WO2008095949A1

WO2008095949A1 - Reibungsbremse mit einer zwischen zwei bremselementen vorgesehenen kontaktfläche

Info

Publication number: WO2008095949A1
Application number: PCT/EP2008/051435
Authority: WO
Inventors: Marcus Ziegler
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2008-08-14
Also published as: US8464847B2; DE102007006164A1; US20090321194A1

Abstract

Die Reibungsbremse ist für eine Welle und ein Aufnahmeteil bestimmt, die relativ zueinander um eine Drehachse (3) drehbar sind. Sie hat zwei Bremselemente, von denen das erste Bremselement eine erste Reibfläche (24) aufweist und mechanisch mit dem Aufnahmeteil zu verbinden ist sowie das zweite Bremselement eine zweite Reibfläche (25) aufweist und mechanisch mit der Welle zu verbinden ist. Die zu- oder abschaltbare Kraftwirkung eines Betätigungsmechanismus presst die beiden Bremselemente während eines Brems- oder Haltevorgangs so gegeneinander, dass die beiden Reibflächen (24, 25) aneinander anliegen und sich im Bereich einer Kontaktfläche (29, 30) berühren. Die Kontaktfläche (29, 30) erfasst zu jedem Zeitpunkt während eines Brems- oder Haltevorgangs von jeder der beiden Reibflächen (24, 25) nur einen Teil. Die relative Position der Kontaktfläche (29, 30) bezüglich jeder der beiden Reibflächen (24, 25) verändert sich während eines Bremsvorgangs.

Description

Beschreibung

Reibungsbremse mit einer zwischen zwei Bremselementen vorgesehenen Kontaktfläche

Die Erfindung betrifft eine Reibungsbremse für eine Welle und ein Aufnahmeteil, die relativ zueinander um eine Drehachse drehbar sind, umfassend zwei Bremselemente, von denen das erste Bremselement eine erste Reibfläche aufweist und mecha- nisch mit dem Lager zu verbinden ist sowie das zweite Bremselement eine zweite Reibfläche aufweist und mechanisch mit der Welle zu verbinden ist, und einen Betätigungsmechanismus, dessen zu- oder abschaltbare Kraftwirkung die beiden Bremselemente während eines Brems- oder Haltevorgangs so gegenein- ander presst, dass die beiden Reibflächen aneinander anliegen und sich im Bereich einer Kontaktfläche berühren.

Eine derartige Reibungsbremse ist beispielsweise aus der DE 100 46 903 C2 bekannt. Sie ist eine Notstop- oder Halte- bremse eines elektrischen Antriebs. Die gegeneinander wirkenden Reibflächen dieser Reibungsbremse sind gleich groß und beide kreisringförmig. Sie bilden jeweils in ihrer Gänze die während des Brems-/Haltevorgangs gegebene Kontaktfläche. Letztere sollte bei einer derartigen magnetisch erregten und gesteuerten Reibungsbremse einerseits nicht zu groß sein, um die hier hindurchtretende Magnetflussdichte und damit die erzielbare magnetische Haltekraft zu maximieren. Andererseits ist zur Wärmeabfuhr eine möglichst große Fläche wünschenswert. Der in der Praxis diesbezüglich stets zu schließende Kompromiss kann insbesondere bei starken oder langen Bremsvorgängen dazu führen, dass sich an den Reibflächen ein Wärmestau ausbildet. Als Folge der resultierenden Überhitzung kann es zu einer reduzierten Brems- oder Haltewirkung kommen.

Auch bei anderen bekannten Reibungsbremsen, wie z.B. bei den in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Scheibenbremsen, kann aufgrund zu starker Wärmeentwicklung an einer der beteiligten Reibflächen eine Verschlechterung des Bremsverhaltens eintreten .

Zur Vermeidung einer Überhitzung werden auch innen belüftete Bremsscheiben verwendet. Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Stahls der Bremsscheiben zeigt diese Maßnahme bei starkem kurzzeitigen Bremsen keine Wirkung.

Bei Zweirädern sind gelochte Bremsscheiben verwendet worden, um den bei Feuchtigkeit an der Reibfläche entstehenden Dampfdruck zu reduzieren. Auch dadurch lässt sich eine Überhitzung der Reibflächen nicht in jedem Fall ausschließen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Rei- bungsbremse der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die auch bei starken oder langen Bremsvorgängen zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Reibungsbremse zeich- net sich dadurch aus, dass die beiden Reibflächen so ausgelegt sind, dass die Kontaktfläche zu jedem Zeitpunkt während eines Brems- oder Haltevorgangs von jeder der beiden Reibflächen nur einen Teil erfasst, und sich die relative Position der Kontaktfläche bezüglich jeder der beiden Reibflächen wäh- rend eines Bremsvorgangs verändert.

