DE3527564A1 - Elektromechanische reibungsbremse - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Reibungsbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wie bekannt, werden auf verschiedenen technischen Gebieten elektromechanische Reibungsbremsen verwendet, die nicht nur in der Lage sind, mit entsprechender Zuverlässigkeit ein sich bewegendes Element, typischerweise ein sich drehendes Element anzutreiben und anzuhalten, sondern auch eine gegebene Endanhaltestellung zu sichern. In dieser Hinsicht sind elektromechanische Positionier-Reibungsbremsen für Nähmaschinen bekannt und weit verbreitet, welche Reibungsbremsen nicht nur ein unmittelbares Anhalten der Nähmaschinen sondern auch eine Endanhaltestellung sicher stellen, in der die Nadel sich am oberen oder unteren Totpunkt befindet.

Das Beispiel von Reibungsbremsen für Nähmaschinen ist von erheblicher Bedeutung, da es genau diese Maschinen sind, die Bremsen erfordern, die schwierigen Betriebsbedingungen standhalten müssen, wobei ein hoher Grad an Präzision im Hinblick auf das Anhalten sicherzustellen ist. In der Tat müssen diese Bremsen an rotierenden Elementen

wirken, die im allgemeinen Geschwindigkeiten im Bereich von 10 000 Umdrehungen pro Minute erreichen können, wobei während eines Nähvorganges die Anhalte- und Wiederanlaufphasen sich kontinuierlich wiederholen. In der Praxis muß die Bremse kontinuierlich wirken, ohne irgendwelche Anzeichen von Fehlern zu zeigen. Darüber hinaus muß im Falle dieser Maschinen die Bremse besonders klein hinsichtlich ihrer Abmessungen sein und muß insbesondere ein hohen Grad an Präzision beim Anhalten der Nadeln sicherstellen, andernfalls erhebliche bzw. ernsthafte Schwierigkeiten auftreten, wenn das Nähen wieder begonnen wird. Dies ist deshalb der Fall, weil die Stellung der Nadeln zu bspw. der Stellung eines Hakens in sehr naher Beziehung steht weil das Abschneiden des Fadens zu einem Faden führt, der sich leich aus den Nadeln und dem Haken ausfädeln kann, wenn der letztere sich nicht in genauer Stellung befindet. Die gegenwärtig bekannten Positionier-Reibungsbremsen für Nähmaschinen sind nach verschiedenen technischen Lösungen aufgebaut. Sie haben nichtsdestoweniger einige gemeinsame Bestandteile: Ein Schwungrad, das mit der Antriebswelle fest verbunden ist, eine Kupplungsbrems- oder - reibscheibe, die mit der angetriebenen Welle fest verbunden ist und bei Betätigung mit dem Schwungrad und der Anhaltevorrichtung selektiv in Wirkverbindung bringbar ist.

Gemeinsam ist auch das Vorsehen einer Steuer- und Betätigungsvorrichtung, die in der Lage ist, die Winkelstellung der angetriebenen Welle zu bestimmen und zumindest die selektive Wirkverbindung der Kupplungsscheibe zu bewirken. Diese Steuer- und Betätigungsvorrichtung enthält insbesondere sich drehende Schalter, die die genaue Stellung der angetriebenen Welle und der Elemente, einschließlich der von Hand betätigbaren, die auf die Kupplungsscheibe wirken, abtasten. Ist die Kupplungsscheibe eine normale starre Reibscheibe kann die Steuer- und Betätigungsvorrichtung die genannte Kupplungsscheibe zwischen dem Schwungrad und die Anhaltevorrichtung verschieben. Ist die Kupplungsscheibe eine elastische Scheibe, die auf magnetische Anziehung wirkt, verformt die Steuer- und Betätigungsvorrichtung diese elastische Scheibe, so daß diese entweder zum Schwungrad hin oder zur Anhaltevorrichtung gerichtet wird. In anderen Fällen wirkt die Steuer- und Betätigungsvorrichtung nach Art einer Impulsbremse oder wirkt sonst wie mittels magnetischer Anziehung auf eine Kupplungsscheibe, die insbesondere aus Magnetpartikeln gebildet ist.

In jedem Falle ist die Bremswirkung derart, daß sie die Anzahl der Umdrehungen der Kupplungsscheibe auf etwa 250 bis 300 Umdrehungen pro Minute verringert und dann diese sofort anhält, wenn eine vorbestimmte Position erreicht ist.

