DE69010872T2 - Elektromagnetische Reibungsbremse. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Reibungsbremse und insbesondere eine Bremse desselben allgemeinen Typs, wie in dem US-Patent 4,344,056 beschrieben ist.
• Eine solche Bremse hat einen Elektromagneten mit einem Reibungsbelag, der mit einer rotierenden Scheibe in Eingriff treten und diese abbremsen kann, wenn der Elektromagnet erregt wird. Der Elektromagnet ist auf einem fixierten Halteelement mit Hilfe eines Paares von Stiften abgestützt, die in Bohrungen im Elektromagneten hineinragen. Die Stifte haben einen Abstand voneinander in einer Richtung allgemein im Winkel zur Scheibe, und sie halten den Elektromagneten gegen eine Bewegung radial zur Scheibe. Wenn die Bremse eingerückt ist, nehmen die Stifte den Winkel-Schub auf, der auf den Elektromagneten ausgeübt wird, weil die Scheibe gegen den Reibungsbelag einwirkt.
• In bisherigen Bremsen dieses Typs neigt der Reibungsbelag dazu, sich ungleich abzunutzen, und er ist einem stärkeren Verschleiß an seinem vorderen Rand ausgesetzt, das heißt an dem Rand, der zuerst in Kontakt mit der Scheibe gelangt, wenn die Scheibe in normaler vorgegebener Richtung rotiert. Als Folge hiervon entsteht am vorderen Randabschnitt des Belages eine allgemein keilförmige Ausbildung, wodurch die Lebensdauer der Bremse reduziert wird.
• Die allgemeine Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, eine neue und verbesserte Bremse des vorgenannten Typs zu schaffen, bei welcher der Verschleiß gleichmäßiger längs des Reibungsbelages verteilt wird, um der Bremse eine längere wirksame Lebenszeit zu geben.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das vorgenannte Ziel durch neuartig angeordnete Haltestifte zu erreichen, welche die Kraft reduzieren, die auf den vorderen Randabschnitt des Reibungsbelages durch die Scheibe ausgeübt wird, um dadurch den Verschleiß zu vermindern, der am vorderen Randabschnitt auftritt.
• Insbesondere betrifft die Erfindung eine Bremse, bei der einer der Montagestifte den gesamten Winkel-Schub aufnimmt, der auf den Elektromagneten ausgeübt wird, während der andere Stift dazu beiträgt, den Magneten radial zu halten, ohne einen Winkel-Schub aufzunehmen.
• Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
• Figur 1 eine vordere Teilansicht einer Ausführungsform einer neuen und verbesserten elektromagnetischen Reibungsbremse zeigt, welche die Merkmale der Erfindung enthält.
• Figur 2 zeigt vergrößert einen Schnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 von Fig. 1.
• Figuren 3 und 4 zeigen vergrößerte Teilschnitte im wesentlichen längs den Linien 3-3 und 4-4 von Fig. 2.
• Figur 5 zeigt eine Teil-Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer Bremse nach der Erfindung, wobei einige Teile aufgebrochen und im Schnitt dargestellt sind.
• Figur 6 zeigt ähnlich wie Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform.
• Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Erfindung als Teil einer elektromagnetischen Reibungsbremse 10 verkörpert. Die Bremse hat einen Elektomagneten 11, eine kreisförmige Scheibe oder einen Anker 12 aus Stahl, der durch eine angetriebene Welle 13 in Drehung versetzt werden kann. Wenn der Elektromagnet 11 erregt ist, tritt er in Reibungseingriff mit dem Anker 12 und bremst diesen ab. Im vorliegenden Beispiel ist die Bremse eine Zug-Bremse eines Typs, wie er bei Textilmaschinen verwendet wird. Wenn der Magnet 11 erregt ist, so stoppt er den Anker nicht vollständig, sondern legt eine Bremskraft an ihn an, um die Drehzahl der Welle 13 zu steuern bzw. zu kontrollieren.