Bei der erfindungsgemäßen Reibungsbremse ist die Kontaktfläche, an der aktuell Reibungswärme entsteht, stets kleiner als die beiden Reibflächen. Außerdem verändert die Kontaktfläche insbesondere kontinuierlich ihre Position bezüglich jeder Reibfläche. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn die beiden Reibflächen keine Rotations- oder Kreissymmetrie bezüglich der Drehachse aufweisen. Beide Reibflächen sind also vorzugsweise rotations- bzw. kreisunsymmetrisch bezüglich der Drehachse. Außerdem unterscheiden sich beide Reibflächen insbesondere in ihrer geometrischen Form voneinander. Bevorzugt kann sich während des Bremsvorgangs neben der Position auch die Form und/oder die Größe der Kontaktfläche ändern. Folg- lieh ist von jeder der beiden Reibflächen zu einem bestimmten Zeitpunkt immer nur ein Teil an der Bremsreibung beteiligt. Die übrigen zu diesem Zeitpunkt unbeteiligten Bereiche der beiden Reibflächen können solange Wärmeenergie abstrahlen, bis sie wieder von der wandernden Kontaktfläche erfasst und an der Bremsreibung beteiligt werden. Während einer Relativdrehung um 360° zwischen den beiden Reibflächen ist vorzugsweise jeder Bereich der Reibflächen mindestens einmal Teil der Kontaktfläche.

Dadurch verteilt sich die entstehende Reibungswärme auf die verglichen mit der Kontaktfläche größeren Reibflächen. Außerdem führt die Radiation, die an den von der Kontaktfläche nicht erfassten Bereichen der Reibfläche stattfindet, zu ei- ner Abkühlung. Zusätzlich kann auch das die Reibungsbremse umgebende Medium, also z.B. die Umgebungsluft, die Bereiche der Reibflächen kühlen, die gerade nicht die Kontaktfläche bilden und insbesondere frei zugänglich sind. Auch dies trägt zu den vergleichsweise niedrigen Betriebstemperaturen bei. Insgesamt resultiert eine geringere Energiedichte, so dass sich der Temperatureinfluss weniger stark bemerkbar macht.

Vor allem bei kurzen, aber starken Bremsvorgängen können adiabatische Verhältnisse auftreten, bei denen sich die gesamte an der Kontaktfläche entstehende Wärmeenergie an den Reibflächen sammelt. Die Wärmekapazität der beteiligten Komponenten der Bremselemente spielt dabei eine untergeordnete Rolle. Entscheidend sind dagegen die Verhältnisse an den Reibflächen .

Aufgrund der größeren verfügbaren Reibfläche und, da sich bei der erfindungsgemäßen Reibungsbremse die Kontaktfläche über die größeren Reibflächen hinweg bewegt, kommt es entweder gar nicht mehr oder erst bei sehr viel stärkeren Bremsbelastungen zu dem ansonsten bei gleich bleibender Kontaktfläche drohenden Wärmestau zwischen den beiden Reibflächen. Bei der erfindungsgemäßen Reibungsbremse ist eine größere Fläche an dem Reibungsprozess beteiligt. Dadurch reduziert sich die insge- samt aufgrund der Reibungswärme einstellende Temperaturerhöhung. Die niedrigeren Temperaturen bewahren bei Verwendung der derzeit gängigen Bremswerkstoffe eine hohe Bremskraftwirkung und führen außerdem zu einem geringeren Verschleiß.

Mit der erfindungsgemäßen Reibungsbremse lässt sich trotz der vorzugsweise kreisunsymmetrischen Reibflächen ein in Umfangs- richtung im Wesentlichen konstantes Bremsmoment erreichen. Dies gilt insbesondere, wenn die Kontaktfläche in bezogen auf die Drehachse tangentialer Richtung (= also in Umfangsrich- tung) gleichmäßig verteilt angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Reibungsbremse kann bei verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen, beispielsweise bei einem elektrischen Antrieb, bei einem Auto oder einem Zweirad.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Reibungsbremse ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.

Günstig ist eine Variante, bei der sich mindestens eine der beiden Reibflächen aus mehreren voneinander getrennten Teilreibflächen zusammensetzt. Dies begünstigt eine Selbstreinigung der Reibflächen.