Bei diesem Vorgang führt die Nähmaschine nicht mehr als 3 bis 5 Stiche zwischen dem Stopp- bzw. Anhaltebefehl und dem endgültigen sofortigen Anhalten aus, das derart eintritt, daß die Nadel am oberen oder unterem Totpunkt bei sehr kleinem Fehlerbereich angeordnet ist.

Die erwähnte Anhaltevorrichtung kann verschieden ausgeführt sein, bspw. aus einfachen Teilen eines ortsfesten Gehäuses, das die Bremse umgibt, gegenüber dem die Kupplungsscheibe oder auch ein elektrischer Hilfsmotor, der sowohl die Winkelstellung als auch die axiale Stellung der Kupplungsscheibe steuert, in diskontinuierlicher Weise, angeordnet ist.

In jedem Falle sind alle gegenwärtig bekannten elektromechanischen Positionier-Reibungsbremsen auf dem insbesondere wichtigen Gebiet der Nähmaschinen mit speziellen Reibelementen versehen, die in die bereits erwähnten Vorrichtungen eingebracht und in der Lage sind, eine effektive Bremswirkung und einen Grad an Abnutzung, der zumindest innerhalb der Annehmbarkeitsgrenzen liegt; die unmittelbar aus der intensiven Nutzung dieser Maschinen resultiert, und die Notwendigkeit, diese so wenig wie möglich wegen Servicearbeiten oder Überholungen stillzusetzen, sicherstellen können. Diese Reibelemente sind ganz spezielle

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Teile, da sie ja in die Elemente eingesetzt werden müssen, die mit hohen Geschwindigkeiten rotieren, und dementsprechend müssen sie auch hinsichtlich ihres Gewichtes sehr leicht sein.

Um dieser Schwierigkeit und den entgegenstehenden Erfordernissen einer langen Lebensdauer, maximaler Leichtigkeit und eines geeigneten Reibungskoeffizienten zu genügen, sind die Reibelemente aus einer Mischung aus natürlichen und synthetischen Produkten, die in geeigneter Weise gemischt und behandelt sind, allgemein verwendet worden. Insbesondere sind Reibelemente aus Kork verwendet worden, und zwar wegen ihrer Leichtigkeit bzw. geringen Gewichts und wegen geringer Kosten und insbesondere wegen der Tatsache, daß sie mit öl geeigneter Viskosität durch und durch imprägniert werden können. Dieses öl schützt den Kork oder ähnliches Material vor unmittelbarem Kontakt und stellt wegen dessen Viskosität einen entsprechenden bzw. geeigneten Reibungskoeffizienten sicher.

Es ist gezeigt worden, daß, solange wie Kork oder ähnliches Material mit öl imprägniert bleibt, die Bremse ausreichende Charakteristiken besitzt, daß jedoch, sobald das öl aufgebraucht ist und die Bremswirkung aufgrund des direkten Kontaktes des Korks durchgeführt wird, der letztere auf einen

Punkt abgenutzt wird, an dem die Bremswirkung reduziert ist.

Es war bisher nicht möglich, diesen ernsten Nachteil dadurch zu überwinden, daß Reibelemente hergestellt werden, die groß in ihren Abmessungen sind, da ja Kork Biege- und Verdrehbeanspruchungen nicht standhalten kann: es muß in sehr dünnen Schichten angeordnet werden. Das Ergebnis dieser Tatsache war, daß die Menge an Öl, das innerhalb des Korks gespeichert ist, auch relativ begrenzt ist.

In der Praxis gibt es heutzutage elektromagnetische Positionier-Reibungsbremsen unterschiedlicher Konstruktionen, jedoch basieren alle, zumindest derzeit, hauptsächlich auf der Verwendung von Reibelementen, die aus Kork oder einer ähnlichen ölimprägnierten Mischung hergestellt sind. Demgemäß sind die Bremsen, die heutzutage existieren, niedrig im Gewicht und in vieler Hinsicht ausreichend und besitzen auch eine annehmbare Laufzeit, sie sind jedoch derart, daß die Bremsen ein kritisches Bauteil bei Industrienähmaschinen im Hinblick auf ihren Unterhalt bzw. Wartung bilden.