• Größtenteils hat der Elektromagnet 11 denselben Aufbau wie in dem US-Patent 4,344,056 beschrieben ist und wird daher nur kurz erläutert. Der Magnet hat eine flache Platte 14 (Fig. 2), die aus Stahlblech gepreßt ist und einen zentralen Zapfen 15 sowie zwei äußere Zapfen 16 und 17 trägt, die aus Stahl oder einem anderen Material mit niedriger Reluktanz bestehen. Teleskopartig über dem zentralen Zapfen ist eine elektrische Wicklung 18 zur Erzeugung eines magnetischen Flusses angeordnet. Wenn die Wicklung durch eine Spannungsquelle erregt wird, bildet der zentrale Zapfen 15 einen Magnetpol mit einer Polarität, während die beiden äußeren Zapfen 16 und 17 Magnetpole der entgegengesetzten Polarität bilden. Der magnetische Fluß folgt zwei Bahnen, wobei jede Bahn von dem mittleren Zapfen 15 ausgeht über den Anker 12, dann zu einem der äußeren Zapfen 16, 17 und dann zurück zum mittleren Zapfen über die Platte 14. Dieser Fluß zieht den Elektromagneten an den Anker an und bewirkt, daß ein Reibungsbelag 20 am Magneten die Drehung des Ankers abbremst.
• Der Reibungsbelag 20 besteht aus einer Platine 21 (Fig. 2) aus Reibungsmaterial (z.B. einem Bremsbelag) und aus Stahleinsätzen 22, 23 und 24 mit niedriger Reluktanz, die an Ort und Stelle im Reibungsmaterial ausgeformt sind und Polflächen für die Zapfen 15, 16 und 17 bilden. Eine Schraube 25 hält den mittleren Einsatz 22 am Zapfen 15, während Dübel 26 die Einsätze 23 und 24 relativ zu den Zapfen 16 und 17 festlegen.
• Zur Abstützung des Magneten 11 ist ein Halteelement oder ein Bügel 30 (Fig. 1) in einer fixierten Position an einem stationären Rahmen 31 verankert. Zwei Stifte 33 und 34 (Fig. 2) sind am Haltebügel 30 befestigt und erstrecken sich in Bohrungen 35 und 36, die in den Zapfen 16 und 17 entsprechend ausgebildet sind. Schraubenfedern 37 sind teleskopartig über die Stifte zwischen der Platte 14 und dem Bügel 30 geschoben und drücken den Magneten 11 leicht gegen den Anker 12.
• Nach der Erfindung sind die Haltestifte 33 und 34 um die Löcher 35 und 36 so angeordnet, daß einer der Stifte den gesamten Winkel-Schub aufnimmt, der auf den Elektromagneten 11 durch den Anker 12 ausgeübt wird, während der andere Stift nur zur radialen Halterung benutzt wird, jedoch keinen Winkel-Schub aufnimmt. Die Verteilung der Belastung auf die Stifte in dieser Weise reduziert den ungleichen Verschleiß des Reibungsbelages 21 und bewirkt, daß der Belag sich gleichmäßiger über seine Länge abnutzt, so daß die Lebensdauer des Belages vergrößert wird.
• In der in den Figuren 1 - 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung haben die Löcher 35 und 36 kreisförmigen Querschnitt, während die Stifte 33 und 34 elliptischen Querschnitt haben. Wenn die normale Drehrichtung des Ankers 12 in Uhrzeigerrichtung erfolgt (Fig. 1), ist der Stift 33 im Loch 35 so ausgerichtet, daß die lange Achse der Ellipse, die durch den Stift 33 definiert wird, sich allgemein radial zum Anker erstreckt. Im Gegensatz hierzu ist der Stift 34 in der Bohrung 36 so ausgerichtet, daß die lange Achse seiner Ellipse allgemein im Winkel zum Anker verläuft. Nachfolgend wird der Stift 33 als der führende Stift bezeichnet, weil, wenn der Anker sich in normaler Uhrzeigerrichtung dreht, ein gegebener Punkt am Anker zunächst den Stift 33 passiert, ehe er zwischen den Stiften verläuft und dann den Stift 34 passiert. Der letztgenannte Stift wird daher hier als der nacheilende Stift bezeichnet.
• Wie sich deutlich aus Figur 3 ergibt, ist der nacheilende Stift 34 in der Bohrung 36 so positioniert, daß seine Achse 40 im Winkel versetzt zur Achse 41 der Bohrung ist in einer Richtung allgemein entgegengesetzt zur Drehrichtung des Ankers 12. Der führende Stift 33 jedoch ist so angeordnet, daß seine Achse 42 allgemein mit der Achse der Bohrung 35 zusammenfällt (Fig. 4). Bei dieser Anordnung liegt die nacheilende Seite der Bohrung 36 am nacheilenden Stift 34 an und bewirkt, daß ein Winkel-Schub, der durch den Anker 12 auf den Elektromagneten 11 ausgeübt wird, auf diesen Stift übertragen wird. Eine solche Anordnung hält die nacheilende Seite der Bohrung 35 außer Eingriff mit dem führenden Stift 33, um zu vermeiden, daß der führende Stift mit einem Winkel-Schub belastet wird. Infolge seiner elliptischen Form und seiner Ausrichtung im Winkel, kann der führende Stift 33 jedoch in Eingriff mit der Bohrung 35 treten, um den Elektromagneten radial vom Anker abzuhalten.