Weiterhin kann sich eine der beiden Reibflächen vorzugsweise aus mehreren in einer bezogen auf die Drehachse angegebenen Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten streifenförmigen Teilreibflächen zusammensetzen. Diese Geometrieform ist einfach. Sie kann leicht gefertigt werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Variante sind die streifenförmigen Teilreibflächen jeweils radial nach außen gerichtet. Insbesondere können sich die Teilreibflächen als gerade Streifensegmente radial nach außen erstrecken. Dadurch ergeben sich eine besonders gute Belüftung und Kühlung der Reibfläche (n) . Dieser Effekt wird weiter gesteigert, indem die streifenförmigen Teilreibflächen insbesondere jeweils gegenüber der radialen Richtung geneigt sind. Außerdem wirkt sich dies auch günstig auf die Selbstreinigung aus. Schmutzpartikel werden dann besonders effektiv von den Reibflächen entfernt.

Vorzugsweise sind außerdem die streifenförmigen Teilreibflächen jeweils gebogen, insbesondere als Kreisringsegmente, ausgebildet. Sie haben also beispielsweise die Querschnitts- form eines Lüfters oder Flügels. Dadurch ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich der Kühlung.

Bei einer weiteren günstigen Ausgestaltung weist zumindest eine der beiden Reibflächen eine nicht kreisringförmige, ge- schlossene und insbesondere in Umfangsrichtung periodische

Streifenform auf. Sie hat dann z.B. die Form eines abgerundeten Mehrecks oder eines Kreisrings mit symmetrisch verteilten Aus- und Einbuchtungen. Insbesondere ist es möglich, dass ü- ber den Kreisumfang verteilt jeweils drei Aus- und Einbuch- tungen in abwechselnder Reihenfolge vorgesehen sind.

Vorteilhafterweise ist es außerdem vorgesehen, dass sich die nicht kreisringförmige Reibflächen durch eine Überlagerung einer Kreisfunktion mit einer Sinusfunktion ergibt. So er- reicht man in besonders einfacher Weise eine Periodizität in Umfangsrichtung, die sich auch leicht, beispielsweise mittels eines Fräsvorgangs, herstellen lässt.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung weisen beide Reibflächen jeweils eine nicht kreisringförmige, geschlossene und in Umfangsrichtung periodische Streifenform auf, wobei sich die tangentiale Periodizität der ersten Reibfläche von der der zweiten Reibfläche unterscheidet. Eine Abweichung in der Umfangsperiodizität ist leicht zu fertigen. Außerdem be- günstigen Unterschiede in der geometrischen Form beider Reibflächen die vorteilhafte Variation der Kontaktfläche während eines Bremsvorgangs. Vorzugsweise ist es außerdem möglich, dass jede der beiden Reibflächen streifenförmig ausgebildet ist und sich eine Streifenbreite der ersten Reibfläche von der der zweiten Reibfläche unterscheidet. Die Streifenbreite ist ein weiterer Parameter, der bei unterschiedlicher Festlegung für die jeweilige Reibfläche die Variation der Kontaktfläche während eines Bremsvorgangs bedingt.

Günstig ist außerdem eine Variante, bei der die Reibungsbrem- se mit magnetischer Erregung ausgeführt ist und das erste Bremselement einen ersten und einen zweiten Magnetpol aufweist, die durch voneinander getrennte Teilreibflächen der mehrteilig ausgeführten ersten Reibfläche gebildet sind. So lässt sich insbesondere der Magnetkreis einer permanent er- regten und elektromagnetisch geschalteten Reibungsbremse besonders einfach realisieren. Insbesondere kann es bei der magnetisch erregten Variante der Reibungsbremse auch vorgesehen sein, dass ein magnetischer Fluss durch die Kontaktfläche hindurchtritt. Dadurch ergibt sich eine besonders günstige Flussführung.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

FIG 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele von Reibungsbremsen mit einer zwischen zwei Reibflächen gebildeten Kontaktfläche und mit einem bzw. zwei kontaktierenden Magnetpol/en, FIG 3 und 4 Ausführungsbeispiele für eine Kombination einer einteiligen Reibfläche und einer mehrteiligen Reibfläche einer Reibungsbremse, FIG 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Kombination zweier mehrteiliger Reibflächen einer Reibungs- bremse und

FIG 6 und 7 Ausführungsbeispiele für eine Kombination einer einteiligen Reibfläche und einer mehrteiligen Reibfläche einer Reibungsbremse. Einander entsprechende Teile sind in FIG 1 bis 7 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In FIG 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer permanentmagne- tisch erregten und elektromagnetisch betätigbaren Reibungsbremse 1 für einen elektrischen Antrieb 2 in Form eines Elektromotors gezeigt. Der Antrieb 2 umfasst eine um eine Drehachse 3 drehantreibbare Welle 4, die mittels eines Lagers 5 in einem nur schematisch und ausschnittsweise gezeigten Ständer 6 des Antriebs 2 drehbar gelagert ist.