Unter diesen Umständen besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Aufgabe darin, eine elektromagnetische Reibungsbremse insbesondere der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Nachteile des gegen-

wärtigen Standes der Technik vermeidet und einen perfekten Betrieb und einen minimalen Abrieb über die Zeit sicherstellt und dabei einen einfachen und sehr praktischen Aufbau besitzt und unter geringen Kosten und in großen Stückzahlen von der Industrie auf diesem Gebiet hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer elektromagnetischen Reibungsbremse der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Die einzige Figur zeigt in teilweise geschnittener und abgebrochener Darstellung eine elektromechanische Positionierungs-Reibungsbremse gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Reibungs- bzw. Friktionsbremse insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet Die Reibungsbremse besitzt außen ein Gehäuse 2, durch das an einer Seite eine Antriebswelle 3 und auf der gegenüberliegenden Seite eine angetriebene Welle 4, das eine

Scheibe 5 trägt, dringen. Die Wellen 3 und 4 sind von geeigneten Lagern 6 gehalten.

Die Antriebswelle 3 ist mit einem Schwungrad 7, während die angetriebene Welle 4 mit einer Kupplungsscheibe 8, die dem Schwungrad gegenüberliegt und parallel zu diesem angeordnet ist, fest verbunden ist. Die Kupplungsscheibe 8 kann auf der einen Seite mit dem Schwungrad 7 und an der gegenüberliegenden Seite mit einer im Gehäuse 2 fest angeordneten Stopp- bzw. Anhaltevorrichtung 9 in Wirkverbindung bzw. in Eingriff sein. Um das Ineingriffsein bzw. die Wirkverbindung der Kupplungsscheibe 8 herzustellen, ist eine Steuer- und Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die die Winkelstellung der angetriebenen Welle 4 bestimmen kann und die zum Teil an sich bekannt und nicht dargestellt ist. Ein dargestellter Teil der Steuer- und Betätigungsvorrichtung besteht aus zwei oder mehr elektromagnetischen Spulen 10, die am Gehäuse 2 befestigt sind und auf die Kupplungsscheibe 8 wirken und diese betätigen. Die Spulen 10 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Kupplungsscheibe 8 angeordnet und miteinander nicht in einer Flucht, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden. Bei der gezeigten technischen Lösung wirken die Spulen 10 in vorteilhafter Weise auf Platten 11, die die gegenüberliegenden Hauptflächen der Kupplungsscheibe 8 bilden.

Die Platten 11 sind an der Kupplungsscheibe 8 rotationsfest angeordnet, können jedoch von dieser um einen kleinen Betrag entfernt werden, der ausreichen ist, eine Wirkverbindung der Scheibe mit dem Schwungrad 7 und alternativ mit dem Gehäuse 2 zu ermöglichen. Um eine solche Wirkverbindung mit der Kupplungsscheibe 8 zu erreichen, ist es möglich, bspw. Schrauben,die die Platten

11 mit Spiel festhalten, oder einfache Zähne, die mit der Kupplungsplatte 8 kämmen, vorzusehen.

Vorgesehen sind auch Reib- bzw. Friktionselemente, die durch feste Anlage bzw. Berührung in gegenseitigen Eingriff bringbar sind und die zwischen dem Schwungrad 7, der Kupplungsscheibe 8 im Bereich deren Platte 11 und der Anhaltevorrichtung 9, die durch das Gehäuse 2 bestimmt ist, wirksam sind. Diese Reibelemente sind im dargestellten Beispiel in Kontaktelemente 12, die aneinander abgewandten Seiten mit den Platten 11 in Eingriff sind, und in Gegenelemente 13 unterteilt, die den Kontaktelementen

12 gegenüberliegen und mit dem Schwungrad 7 und bzw. mit dem Gehäuse 2 in Wirkverbindung bzw. in Eingriff sind. Alle Reibelemente 12 und 13 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Ringes ausgebildet.