• Ein modifizierter Elektromagnet 11' ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher Teile, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch dieselben, jedoch mit Strich versehenen Bezugszeichen,bezeichnet sind. In der Ausführungsform nach Fig. 5 haben die Stifte 33' und 34' kreisförmigen Querschnitt, ebenso wie die Bohrungen 35' und 36', die Stifte sind jedoch im Durchmesser deutlich kleiner als die Bohrungen. Außerdem sind die Stifte exzentrisch bezüglich der Bohrungen angeordnet, so daß der Abstand A zwischen den Stiften kleiner ist als der Abstand B zwischen den Bohrungen. Wenn somit der Anker 12 sich in Uhrzeigerrichtung dreht, tritt die nacheilende Seite der Bohrung 36' in Eingriff mit dem nacheilenden Stift 34' und hält die nacheilende Seite der Bohrung 35' außer Eingriff mit dem führenden Stift 33'. Wie zuvor, wird der Winkel-Schub von dem nacheilenden Stift 34' aufgenommen, während der führende Stift 33' die radiale Abhaltung bewirkt und nicht durch den Winkel-Schub belastet wird.
• Da der Winkel-Schub allein durch die nacheilenden Stifte 34, 34' aufgenommen wird, wird der Verschleiß an der führenden Kante (d.h. an der rechten Kante in Fig. 2) des Reibungsbelages 21, wo der Anekr 11 zuerst in Kontakt mit dem Belag tritt, deutlich reduziert. Beispielsweise ist die Reaktionskraft FR, die gegen die führende Kante des Reibungsbelages wirkt, gleich
• Worin F die Scherkraft ist, welche auf die führende Kante des Reibungsbelages wirkt.
• X ist der Abstand zwischen dem Wirkpunkt der Scherkraft und einem willkürlichen Kontaktpunkt an einem Stift 33, 33' oder 34, 34'.
• Y ist der Abstand zwischen dem Punkt der Reaktionskraft FR und dem Kontaktpunkt.
• Indem der Kontaktpunkt an den nacheilenden Stift 34, 34' gelegt wird und damit die Größe von Y groß gemacht wird, wird die Reaktionskraft FR gegen die führende Kante des Belages 21 klein im Vergleich zu einem Fall, in welchem der Kontaktpunkt am führenden Stift 33, 33' liegt und der Wert von Y klein ist. Weil die Reaktionskraft klein ist, wird ein beschleunigter Verschleiß, der sonst an der führenden Kante des Belages auftritt, reduziert, um den Verschleiß gleichmäßiger längs des Belages zu verteilen und dadurch die Lebensdauer des Belages zu steigern.
• Wenn die normale Drehrichtung im Gegenuhrzeiger erfolgt, werden die Stifte umgekehrt zu der gezeigten Lage angeordnet, so daß der gesamte Winkel-Schub von den Stiften 33, 33' aufgenommen wird.
• Fig. 6 zeigt eine Anordnung, die bei Anwendungsfällen vorgezogen wird, in denen der Anker 12 sowohl in Uhrzeigerrichtung als auch in Gegenuhrzeigerrichtung rotiert. Bei der in Fig. 6 gezeigten Bremse 11" ist jeder der Stifte 33" und 34" allgemein D-förmig ausgebildet, aber die Stifte blicken in entgegengesetzte Umfangsrichtungen, wobei die ebene Seite jedes Stiftes auf das angrenzende Ende des Magnetes zu gerichtet ist. Der Durchmesser der Stifte ist kleiner als der Durchmesser der Löcher 35" und 36" , jedoch ist der Abstand C zwischen den Stiften gleich dem Abstand D zwischen den Löchern.
• Wie zuvor, führt eine Uhrzeigerdrehung des Ankers 12 dazu, daß die nacheilende Seite der Bohrung 36" in Eingriff mit dem nacheilenden Stift 34" tritt,und wegen der flachen Ausbildung des führenden Stiftes 33" wird die nacheilende Seite der Bohrung 35" außer Eingriff mit dem führenden Stift gehalten. Wenn der Anker sich in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, tritt die Bohrung 35" im Winkel in Eingriff mit der runden Seite des Stiftes 33", die Bohrung 36" wird jedoch daran gehindert, einen Winkel-Schub auf die flache Seite des Stiftes 3411 auszuüben. Der Stift, der mit dem Winkel-Schub nicht belastet wird, bewirkt dann die radiale Abhaltung.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Reibungsbremse (10) mit (A) einer Scheibe (12), die einen Anker bildet und die normalerweise in einer vorgegebenen Richtung drehbar ist,