Die Reibungsbremse 1 setzt sich im Wesentlichen aus zwei Bremselementen 7 und 8 zusammen, von denen das erste Bremselement 7 einen Außenpol-Körper 9, einen Permanentmagneten 10, einen Innenpol-Körper 11 und eine zwischen dem Außenpol- Körper 9 und dem Innenpol-Körper 11 angeordnete elektrisch zu- und abschaltbare Magnetspule 12 (=Betätigungsmechanismus) umfasst. Der Außenpol-Körper 9 und der Innenpol-Körper 11 haben als Hauptkomponente jeweils einen konzentrisch zur Dreh- achse 3 angeordneten Zylinder, wobei ein Radius R2 des Zylinders des Außenpol-Körpers 9 größer ist als ein Radius Rl des Zylinders des Innenpol-Körpers 11. Das erste Bremselement 7 ist mittels eines Befestigungs- oder Verbindungsflansches des Innenpol-Körpers 11 mechanisch fest mit dem Ständer 6 und da- mit auch mit dem Lager 5 verbunden. An axialen Stirnseiten haben der Außenpol-Körper 9 und der Innenpol-Körper 11 jeweils eine Teilreibfläche 13 bzw. 14, die zusammen die Reibfläche 15 des ersten Bremselements 7 bilden.

Das zweite Bremselement 8 ist als Ankerscheibe oder Joch ausgeführt. Es ist mittels eines Federmechanismus 16 und eines nur schematisch dargestellten Haltekörpers 17 verdrehsicher mit der Welle 4 und damit auch mit einem nicht näher gezeigten Läufer des elektrischen Antriebs 2 verbunden. Diese Ver- bindung gestattet eine axiale Bewegung in Richtung der Drehachse 3 und relativ zur Welle 4. Der Federmechanismus 16 ist beispielsweise als Plattfeder ausgeführt. An der dem ersten Bremselement 7 zugewandten Stirnseite hat das zweite Bremselement 8 eine Reibfläche 18.

Im Folgenden wird die Wirkungsweise der Reibungsbremse 1 be- schrieben.

Der Permanentmagnet 10 erzeugt ein Magnetfeld, das an den Teilreibflächen 13 und 14 senkrecht aus dem Außenpol-Körper 9 bzw. Innenpol-Körper 11 austritt. An den Teilreibflächen 13 und 14 sind somit Magnetpole gebildet. Das hier austretende Magnetfeld ruft in axialer Richtung wirkende magnetische Anziehungskräfte auf das Joch des zweiten Bremselements 8 hervor. Bei stromloser Magnetspule 12 wird das Joch des zweiten Bremselements 8 wegen dieser Anziehungskräfte mit seiner Reibfläche 18 gegen die Teilreibflächen 13 und 14 des ersten Bremselements 7 gepresst.

Zwischen den beiden Bremselementen 7 und 8 ergeben sich dann in FIG 1 nicht näher bezeichnete Kontaktflächen. Bei der Rei- bungsbremse 1 findet der Kontakt zwischen den beteiligten

Reibflächen 15 und 18 also genau am Ort der beiden durch die Teilreibflächen 13 und 14 gebildeten Magnetpole statt.

Aufgrund des Anpressdrucks zwischen den Reibflächen 15 und 18 der beiden Bremselemente 7 bzw. 8 ergeben sich Reibungskräfte, die in Abhängigkeit vom Ort Ihres Angriffspunkts, also insbesondere ungefähr im Abstand Rl und R2 von der Drehachse 3, ein Bremsdrehmoment hervorrufen.

Fließt dagegen Strom durch die Magnetspule 12, wird ein dem

Magnetfeld des Permanentmagneten 10 entgegenwirkendes Spulen- Magnetfeld erzeugt. Die beiden Magnetfelder heben sich im Wesentlichen gegenseitig auf. Die Federkraft des Federmechanismus 16 zieht dann das Joch des zweiten Bremselements 8 weg vom ersten Bremselement 7, so dass zwischen den Reibflächen 15 und 18 ein axialer Spalt 19 entsteht und keine Bremswirkung mehr gegeben ist. Ein in FIG 2 gezeigtes weiteres Ausführungsbeispiel einer permanentmagnetisch erregten und elektromagnetisch betätigbaren Reibungsbremse 20 ist ähnlich aufgebaut wie die Reibungsbremse 1. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass das Joch des zweiten Bremselements 8 während des Bremsvorgangs nur die Teilreibfläche 13 des Außenpol-Körpers 9, also nur einen Magnetpol, kontaktiert. Die Reibungsbremse 20 hat somit auch an ihrem ersten Bremselement 7 nur eine einteilige Reibfläche 21, die ausschließlich durch die Teilreibfläche 13 gebildet ist. Letztere bestimmt wieder die Kontaktfläche zum Joch des zweiten Bremselements 8 während des Bremsvorgangs.