In vorteilhafterweise sind die Kontaktelemente 12 aus einer Mischung aus natürlichen und synthetischen Produkten,

die in geeigneter Weise gemischt und mit Öl imprägniert sind, insbesondere Kork hergestellt. Andererseits sind die Gegenelemente 13 in vorteilhafter Weise aus einem ölimprägnierten, gesinterten, metallischen Material hergestellt. Das genannte öl imprägnierte, gesinterte, metallische Material bildet Gegenelemente 13 relativ großen Volumens, das beträchtlich größer ist als das der Kontaktelemente 12 aus Kork. Darüber hinaus ist das Volumen des Gegenelementes 13, das mit dem Schwungrad 7 in Wirkverbindung ist, gleich dem Volumen des Gegenelementes 13, das mit dem Gehäuse 2 in Wirkverbindung ist. Da das letztere einen Durchmesser besitzt, der größer ist als der des zuvor Erwähnten, besitzt es einen kleineren Querschnitt, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Die dargestellten Abmessungen sind jedoch für die Zwecke vorliegender Erfindung nicht bindend.

Die Betriebsweise der elektromechanischen Positionierbremse gemäß vorliegender Erfindung ist folgende:

Zunächst dreht sich die Antriebswelle 3 mit hoher Geschwindigkeit zusammen mit dem Schwungrad 7 und der Kupplungsscheibe 8 ebenso wie die zugeordnete angetriebene Welle 4. In Folge der Wirkung der Spulen 10, die dem

Schwungrad 7 benachbart angeordnet sind, besitzt die Platte 11, die dem Schwungrad 7 gegenüberliegt, Kontaktelemente 12, die mit den entsprechenden Gegenelementen 13 in Wirkverbindung sind. Unter normalen Betriebsbedingungen tritt zwischen diesen Reibelementen 12 und 13 keine Gleitbewegung auf. Es sei hervorgehoben, daß die fragliche Platte 11, während ihre eigenen Kontaktelemente

12 mit den zugeordneten Gegenelementen 13 in Wirkverbindung sind,von den Spulen 10, die dem Schwungrad 7 benachbart sind, etwas entfernt ist. Wird der Befehl gegeben, die angetriebene Welle 4 anzuhalten, hört die Zugwirkung, die von den Spulen 10, die dem Schwungrad 7 benachbart angeordnet sind, ausgeübt wird, auf und die Spulen 10 am Gehäuse 2, die diesen gegenüberliegend angeordnet sind, werden zugeschaltet. Die letzteren ziehen die betreffende Platte 11 der Kupplungsscheibe 8 an, die deshalb ihre eigenen Kontaktelemente 12 an die betreffenden Gegenelemente

13 heran bringt. Die Differenz in der Winkelgeschwindigkeit zwischen den Elementen ist sehr groß, jedoch "brennt" bzw. "verschmort" der Kork oder ähnliches Material, das die Kontaktelemente 12 bildet, nicht, und.zwar dank des Vorhandenseins von öl, das aufgrund seiner Viskosität den Reibungskoeffizienten bestimmt.

Die Kupplungsscheibe 8 wird durch kontinuierliche Wirkung oder auch, wenn dies geeignet ist, durch eine Reihe von

Impulsen solange verlangsamt, bis sie eine Winkelgeschwindigkeit von etwa 250 bis 300 Umdrehungen pro Minute erreicht. An diesem Punkt wirkt die Steuer- und Betätigungsvorrichtung auf die Spulen 10, um so zu ermöglichen, daß die Kupplungsscheibe 8 sich frei drehen kann, bis sie die vorbestimmte Winkelstellung erreicht hat. Die Spulen 10 kommen wieder so¹ zur Wirkung, daß die Kupplungsscheibe 8 sofort angehalten wird, indem diese mit dem Gehäuse 2 kraftmäßig verbunden wird. Diese Bremswirkung kann sehr oft wiederholt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Hauptreibelemente aus Kork oder ähnlichen Materialien brennen bzw. verschmoren. Selbst wenn in letzterem das sich darin befindliche öl aufgebraucht ist, sind die Gegenelemente 13 aus gesintertem metallischem Material in der Lage, über eine lange Zeit mit Hilfe der kapilaren Wirkung das Öl, das sich innerhalb angesammelt hat, zu liefern. In der Praxis bildet das gesinterte metallische Material einen tatsächlichen Vorratsbehälter für Öl und das Öl wird durch die aus der Reibung resultierende Wärme und durch die durch dieselbe Reibung erzeugte Saugwirkung kontinuierlich auf die Oberfläche gebracht.

