu den
bekannten Reibungsbremsen oder -kupplungen ca. 10 - 15%. Unmittelbar damit verbunden ist der weitere technische Vorteil einer besseren Wärmeableitung, weil der Reibring nicht mehr die Magnetwicklung abdeckt und auf einer freistehenden Kühlrippe des Magnetgehäuses befestigt ist.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Reibungsbremse mit einem geteilt ausgebildeten Magnetgehäuse, dessen Innensteg mit dem äußeren Polring verbunden ist, und mit einem zwischen dem Innensteg und einem Anbauflansch angeordneten Permanentmagneten, wobei der Innensteg und der Permanentmagnet mit dem inneren Polring einen Luftspalt bilden, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der äußere Polring des Magnetgehäuses in Richtung auf den Anbauflansch mit einem dem Permanentmagneten anliegenden Magnetschenkel versehen, der unter Bildung eines Luftspaltes vor dem Anbauflansch endet. Diese Reibungsbremse zeichnet sich durch einen zwischen dem Anbauflansch und dem Magnetschenkel ausgebildeten zweiten Flußpfad aus, der für den elektromagnetischen Fluß einen geringeren Widerstand und für den dauermagnetischen Fluß einen relativ hohen Widerstand bewirkt.

Um die Verschleißfestigkeit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Reibungsbremse oder -kupplung zu verbessern, wird vorgeschlagen, den Reibring aus einem antimagnetischen Träger mit einer antimagnetischen Friktionsschicht herzustellen, wobei der Träger aus einem thermisch gut leitenden Material, beispielsweise Beryllium-Kupfer, und die Friktionsschicht aus einem keramischen Material hoher Dichte, beispielsweise Aluminiumoxyd, besteht, welches als Pulver im Plasma-Aufspritz-Verfahren aufgetragen ist. Dabei sind die Materialien des Trägers und der Friktionsschicht und deren Dicken so aufeinander abzustimmen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Reibringes dem des ferromagnetischen Materials des Magnetgehäuses entspricht. Die Werkstoffauswahl ist optimal, wenn bei einer Temperaturerhöhung über 293° K als normale Ausgangstemperatur die axiale Länge des inneren Polringes gleich oder größer als die des äußeren Polringes plus Permanentmagnet ist.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, bei einer bevorzugten Ausführungsform die Kühlrippen als vom Magnetgehäuse getrennte Bauteile auszuführen und aus einem antimagnetischen Material herzustellen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine arbeitsstrombetätigte Reibungsbremse

im Längsschnitt;

Fig. 2 eine ruhestrombetätigte Sicherheitsbremse

mit Permanentmagnet im Längsschnitt;

Fig. 3 einen Teil eines Reibringes im Quer

schnitt.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Reibungsbremse ist in einem ringförmigen Magnetgehäuse 1 eine Magnetwicklung 2 angeordnet, die im Arbeitsstrom liegt und mittels eines Schalters 3 erregt werden kann. Das Magnetgehäuse 1 wird gebildet von einem inneren Polring 4, einem äußeren Polring 5 und einen diese beiden verbindenden Innensteg 6. Das Magnetgehäuse 1 ist stationär und zusammen mit einem Anbauflansch 7 an einem nicht dargestellten - Motorgehäuse mittels Schrauben 8 befestigt.

Am äußeren Umfang des Magnetgehäuses 1 sind freistehende Kühlrippen 9 angeordnet, von denen eine einen umlaufenden Falz zurr. Einsetzen und Befestigen eines Reibringes 10 besitzt, der bündig mit den Polflächen der beiden Polringe 4, 5 abschließt.