Das erste Bremselement 7 hat einen geringfügig modifizierten Innenpol-Körper 22, dessen Zylinder etwas länger als bei der Reibungsbremse 1 ist und sich bis in eine zentrale Aussparung des Jochs des zweiten Bremselements 8 erstreckt. Zwischen dem sich in die Aussparung erstreckenden Zylinderende und dem Joch des zweiten Bremselements 8 ist ein radialer Spalt 23 vorgesehen, der vom magnetischen Fluss sowohl im gebremsten als auch im ungebremsten Zustand zu überbrücken ist.

Andererseits verbessert sich das Bremsdrehmomentverhalten, da anstelle der beiden wirksamen Radien Rl und R2 nur noch der äußere Radius R2 maßgeblich ist. Dadurch können Schwankungen des Bremsdrehmoments, die sich ansonsten aufgrund eines unterschiedlichen Materialabtrags an den durch die beiden Radien Rl und R2 bestimmten Flächen, also an den Teilreibflächen 13 und 14, einstellen, vermieden werden.

In FIG 1 und 2 sind die Reibflächen 15, 18 und 21 sowie die Teilreibflächen 13 und 14 nur schematisch angedeutet. Sie können unterschiedliche Formen annehmen. Ausführungsbeispiele hierfür sind in FIG 3 bis 7 gezeigt.

Bei den in FIG 3 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen für Kombinationen von Reibflächen des ersten und zweiten Bremselements 7 und 8 sind die beiden Reibflächen jeweils stets so geformt, dass die während eines Bremsvorgangs zwischen dem ersten und zweiten Bremselement 7 und 8 gebildete Kontaktfläche zu jedem Zeitpunkt während eines Brems- oder Haltevorgangs nur einen Teil jeder Reibfläche erfasst und sich außerdem die relative Position der Kontaktfläche bezüglich beider Reibflächen sowie ggf. auch die Form und/oder Größe der Kontaktfläche während eines Bremsvorgangs kontinuierlich verändern. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Reibflächen jeweils unterschiedlich geformt sind und beide keine Rotations- bzw. Kreissymmetrie bezüglich der Drehachse 3 ha- ben.

Die momentane Kontaktfläche ist also immer kleiner als jede Reibfläche. Somit trägt von beiden Reibflächen jeweils nur ein - während des Bremsvorgangs zeitlich variierender - Teil zur Bremsreibung bei. Die Kontaktfläche überstreicht während des Bremsvorgangs alle Bereiche der Reibflächen, wenn die beiden Reibflächen relativ zueinander einmal um die Drehachse 3 gedreht werden. Die aktuell nicht am Bremsvorgang beteiligten Stellen beider Reibflächen kühlen wegen der Abstrahlung von Wärmeenergie und der Wechselwirkung mit der umgebenden Luft ab. Dadurch ergibt sich ein sehr günstiges Temperaturverhalten. Insgesamt wird die Temperatur auf einem niedrigeren Niveau gehalten. Dies ist vorteilhaft für die Bremswirkung.

Hier wird unter einer Reibfläche eine Fläche des ersten oder des zweiten Reibelements 7 bzw. 8 verstanden, die grundsätzlich während eines Bremsvorgangs an der Reibung beteiligt sein kann. Es kann sich hierbei um eine einzige zusammenhän- gende Fläche oder auch um mehrere zumindest in der Reibungsebene voneinander getrennte Teilflächen handeln. Jenseits der Reibungsebene können die die Teilflächen bildenden Bereiche aber auch mechanisch miteinander verbunden sein. Unter der Kontaktfläche wird dagegen die momentane Schnittmenge der Reibflächen des ersten oder des zweiten Reibelements 7 bzw. 8 verstanden. Auch die Kontaktfläche kann einteilig oder mehrteilig sein. Während die Reibflächen durch das gewählte Design gegeben sind und auch unverändert bleiben, ändert die Kontaktfläche während eines Bremsvorgangs im Allgemeinen ihre Position, Form und Größe.

Die Größe der Kontaktfläche der jeweiligen Reibungsbremse er- gibt sich aus den Anforderungen an die Anpresskraft zwischen den beiden Bremselementen 7 und 8. Um die Wärmeabfuhr zu steigern, können die Reibflächen weiter vergrößert werden, ohne dabei zugleich die Kontaktfläche und damit die Anpresskraft und die Bremswirkung zu verändern. Größere Reibflächen führen außerdem auch zu einer geringeren Abnutzung.

