Selbsttätige Nachstellvorrichtung für elektromagnetisch betätigte Kupplungs- und/oder Bremsaggregate

Die vorliegende Erdingung betrifft eine selbsttätige Nachstellvorrichtung für den Luftspalt eines durch elektromagnetische und Federkräfte betätigten Kupplungs­und/oder Bremsaggregates nach dem Oberbegriff des Pa­tentanspruches 1. Derartige Nachstellvorrichtungen sind in zahlreichen Varianten bekannt, so u.a. auch aus der EP-A1-54 734 der Anmelderin Christian Mayr GmbH & Co. KG.

Derartige, selbsttätig nachstellende Kupplungs- und/oder Bremsaggregate haben den Vorteil, daß ein gleichmäßiger Luftspalt gleichmäßige Verhältnisse bringt. Dies bedeu­ tet gleichbleibende Schaltzeiten und eine erhöhte Posi­tioniergenauigkeit, wobei der Anwender eines solchen Kupplungs- und/oder Bremsaggregats keine Nachstellung des Luftspalts vorzunehmen braucht.

Ein selbsttätig nachstellendes Kupplungs- und/oder Bremsaggregat nach der vorgenannten EP-A1 54 734 ist insofern nachteilig, als die Drehmomentübertragung von der Welle zur Ankerscheibe über zwei hintereinander geschaltete Übertragungs-Ringfedern (Lamellen) ge­schieht, von denen die eine die Drehmomentübertragung von einer mit der Welle verbundenen Flanschnabe zum Schleppring besorgt, der über eine in axialer Richtung wirkende Schleppverbindung mit der Ankerscheibe verbun­den ist, wobei Schleppverbindung die jedoch kein Dreh­moment überträgt und wobei der Schleppring dann über eine weitere ringförmige Übertragungsfeder drehstarr mit der Ankerscheibe verbunden ist. Diese Ausgestaltung der selbsttätigen Nachstellvorrichtung hat den Nachteil, daß mit zunehmendem Abrieb die erste Übertragungsfeder immer stärker ausgelenkt wird, so daß es für die Magnetspule zunehmend schwieriger wird, den Schleppring für die selbsttätige Nachstellung entgegen dem Reibschluß zu verstellen, der zwischen der Welle und dem Schleppring vorhanden sein kann. Letzterer kann zwar dadurch weitge­hend beseitigt werden, daß ein in einer Richtung wirken­des Gesperre zwischen der Welle und dem Schleppring vorgesehen wird, dieses ist jedoch nur mit einem erheb­lichen Fertigungsaufwand herstellbar.

Hiernach ist es die der vorliegenden Erfindung zugrunde­liegende Aufgabe, eine selbsttätige Nachstellvorrichtung nach dem gattungsgemäß vorausgesetzten Kupplungs- und/-­oder Bremsaggregat dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein konstruktiv und fertigungstechnisch einfach her­stellbares Aggregat vorgesehen wird, bei dem die Nach­stellung bei steigendem Abnutzungsgrad des Reibbelages nicht zunehmend schwieriger wird. Es soll also erreicht werden, daß die Magnetspule, abgesehen von den für das Anziehen der Ankerscheibe zu überwindenden Federkräften, nicht auch noch mit dem Abnutzungsgrad zunehmend stärker werdende Federkräfte bei der Nachstellung zu überwinden hat, so daß ein größerer Nachstellbereich als bisher bei gleichbleibender Kraftverhältnissen zwischen Spulenträ­ger 1 und Ankerscheibe 2 möglich wird. Dadurch soll eine bessere Positioniergenauigkeit über die gesamte Lebens­dauer erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die Lehren des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst. Die Drehmomentübertragung wird durch die Übertragungsbolzen vorgenommen, wodurch keine Rückstellkräfte wie z.B. bei der Übertragung-­Ringfeder (Lamelle) wie bei dem eingangs diskutierten Stand der Technik entstehen. Die Anzugskraft des Spulen­ trägers wird also ausschließlich von der Druckfederan­ordnung in der Schleppverbindung bestimmt und bleibt somit immer gleichmaßig. Ein weiterer Vorteil ist zudem die einfache Fertigung der erfindungsgemäßen Lösung. Die Nachstellung erfolgt einfach auf Reibbasis, die zwar im Grundsatz bekannt ist, allerdings nicht in der Gestalt, daß die Reibung zwischen dem Nachstellring und der Welle in besonders einfacher Weise durch in entsprechenden Nuten in der Welle eingelegte O-Ringe oder form- und materialmäßig ähnliche Reibelemente erfolgt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen Lösung be­steht darin, daß, weil die Übertragungsbolzen mit der Ring-Übertragungsfeder (Lamelle) verbunden sind, die Ankerscheibe zwar durch die axial verschieblichen Bolzen geführt ist, andererseits jedoch noch eine Ausgleichs­möglichkeit aufgrund der Übertragungs-Ringfeder auf­weist. Wären die Übertragungsbolzen direkt mit der Ankerscheibe verbunden, könnte sich die Ankerscheibe nicht so gleichmäßig am Spulenträger anlegen und es würde zu Verklemmungen führen. Die Übertragungsfeder dient also wie eine elastische (Wellen-)Ausgleichskupp­lung.

