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Elektromagnetische Scheibenbremse - Dokument DE102006031674A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006031674A1 10.01.2008
Titel Elektromagnetische Scheibenbremse
Anmelder Chr. Mayr GmbH + Co KG, 87665 Mauerstetten, DE
Erfinder Eiband, Karl, 87616 Marktoberdorf, DE
DE-Anmeldedatum 08.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006031674
Offenlegungstag 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse F16D 59/02(2006.01)A, F, I, 20060708, B, H, DE
Zusammenfassung Elektromagnetische Federdruckbremse mit einem Spulenträger 1, mit einer darin ovalen Spule 2 zum Lüften der Bremse sowie mit einer mit dem Elektromagneten 1, 2 zusammenwirkenden Ankerscheibe 3, die von dem Spulenträger 1 angerodneten Druckfedern 4, von diesem axial weggedrückt wird und die Ankerscheibe 3 auf Übertragungsbolzen 6, welche im Spulenträger 1 befestigt sind, axial geführt ist, wobei der Innenpol 9 sehr flach ausgebildet ist und wenig Einbaubreite 15 benötigt, durch die Spule 2 hindurchragt und auf der Rückseite des Spulenträgers 1 befestigt wird. In der Robotertechnik ist es sehr wichtig, dass die Bauteile sehr klein bauen und gewichtsoptimiert sind. Aufgabe der Erfindung war es, eine Bremse zu entwickeln, welche stirnseitig auf den Rotor eines Motors oder einer Lamelle wirkt, aber am Außendurchmesser unwesentlich größer als der Rotor und die Lamelle ist. Durch eine optimierte Polfläche und eine ovale Spule, mit einer segmentartigen Ankerscheibe, welche axial auf den Rotor oder eine Lamelle drückt, wurde der Außendurchmesser der Bremse so klein wie möglich gehalten, wobei der Flächenschwerpunkt der Reibfläche sich exzentrisch zur Spule befindet, jedoch die Wirkkraft der Federn im Flächenschwerpunkt liegt.

Beschreibung[de]
Stand der Technik:

Elektromagnetisch ruhestrombetätigte Federdruckbremsen gehören zum Stand der Technik. In der DE 19807 654 A1 wird eine solche Bremse dazu benutzt, um auf den Außendurchmesser eines Rotors oder Scheibe zu wirken und abzubremsen. In dieser Patentschrift wird auch darauf hingewiesen, dass alternativ mit dieser Bremse auch auf die Stirnfläche einer Scheibe oder Rotor die Bremswirkung erzeugt werden kann.

In der DE 34 24 595 C2 sind mehrere elektromagnetisch betätigte Ruhestrombremsen mit entsprechenden segmentartigen Ankerscheiben kreisförmig angeordnet und drücken auf einen Rotor mit einem aufgeklebten Reibbelag.

Ähnlich aufgebaut ist die Teilbelag-Federdruckbremse zum Angriff an einer rotierenden Scheibe, gemäß EP 09 97 660 B1, bei welcher ebenfalls mit einem Elektromagneten und einer Ankerscheibe mit angebrachten Reibbelägen auf einer rotierenden Scheibe abgebremst wird. Allerdings handelt es sich hier um eine Zangenbremse, welche übergreifend ist und auf beiden Seiten der rotierenden Scheibe eine Abbremsung vorgenommen wird.

Bei all den aufgeführten Bremsen, zum Stand der Technik, spielte die Größe der Bremse und das Gewicht, sowie das Verhältnis Innendurchmesser zu Außendurchmesser nicht die wesentliche Rolle und die Bremse konnte mit herkömmlichen Konstruktionen an die Scheibe oder Rotor, welcher abzubremsen ist, angebracht werden.

Aufgabenstellung:

In der Robotertechnik und bei Handlingssystemen ist es sehr wichtig, dass die Bauteile sehr klein bauen und gewichtsoptimiert sind. Ziel ist es, bei kleinster Bauweise ein hohes Drehmoment zu erhalten und die Bremse konstruktiv, z.B. in einen Roboterarm, auf engstem Raum, zu integrieren. So kam es zur Aufgabenstellung, eine Bremse zu entwickeln, welche stirnseitig auf den Rotor eines Motors wirkt, aber im Außendurchmesser unwesentlich größer als der Rotor sein darf.