In FIG 3 ist eine Kombination einer einteiligen geschlossenen nicht kreisringförmigen Reibfläche 24 des Außenpol-Körpers 9 und einer mehrteiligen Reibfläche 25 des Jochs des zweiten Bremselements 8 gezeigt. Die beiden Reibflächen 24 und 25 kommen in einer Reibungsbremse vergleichbar der gemäß FIG 2 zum Einsatz. Bei diesem Beispiel wird also nur ein Magnetpol während eines Brems-/Haltevorgangs kontaktiert.

Die Reibfläche 24 ist durch eine Überlagerung einer Kreisringform mit einer Sinusform gebildet. Gleichmäßig über die Umfangslänge verteilt sind insgesamt drei Sinus-Perioden vorgesehen. Die Reibfläche 24 hat drei sich nach außen erstreckende Ausbuchtungen 26 drei sich nach innen erstreckende Einbuchtungen 27. Die Reibfläche 24 hat im Ausführungsbeispiel in etwa die Gestalt eines abgerundeten Dreiecks.

Die Reibfläche 25 setzt sich aus mehreren (im Beispiel sechs) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten strei- fenförmigen Teilreibflächen 28 zusammen. Die Teilreibflächen 28 sind jeweils gerade Streifensegmente, die sich radial nach außen erstrecken und sternförmig angeordnet sind. Die radialen äußeren Enden der Teilreibflächen 28 sind abgerundet.

Die Reibflächen 24 und 25 können beispielsweise durch an den einander zugewandten axialen Stirnseiten des Außenpol-Körpers 9 und des Jochs des zweiten Bremselements 8 axial vorstehende Stege gebildet sein. Weiterhin kann die Zuordnung der Reib- flächen 24 und 25 zum ersten bzw. zweiten Bremselement 7 bzw. 8 auch vertauscht sein.

Während des Bremsvorgangs liegt zwischen den beiden Bremsele- mente 7 und 8 eine mehrteilige Kontaktfläche 29 vor, die sich im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 aus insgesamt sechs Teilkontaktflächen 30 zusammensetzt. Die Kontaktfläche 29 ist dabei durch die momentane Schnittmenge der Reibflächen 24 und 25 gebildet. Die Teilkontaktflächen 30 ändern bei einer ReIa- tivdrehung der Reibflächen ihre jeweilige Position bezüglich beider Reibflächen 24 und 25. Dies ist in FIG 3 durch die Richtungspfeile an einer der Teilkontaktflächen 30 angedeutet.

Aufgrund der speziellen Ausgestaltung der Reibflächen 24 und 25 liegen jeweils zwei der Teilkontaktflächen 30 bezogen auf die Drehachse 3 einander gegenüber. Ihr mittlerer Abstand ist der doppelte Radius R2 des in gestrichelter Linienführung in FIG 3 mit eingetragenen Kreises 31. Das Summenbremsdrehmoment solcher einander gegenüberliegender Teilkontaktflächen 30 ist also praktisch unabhängig vom aktuellen relativen Drehwinkel zwischen den Reibflächen 24 und 25.

Die Teilkontaktflächen 30 ändern in Abhängigkeit vom aktuel- len relativen Drehwinkel zwischen den Reibflächen 24 und 25 ihren jeweiligen radialen Abstand zur Drehachse 3. Dadurch ergibt sich für die Reibflächen 24 und 25 ein Reinigungseffekt. Schmutzpartikel werden bei einer relativen Drehbewegung aufgegriffen und in Richtung des äußeren oder inneren Rands der Reibflächen und damit aus der Zone, in der Reibung stattfindet, befördert. Da die Kontaktflächen sich während des Reibvorgangs stets ändernde Ausschnitte der Reibflächen 24 und 25 erfassen, kann auch Wasserdampf sehr gut von den Reibflächen 24 und 25 entweichen. Hierzu ist insbesondere keine Lochung der Reibflächen 24 und 25 erforderlich. Verschmutzungen und Wasserfilme haben somit keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Bremswirkung. Die für die Reibfläche 24 vorgesehene Umfangsperiodizität von drei erlaubt eine einfache Fertigung der Reibfläche 24 selbst und darüber hinaus auch der Reibungsbremse insgesamt. Die Reibfläche 24 lässt sich mit geringem Aufwand z.B. mittels einer Fräsbearbeitung herstellen. Wenn die Reibfläche 24 am Joch des zweiten Bremselements 8 vorgesehen ist, ermöglicht die genannte Umfangsperiodizität darüber hinaus eine sehr einfache Montage des als Plattfeder-Anordnung ausgeführten Federmechanismus 16 mittels sechs Nieten, von denen drei im Bereich der Ausbuchtungen 26 am Joch und die anderen drei am Haltekörper 17 platziert werden.