(B) einem Halteelement (30), das in einer stationären Position relativ zu der Scheibe (12) angeordnet ist,

(C) einem Elektromagneten (11), der an dem Halteelement (30) befestigt ist und einen Bremsbelag aufweist, der in Eingriff mit einer Fläche der Scheibe (12) treten kann und die Rotation der Scheibe (12) durch Reibung abbremst, wenn der Elektromagnet (11) sich in einem vorgegebenen Erregungszustand befindet,

(D) wobei der Elektromagnet (11) erste und zweite Bohrungen (35, 36) aufweist, welche einen Winkelabstand voneinander bezüglich der Scheibe (12) haben, wodurch ein gegebener Punkt der Scheibe (12) an der ersten Bohrung (35) vorbeiläuft, dann zwischen der ersten Bohrung (35) und der zweiten Bohrung (36), worauf er an der zweiten Bohrung (36) vorbeiläuft, wenn die Scheibe (12) sich in der vorgegebenen Richtung dreht,

(E) ersten und zweiten Stiften (33, 34) , die von dem Halteelement (30) vor und in die Bohrungen (35, 36) entsprechend hineinragen, um den Elektromagneten (11) am Halteelement (30) zu befestigen, dadurch gekennzeichnet, daß

(F) der erste Stift (33) mit der ersten Bohrung (35) in Eingriff bringbar ist, um einen radialen Schub aufzunehmen, der auf den Elektromagneten (11) in einer Richtung radial zur Scheibe (12) wirkt,

(G) ferner, daß der zweite Stift (34) in Eingriff mit der zweiten Bohrung (36) bringbar ist, um

(a) einen Winkel-Schub aufzunehmen, der auf den Elektromagneten (11) in einer Richtung im Winkel zur Scheibe (12) wirkt, und

(b) um zu verhindern, daß die erste Bohrung (35) und der erste Stift (33) durch diesen Winkel-Schub belastet werden, wenn die Scheibe (12) sich in der vorgegebenen Richtung dreht.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (35, 36) kreisförmigen Querschnitt haben, daß jeder der Stifte (33, 34) allgemein elliptischen Querschnitt hat, daß die lange Achse der Ellipse, die durch den ersten Stift (33) definiert ist, sich allgemein radial zur Scheibe (12) erstreckt, und daß die lange Achse der Ellipse, die durch den zweiten Stift (34) definiert ist, sich allgemein im Winkel zur Scheibe (12) erstreckt.

3. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (35, 36) und die Stifte (33, 34) kreisförmigen Querschnitt haben, daß die Stifte (33, 34) und die Bohrungen (35, 36) so bemessen und angeordnet sind, daß eine Seite der zweiten Bohrung (36) in Eingriff mit einer Seite des zweiten Stiftes (34) tritt, wenn die Scheibe (12) sich in der vorgegebenen Richtung dreht, und daß die entsprechende Seite der ersten Bohrung (35) außer Eingriff mit dem ersten Stift (33) gehalten wird.

4. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (35, 36) allgemein kreisförmigen Querschnitt haben, daß die Stifte (33, 34) einen allgemein D-förmigen Querschnitt haben und jeder eine runde Seite und eine entlastete Seite hat, daß die Stifte (33, 34) so ausgerichtet und angeordnet sind, daß (A) eine Seite der zweiten Bohrung (36) in Eingriff mit der runden Seite des zweiten Stiftes (34) tritt, wenn die Scheibe (12) sich in der vorgegebenen Richtung dreht und die entsprechende Seite der zweiten Bohrung (35) außer Eingriff mit der entlasteten Seite des ersten Stiftes (33) gehalten wird, und daß (B) eine Seite der ersten Bohrung (35) in Eingriff mit der runden Seite des ersten Stiftes (33) tritt, wenn die Scheibe (12) sich entgegengesetzt zu der vorgegebenen Richtung dreht und die entsprechende Seite der zweiten Bohrung (36) außer Eingriff mit der entlasteten Seite des zweiten Stiftes (34) gehalten wird.