Lösung:

Es wurde ein Bremse geschaffen, welche mit einer optimierten Polfläche, einer ovalen Spule und einer segmentartigen Ankerscheibe, axial auf den Rotor mit einer axialen Reibfläche, des Motors drückt. Die Reibfläche beginnt am Außendurchmesser des Rotors und erstreckt sich nach innen. Der Außendurchmesser der Bremse, was auch mit Störkontur bezeichnet werden kann, wird so klein wie möglich gehalten und durch eine ovale Spule, mit entsprechend ausgebildeten Polflächen erreicht. Der Innenpol der Bremse ist ebenfalls oval ausgebildet. Die Ankerscheibe, welche durch den Elektromagnet axial bewegt wird und somit das Bremsen, bzw. Freimachen (Lüften) der Bremse bewirkt, ist exzentrisch gestaltet und ragt in die Stirnfläche des Rotors hinein. Allerdings wurde die Bremse so gestaltet, dass der Flächenschwerpunkt der Reibfläche sich exzentrisch zur Spule befindet, jedoch in der Wirkkraft der beiden Federn, welche die Bremskraft bewirken, liegt.

Es besteht auch die Möglichkeit durch die Anbringung von mehreren Bremsen am Umfang des Rotors die Bremskraft entsprechend zu erhöhen, je nach Anzahl der Bremsen.

Mit dieser konstruktiven Ausführung der Bremse wird bei geringem Gewicht und geringem Platzbedarf ein hohes Drehmoment mit zuverlässiger Funktion erfüllt.

Ausführungsbeispiel:

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

1 zeigt die Rückseite der Bremse mit dem Spulenträger 1 (Segment) in welchem die Spule 2 eingelegt wird und die Halteschraube für den Innenpol 8, mit welcher der Innenpol an den Spulenträger angeschraubt wird. Die Einbaubreite 15 der Bremse schließt sich an den Motoraußendurchmesser 14 an und sollte aus konstruktiver Sicht so klein wie möglich gehalten werden.

2 zeigt die Seitenansicht der Bremse mit einem Schnitt durch die zwei Befestigungsbohrungen 7, mit welcher die Bremse befestigt werden kann. Außerdem wird die Anschlusslitze 13 mit dem entsprechenden Stecker gezeigt.

3 zeigt die Vorderseite der Bremse mit der Haltefeder 5, welche die Bremse zusammenhält und denjenigen Teil der Ankerscheibe 3, welcher als Reibfläche 12 und somit Kraftübertragungsstelle für die Reibung ist, kennzeichnet.

4 zeigt wiederum die Bremse von vorne, mit dem Rotor 11 des Motors oder Lamelle und der wirksamen Reibfläche 12, welche zur Abbremsung dient. Die Lamelle kann alternativ auf schwimmende Belagblättchen gedrückt werden, um ein Bremsmoment zu erzeugen.

5 zeigt einen Schnitt von 2, in welchem der ovale Innenpol 9, sowie die beiden wirksamen Druckfedern 4 dargestellt sind. Der Schnitt C-C, welcher dann in 7 dargestellt wird, zeigt noch besser die Druckfedern 4.

6 zeigt einen Schnitt von 3, in welchem der Spulenträger 1 mit der Spule 2 und der Ankerscheibe 3 dargestellt sind. Die beiden Übertragungsbolzen 6 lassen die Ankerscheibe 3 in Axialrichtung, je nach Bestromung der Spule anziehen oder abfallen, wobei jedoch in Drehrichtung die beiden Übertragungsbolzen das Bremsmoment aufnehmen. Des weiteren sind die beiden Befestigungsbohrungen 7, mit welchen die Bremse befestigt wird, dargestellt.