Zahlreiche praktische Versuche haben gezeigt, daß die Erfindung die vorgeschlagenen Ziele erreicht. Insbesondere hat die neue elektromechanische Bremse bewiesen, daß sie extrem zuverlässig ist, und die Reibelemente aus

öl imprägniertem, gesintertem, metallischem Material haben gezeigt, daß sie im Verhältnis zur Lebensdauer der Bremse ein praktisch unerschöpfliches Reservat an Öl und somit in der Lage sind, auch dann, wenn sich in den Kontaktelementen aus Kork oder ähnlichem Material überhaupt kein Öl mehr befindet, zu funktionieren. Es sei auch auf die einfache und praktische Art der hergestellten Bremse verwiesen, und darauf, daß sie in der Ruhestellung die Kupplungsscheibe zurückbehält, so daß diese frei und außer Betrieb bzw. im Leerlauf ist, wodurch auch eine vorzunehmende manuelle Einstellung möglich ist.

Die Reibungs- bzw. Friktionsbremse kann in einfacher Weise an verschiedenen Vorrichtungen, insbesondere in Nähmaschinen angewendet werden.

Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung zahlreiche Modifikationen und Änderungen innerhalb des Rahmens vorliegender Erfindung beinhaltet. Bspw. kann die Funktion des ölvorratsbehälters auch durch andere poröse Materialien erfüllt werden und die Porosität der genannten Materialien kann, wenn notwendig, durch geeignete kleine Kanäle oder Leitungen oder Labyrinte ersetzt werden. Alle Merkmale können auch durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden. Die verwendeten Materialien, Formen und Abmessungen können entsprechend den Anforderungen hinsichtlich Art und Größe gewählt werden.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Elektromechanische Reibungsbremse, insbesondere zum Antreiben und Anhalten eines rotierenden Elementes in vorbestimmten Stellungen, mit mindestens einem mit einer Antriebswelle fest verbundenen Schwungrad, mit mindestens einer Kupplungsscheibe, die mit der angetriebenen Welle fest verbunden und bei Betätigung mit dem Schwungrad und einer Anhaltevorrichtung selektiv in Eingriff bringbar ist, mit einer Steuer- und Betätigungsvorrichtung, die die Winkelstellung der angetriebenen Welle bestimmt und zumindest die selektive Wirkverbindung der Kupplungsscheibe bewirkt, und mit mehreren Reibelementen, die durch feste Anlage unter Zwischenfügen von Öl geeigneter Viskosität in

gegenseitigen Eingriff bringbar sind und die zwischen dem Schwungrad, der Kupplungsscheibe und der Anhaltevorrichtung wirken,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Reibelemente (12, 13) der elektromechanischen Reibungsbremse (1) zumindest teilweise aus einem ölimprägnierten, gesinterten, metallischen Material hergestellt sind, und daß das genannte öl imprägnierte, metallische Material ein poröses Vorratsbehältnis, durch das aufgrund kapilarer Wirkung Öl zuführbar ist.

2. Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibelemente in Kontaktelemente (12), die aus einer Mischung aus natürlichen und synthetischen Produkten hergestellt sind, die in geeigneter Weise gemischt und behandelt und mit Öl imprägniert sind, und in Gegenelemente (13) unterteilt sind, die aus einem porösen, ölimprägnierten, gesinterten, metallischen Material hergestellt sind.

3. Reibungsbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (12) im wesentlichen aus Kork sind.

4. Reibungsbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (12) an den einander gegenüberliegenden Seiten der Kupplungsscheibe (8) befestigt sind.

5. Reibungsbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßdie Gegenelemente (13) im wesentlichen ringförmig und am Schwungrad (7) und der Anhaltevorrichtung (9) befestigt sind.

6. Reibungsbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhaltevorrichtung (9) im wesentlichen durch das feststehende Gehäuse (2), das die Bremse (1) umgibt, gebildet ist.

7. Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Betätigungsvorrichtung elektromagnetische Spulen (10) enthält, die mit dem ortsfesten Gehäuse (2), das die Bremse (1) umgibt, fest verbunden ist und auf gegenüberliegenden Flächen (11) der Kupplungs· scheibe (8) wirken.

8. Reibungsbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen der Kupplungsscheibe (8) durch Platten (11) definiert sind, die mit der

Scheibe (8) drehfest sind und zum Schwungrad (7) und dem Gehäuse (2) hin ausenander bewegbar.

9. Reibungsbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (8) in ihrer Ruhestellung mit

Spiel angeordnet und zwischen dem Schwungrad (7) und dem Gehäuse (2) drehbar ist.