In FIG 4 ist ein leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Kombination der einteiligen Reibfläche 24 und einer mehr- teiligen Reibfläche 32 gezeigt. Auch die Reibfläche 32 hat

Teilreibflächen 33 in Gestalt nach außen verlaufender Streifensegmente. Letztere weisen allerdings eine nach außen (d.h. in Richtung des Außenrandes der Reibfläche 24) gerichtete Wölbung sowie eine Neigung bezüglich der radialen Richtung auf. Sie sind nach Art eines Lüfter- oder Flügelquerschnitts geformt. Auch die Teilreibflächen 33 bilden zusammen mit der Reibfläche 24 sich während des Reibvorgangs zumindest in ihrer relativen Position ändernde Teilkontaktflächen 34 einer nicht näher bezeichneten wiederum mehrteiligen Kontaktfläche.

Die Unterteilung der Reibflächen 25 und 32 in die Teilreibflächen 28 bzw. 33 bewirkt bei einer Drehbewegung des Jochs des zweiten Bremselements 8 eine zusätzliche Kühlung der Reibfläche 24. Die spezielle Form der Teilreibflächen 28 und insbesondere der Teilreibflächen 33 begünstigt eine zusätzliche Luftzufuhr, wie sie auch von einem Lüfterrad hervorgerufen wird.

In FIG 5 ist ein gegenüber FIG 3 ebenfalls leicht abgewandel- tes Ausführungsbeispiel einer Kombination der mehrteiligen Reibfläche 25 mit einer weiteren mehrteiligen Reibfläche 35 gezeigt. Die Reibflächen 25 und 35 dieser Kombination sind für einen Einsatz bei einer Reibungsbremse vergleichbar der gemäß FIG 1 bestimmt. Während des Brems-/Haltevorgangs sind also sowohl der Außenpol-Körper 9 als auch der Innenpol- Körper 11 an der Kontaktierung des Jochs des zweiten Bremselements 8 beteiligt.

Deshalb umfasst die dem ersten Bremselement 7 zugeordnete Reibfläche 35 zwei geschlossene nicht kreisringförmige Teilreibflächen 36 und 37. Letztere haben jeweils eine Form vergleichbar der der Reibfläche 24 gemäß FIG 3. Die Teilreibflä- che 37 des Innenpol-Körpers 11 ist vollständig innerhalb der Teilreibfläche 36 des Außenpol-Körpers 9 platziert. Zwischen den streifensegmentförmigen Teilreibflächen 28 der Reibfläche 24 und den geschlossenen, aber nicht kreisringförmigen Teilreibflächen 36 und 37 der Reibfläche 35 sind während des Bremsvorgangs an den jeweiligen Kreuzungsstellen wieder mehrere sich lokal verändernde Teilkontaktflächen 38 gebildet.

In FIG 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Kombination der einteiligen Reibfläche 24 mit einer weiteren einteiligen Reibfläche 39 gezeigt. Die Reibflächen 24 und 39 dieser Kombination sind für einen Einsatz bei einer Reibungsbremse vergleichbar der gemäß FIG 2 bestimmt. Die Reibfläche 39 ist wie die Reibfläche 24 durch eine Überlagerung einer Kreisringform mit einer Sinusform gebildet. Bei der Reibfläche 39 sind aber nicht drei, sondern fünf gleichmäßig über die Umfangslänge verteilte Sinus-Perioden vorgesehen. Dementsprechend hat die Reibfläche 39 fünf sich nach außen erstreckende Ausbuchtungen 40 und fünf sich nach innen erstreckende Einbuchtungen 41. Die Reibfläche 39 hat im Ausführungsbeispiel in etwa die Ges- talt eines abgerundeten Sterns. Zwischen den Reibflächen 24 und 39 sind während des Bremsvorgangs an den jeweiligen Kreuzungsstellen wieder mehrere sich lokal verändernde Teilkontaktflächen 42 gebildet.

In FIG 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zweier einteiliger Reibflächen 43 und 44 gezeigt. Beide haben eine geschlossene, aber nicht kreisringförmige Gestalt. Die Reibfläche 43 ist als Viereck und die Reibfläche 44 als Ellipse aus- geführt, die im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 7 jeweils eine unterschiedliche Streifenbreite Bl bzw. B2 haben. Zwischen ihnen sind während des Bremsvorgangs an den jeweiligen Kreuzungsstellen wieder mehrere sich in der Position und hier auch zusätzlich in der Größe und Form verändernde Teilkontaktflächen 45 gebildet.

Die im Zusammenhang mit der Kombination gemäß FIG 3 beschriebenen günstigen kühlenden und reinigenden Wirkungen sind in ähnlicher Weise auch bei den Kombinationen gemäß FIG 4 bis 7 gegeben .