Vor dem Magnetgehäuse 1 ist auf einer Welle 11 eine Nabe 12 drehfest angeordnet, an der eine Ankerscheibe 13 mittels Nie-

ten 14 und einer Ringfeder 15 in axialer Richtung federnd befestigt ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Reibungsbremse funktioniert folgendermaßen:

Im abgeschalteten Zustand, der in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellt worden ist, liegt zwischen den Polflächen der beiden Polringe 4, 5 und dem Reibring 10 einerseits sowie der Ankerscheibe andererseits ein geringer Luftspalt, so daß die Welle 11 frei durchdrehen kann. Sobald der Arbeitsstromkreis mit dem Schalter 3 geschlossen wird, verursacht die erregte Magnetwicklung 2 in dem Magnetgehäuse 1 und der Ankerscheibe 13 den gestrichelt dargestellten magnetischen Fluß, durch den die Ankerscheibe 13 angezogen und mit dem Reibring 10 in Kontakt gebracht wird. Dabei wird die Welle 11 abgebremst. Sobald der Arbeitsstromkreis mit dem Schalter 3 wieder unterbrochen worden ist, zieht die Ringfeder 15 die Ankerscheibe 13 wieder von dem Magnetgehäuse 1 und dem Reibring 10 ab.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Sicherheitsbremse ist das Magnetgehäuse 21 zweiteilig ausgebildet, so daß zwischen einem selbständigen inneren Polring 24 und einem selbständigen äusseren Polring 25 mit dem einteilig angeformten Innensteg 26 ein Luftspalt 27 entsteht. Der äußere Polring 25 ist in Richtung auf den Anbauflansch 7 mit einem Magnetschenkel 28 versehen, der mit dem Anbauflansch 7 einen Luftspalt 29 bildet.

Zwischen dem Innensteg 26 und dem Anbauflansch 7 ist ein Permanentmagnet 30 angeordnet, der vom inneren Polring 24 ebenfalls durch den Luftspalt 27 getrennt ist.

Die in der Fig. 2 dargestellte Sicherheitsbremse funktioniert folgendermaßen:

Wenn die im Ruhestrom liegende Magnetwicklung 2 durch Schliessen des Schalters 3 erregt worden ist, wird der mit einer punktierten Linie dargestellte dauermagnetische Kraftfluß von dem mit einer gestrichelten Linie dargestellten elektromagnetischen Kraftfluß überlagert und kompensiert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des Magnetgehäuses 21 mit dem Magnetschenkel 28 bilden sich zwei Flußpfade aus, weil sich der elektromagnetische Kraftfluß an der Abzweigung des Innensteges 26 vom äußeren Polring 25 aufteilt und auch über den Magnetschenkel 28 und den Anbauflansch 7 durch den inneren Polring 24 läuft. Dadurch kann der Innensteg 26 einen geringeren Flächenquerschnitt erhalten, wodurch eine zusätzliche Verkürzung der axialen Baulänge erzielt wird. Außerdem wird der dem elektromagnetischen Kraftfluß entgegenwirkende Widerstand geringer, so daß auch die Magnetwicklung 2 schwächer dimensioniert werden kann.

Im oberen Teil der Fig. 2 ist der vorstehend beschriebene Betriebszustand dargestellt worden, beim dem die Ankerscheibe 13 von den Polflächen der beiden Polringe 24, 25 und dem Reibring 10 abgezogen ist. In diesem Betriebszustand kann sich die Welle 11 frei durchdrehen.

Sobald der elektrische Strom durch Öffnen des Schalters 3 unterbrochen wird und die Magnetwicklung 2 nicht mehr erregt ist, zieht der mit einer punktierten Linie dargestellte dauermagnetische Kraftfluß die Ankerscheibe 13 an, so daß die Welle 11 abgebremst wird. Dieser Betriebszustand ist in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellt worden.

In Fig. 3 ist ein vergrößerter Abschnitt des Reibringes 10 im Querschnitt dargestellt worden. Der Reibring 10 besteht aus einem Träger 31 mit einer Friktionsschicht 32, die der Ankerscheibe 13 zugewandt ist.