Die Haltefeder 5 in 3 dargestellt, bewirkt, dass die Bremse mit ihren entsprechenden axialbeweglichen Federn zusammengehalten wird und als komplette Baugruppe funktionsfertig eingebaut werden kann.

8 zeigt eine Explosionszeichnung, in welche die Spule 2 auf den Innenpol 9 geschoben wird und mit der Halteschraube 8 zusammengeschraubt wird. Die Übertragungsbolzen 6 werden in den Spulenträger 1 gepresst und die Ankerscheibe 3 kann axial auf den Übertragungsbolzen 6 gleiten, jedoch in Drehrichtung das Drehmoment übertragen. Die Druckfedern 4 sind in den Spulenträger 1 eingelegt. Die Haltefeder 5 wird am Schluss über die Ankerscheibe 3 gestülpt, in welcher sich eine Nut befindet, für die Nase von der Haltefeder 5, welche dort einrastet. Die Haltefeder 5 schnappt an den Nasen bei den Befestigungsbohrungen 7 ein und hält die gesamte Bremse zusammen.

Funktion:

Wird auf die Spule 2, welche sich im Spulenträger 1 befindet, Strom gegeben, entsteht ein elektromagnetisches Feld, welches die Ankerscheibe 3, welche auf den Übertragungsbolzen 6 axial beweglich ist, gegen den Federdruck der beiden Druckfedern 4, anzieht. Somit kann sich der Rotor 11 frei drehen. Wird nun der Strom von der Spule 2 weggenommen, wird die Ankerscheibe 3 über die beiden Druckfedern 4 axial gegen den Rotor 11 gedrückt und somit abgebremst. Auf dem Rotor 11 befindet sich ein Reibbelag, welcher die unterschiedlichsten Formen, bzw. Reibbelagqualitäten besitzen kann. Nachdem die Bremse mit den Befestigungsbohrungen 7 an einem stillstehenden Teil angeschraubt ist, wird das Drehmoment an diesen beiden Befestigungsbohrungen 7 aufgenommen. Die Übertragung erfolgt von der Ankerscheibe 3 über die Übertragungsbolzen 6, auf den Spulenträger 1 und somit auf die Befestigungsbohrungen 7, welche sich im Spulenträger 1 befinden.

1
Spulenträger (Segment)
2
Spule
3
Ankerscheibe (Segment)
4
Druckfedern
5
Haltefeder
6
Übertragungsbolzen
7
Befestigungsbohrungen
8
Halteschraube für Innenpol
9
Innenpol
10
Nute in Ankerscheibe für Nase von Haltefeder
11
Rotor oder Lamelle
12
Reibfläche (Kraftübertragungsstelle für Reibung)
13
Anschlusslitze
14
Motoraußendurchmesser
15
Einbaubreite


Anspruch[de]
Elektromagnetische Federdruckbremse mit einem Spulenträger (1), mit einer darin ovalen Spule (2), zum Lüften der Bremse, sowie mit einer, mit dem Elektromagneten (1, 2) zusammenwirkenden Ankerscheibe (3), die von, im Spulenträger (1) angeordneten Druckfedern (4), von diesem axial weggedrückt wird und die Ankerscheibe (3) auf Übertragungsbolzen (6), welche im Spulenträger (1) befestigt sind, axial geführt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol (9) sehr flach ausgebildet ist und wenig Einbaubreite (15) benötigt, durch die Spule (2) hindurchragt und auf der Rückseite des Spulenträgers (1) befestigt wird. Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkkraft der beiden Federn (4) im Flächenschwerpunkt der Reibfläche (12) und somit in der Kraftübertragungsstelle für die Reibung liegt, die exzentrisch zum Innenpolmittelpunkt liegt. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein günstiges Hebelverhältnis zwischen der speziellen Innenpolform 9 und Flächenschwerpunkt der Reibfläche (12) gewählt wird, um eine niedere Anzugs- und Abfallspannung an der Spule 2 zu bewirken. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (1) nur halbseitig (Unterseite) eine Polfläche aufweist. Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der Ankerscheibe (3) sich eine Nut (10) befindet, in welche eine Nase der Haltefeder (5) eingreift.






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