Zur Unterstützung der kühlenden Wirkung kann das Joch des zweiten Bremselements 8 bei allen vorstehenden Ausführungs- beispielen an einer von der Reibfläche abgewandeten Seite eine Lüfterradstruktur aufweisen. Außerdem kann die jeweilige Reibungsbremse vorzugsweise im Bereich eines Wickelkopfs einer in dem Ständer 6 des elektrischen Antriebs 2 vorgesehenen elektrischen Wicklung angeordnet sein. Dann kann die aufgrund der speziellen Ausgestaltungen der Reibungsbremsen erzielte kühlende Wirkung zugleich auch zur Kühlung des ansonsten üblicherweise ungekühlten Wickelkopfs verwendet werden.

Grundsätzlich können die vorstehend beschriebenen günstigen Ausgestaltungen der Reibflächen und Kontaktflächen auch bei anderen Bremsentypen, also nicht magnetisch erregte Reibungsbremsen zum Einsatz kommen. Auch sind die Anwendungen nicht auf elektrischen Maschinen begrenzt. Eine Verwendung bei einem Kraftfahrzeug oder Motorrad ist grundsätzlich ebenfalls möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Reibungsbremse für eine Welle (4) und ein Aufnahmeteil (5, 6), die relativ zueinander um eine Drehachse (3) drehbar sind, umfassend a) zwei Bremselemente (7,8), von denen das erste Bremselement (7) eine erste Reibfläche (15; 21 ; 24 ; 35; 43) aufweist und mechanisch mit dem Aufnahmeteil (5,6) zu verbinden ist so^¬ wie das zweite Bremselement (8) eine zweite Reibfläche (18;25;32;39;44) aufweist und mechanisch mit der Welle (4) zu verbinden ist, und b) einen Betätigungsmechanismus (12), dessen zu- oder ab^¬ schaltbare Kraftwirkung die beiden Bremselemente (7,8) während eines Brems- oder Haltevorgangs so gegeneinander presst, dass die beiden Reibflächen (15, 18 ; 21 ; 24, 25; 32 ;

35; 39; 43, 44) aneinander anliegen und sich im Bereich einer Kontaktfläche (29, 30 ; 34 ; 38 ; 42 ; 45) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Reibflächen

(15, 18;21;24,25;32;35;39;43, 44) so ausgelegt sind, dass c) die Kontaktfläche (29, 30 ; 34 ; 38 ; 42 ; 45) zu jedem Zeitpunkt während eines Brems- oder Haltevorgangs von jeder der bei^¬ den Reibflächen (15, 18;21;24,25;32;35;39;43,44) nur einen Teil erfasst, und d) sich die relative Position der Kontaktfläche (29, 30; 34; 38; 42; 45) bezüglich jeder der beiden Reibflächen (15,18; 21;24,25;32;35;39;43, 44) während eines Bremsvorgangs verändert .

2. Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass sich mindestens eine der beiden Reibflä^¬ chen (15, ; 25; 32 ; 35; ) aus mehreren voneinander getrennten Teilreibflächen (13, 14 ; 28 ; 33; 36, 37) zusammensetzt.

3. Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass sich eine der beiden Reibflächen (25; 32) aus mehreren in einer bezogen auf die Drehachse (3) angegebe^¬ nen Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten streifenförmigen Teilreibflächen (28;33) zusammensetzt.

4. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmigen Teilreibflächen (28) jeweils radial nach außen gerichtet sind.

5. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmigen Teilreibflächen (33) jeweils gegenüber der radialen Richtung geneigt sind.

6. Reibungsbremse nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die streifenförmigen Teilreibflächen (33) jeweils gebogen, insbesondere als Kreisringsegmente, ausge^¬ bildet sind.

7. Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest eine der beiden Reibflächen (24; 35 ; 39; 43, 44 ) eine nicht kreisringförmige, geschlossene und insbesondere in Umfangsrichtung periodische Streifenform aufweist.

8. Reibungsbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nicht kreisringförmige Reibflä^¬ chen (24; 35; 39) durch eine Überlagerung einer Kreisfunktion mit einer Sinusfunktion ergibt.

9. Reibungsbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Reibflächen (24,39) jeweils eine nicht kreisringförmige, geschlossene und in Umfangsrichtung periodische Streifenform aufweisen, wobei sich die tangentia^¬ le Periodizität der ersten Reibfläche (24) von der der zwei- ten Reibfläche (39) unterscheidet.

10. Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Reibflächen (43,44) streifenförmig ausgebildet ist und sich eine Streifenbreite (Bl, B2) der ersten Reibfläche (43) von der der zweiten Reibfläche (44) unterscheidet.