- 10 -

	-. 10 -	t e	3501680
3 e ζ u g s	zeichenlis
1	Magnetgehäuse
2	Magnetwicklung
3	Schalter
4	Polring (innerer)
5	Polring (äußerer)
6	Innensteg
7	Anbauflansch
8	Schraube
9	Kühlrippe
10	Reibring
11	Welle
12	Nabe
13	Ankerscheibe
14	Niete
15	Ringfeder

21 Magnetgehäuse

24	Polring (innerer)
25	Polring (äußerer)
26	Innensteg
27	Luftspalt
28	Magnetschenkel
29	Luftspalt
30	Permanentmagnet
31	Träger
32	Friktionsschicht

- 11 -

Leerseite

Claims

: PATENTANWÄLTE ^ DIPL.-ING. ALEXSTENGER ζ Kaiser-Friedrich-Ring 70 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE D-4000 DÜSSELDORF 11 3501680 DIPL.-ING. H E I N Z J. RING EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Unser Zeichen: 25 762 Datum: 18. Januar 1985 Dipl.-Ing. Walter Krome, Bellscheider Weg 30, 4030 Ratingen 6 Patentansprüche

1. Magnetisch betätigte Reibungsbremse oder -kupplung mit

a) einem stationären, ferromagnetischen Magnetgehäuse (1, 21), in dem zwischen einem inneren Polring (4, 24) und einem äusseren Polring (5, 25) eine Magnetwicklung (2) angeordnet ist,

b) einem am Magnetgehäuse (1, 21) befestigten Reibring (10) und

c) einer in axialer Richtung federnd an einer Nabe (12) befestigten und ohne Arbeitsluftspalt arbeitenden Ankerscheibe (13) als Gegenreibelement, die drehfest mit einer Welle (11) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Reibring (10) in radialer Richtung nach außen versetzt in einem Falz des Magnetgehäuses (1, 21) und in axialer Richtung bündig mit den Polringen (4, 5; 24, 25) abschließend angeordnet ist und

e) unter dem Reibring (10) am Außenmantel des Magnetgehäuses (1, 21) Kühlrippen (9) angeordnet sind, von denen eine als Auflage und Befestigungsgrund für den Reibring (10) dient.

2. Reibungsbremse oder -kupplung nach Anspruch 1 mit einem geteilt ausgebildeten Magnetgehäuse (21), dessen Innensteg (26) mit dem äußeren Polring (25) verbunden ist, und mit einem zwischen dem Innensteg (26) und einem Anbauflansch (7) angeord-

neten Permanentmagneten (30), wobei der Innensteg (26) und der Permanentmagnet (30) von dem inneren Polring (24) durch einen Luftspalt (27) getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der äußere Polring (25) des Magnetgehäuses (21) in Richtung auf den Anbauflansch (7) einen dem Permanentmagneten (30) anliegenden Magnetschenkel (28) hat, der von dem Anbauflansch (7) durch einen Luftspalt (29) getrennt ist.

3. Reibungsbremse oder -kupplung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen zwischen dem Anbauflansch (7) und dem Magnetschenkel (28) ausgebildeten zweiten Flußpfad.

4. Reibungsbremse oder -kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (10) aus einem antimagnetischen Träger (31) mit einer antimagnetischen Friktionsschicht (32) besteht.

5. Reibungsbremse oder -kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (31) aus einem thermisch gut leitenden Material, beispielsweise Beryllium-Kupfer besteht.

6. Reibungsbremse oder -kupplung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Friktionsschicht (32) aus einem keramischen Material hoher Dichte, beispielsweise Aluminiumoxyd, besteht, welches in Pulverform im Plasma-Aufspritz-Verfahren aufgetragen ist.

7. Reibungsbremse oder -kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien des Trägers (31) und der Friktionsschicht (32) und deren Dicke so aufeinander abgestimmt sind, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Reibringes (10) dem des ferromagnetischen Materials des Magnetgehäuses (1, 21) entspricht.

— 3 —

8. Reibungsbremse oder -kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (9) aus antimagnetischem Material bestehen.

9. Reibungsbremse oder -kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kühlrippen (9) mehrere auf dem Umfang verteilte Ausnehmungen zum Einsetzen von Schrauben (8) angeordnet sind.