In der DE-A-2 135 821 werden zwar auch axial verschieb­ liche Bolzen in Verbindung mit Blattfedern zur Übertra­gung des Drehmomentes von der Nabe eines Kupplungs­/Bremsaggregats auf die axial verschiebliche Anker­scheibe verwendet, doch erfolgt die Nachstellung an mindestens drei Stellen gleichzeitig, was ungünstiger als eine zentrale Nachstellung wie im vorliegenden Fall ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion werden im übrigen eine hohe Positioniergenauigkeit, gleichmäßige und schnelle Schaltzeiten, weiches Schalten der Kupplung und Bremse, Wartungsfreiheit und lange Lebensdauer erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt

• Fig. 1 eine Schnittansicht eines Bremsaggregates mit der automatischen Nachstellung nach der vor­liegenden Erfindung in stromlosem Zustand, d.h. in Ruhestellung im ungebremsten Zustand;
• Fig. 2A das gleiche Bremsaggregat in elektromagnetisch erregtem Zustand bei angezogener Bremse noch ohne eine Abnützung bzw. Nachstellung dersel­ben;
• Fig. 2B das gleiche Bremsaggregat im gleichen gebrem­ sten Zustand, jedoch nach Abnützung bzw. Nachstellung um das Maß x; und
• Fig. 3 eine Schnittansicht eines elektromagnetischen Kupplungs-/Bremsaggregats, wobei die erfin­dungsgemäße automatische Nachstellung sowohl auf der Bremsen- als auch auf der Kupplungs­seite realisiert ist.

Die Fig. 1 zeigt einen an einer Maschinenwand oder dergl. befestigten Spulenträger 1 mit der Elektromagnet­wicklung, auf dem ein abnutzbarer Reibbelag vorgesehen ist. Der Spulenträger 1 umgibt die abzubremsende An­triebswelle 3, die einen radial sich nach außen er­streckenden Umfangsflansch 10 aufweist, der in der Nähe seines äußeren Radiusses mit mehreren achsparallen auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Bohrungen versehen ist, die in einem verstärkten Bereich des Umfangs­flansches 10 vorgesehen sind und in denen jeweils ein Übertragungsbolzen 7 in einem Gleitlagerelement 9 in Achsrichtung verschieblich angeordnet ist, und zwar zu einem noch näher zu erläuternden Zweck. Es können bei­spielsweise drei gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Übertragungsbolzen vorgesehen sein, von denen in den Figuren nur einer dargestellt ist. Der Übertragungsbol­zen 7, der in der Gleitlagerhülse 9 verschieblich ist, besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer Gewindehülse und einer darin eingeschraubten Zylinder­ schraube, wobei zwischen der Hülse und der Zylinder­schraube eine in Achsrichtung federnde, in Umfangsrich­tung drehstarre Übertragungs-Ringfeder 8 festgeklemmt ist. Diese Übertragungs-Ringfeder 8 weist auf ihrem Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen auf, in die jeweils eine Zylinderschraube eingesetzt ist, um die Ringfeder 8 gegen die Hülse des Übertragungsbolzens 7 zu klemmen. Die Ringfeder ist auf ihrem Umfang jeweils mittig zwischen den beispielsweise drei Übertragungsbol­zen 7 mit der Ankerscheibe 2 vernietet dergestalt, daß zwischen den Übertragungsbolzen 7 und der Ankerscheibe 2 eine in Umfangsrichtung drehstarre, in Axialrichtung jedoch nachgiebige Verbindung hergestellt wird. Die Befestigung der Übertragungs-Ringfeder 8 an der Anker­scheibe durch die Niete ist in den Schnittebenen der Figuren nicht sichtbar.

Die Ankerscheibe 2 ist wie ersichtlich mit einer Ausspa­rung etwa in Form einer Bohrung versehen, um einen Freiraum für den Kopf der Zylinderschraube des Übertra­gungsbolzens 7 zu schaffen.

Die Ankerscheibe 2 ist radial einwärts von dem Anschluß­bereich des Übertragungsbolzens 7 bzw. der Übertragungs-­Ringfeder 8 mit einem im Querschnitt winkeligen oder topfförmigen Schleppring 5 fest verschraubt. Der in radialer Richtung nach einwärts vorspringende Abschnitt 12 dieses Schleppringes 5 hintergreift einen radial nach auswärts vorspringenden Flanschabschnitt 14 eines hülsenförmigen Nachstellringes 4, der im Reibschluß auf der Antriebswelle 3 aufsitzt. Zur Erzeugung des Reib­schlusses zwischen der Antriebswelle 3 und dem hülsen­förmigen Teil des Nachstellringes 4 sind beispielsweise drei elastische O-Ringe 18 in entsprechende Nuten in der Oberfläche der Antriebswelle 3 eingesetzt.

Zwischen dem radial nach auswärts vorspringenden Flanschabschnitt 14 des Nachstellringes 4 und dem radial nach einwärts vorspringenden Abschnitt 12 des Schlepp­ringes 5 ist eine Druckfeder 6 eingesetzt, die im stromlosen Zustand der Elektromagnetbremse den Schlepp­ring 5 und damit die Ankerscheibe 2 in Fig. 1 so weit nach rechts drückt, daß die von der Bremsfläche der Ankerscheibe 2 abgewandte Stirnfläche derselben an der von der Druckfeder 6 abgewandten Stirnfläche des radial nach außen vorspringenden Flanschabschnittes 14 des Nachstellringes 4 anliegt.

Die Funktion der automatischen Nachstellung bzw. des Bremsaggregates ergibt sich aus den folgenden Erläute­rungen:

Fig. 1 zeigt die Bremse in Ruhestellung bzw. die automa­tische Nachstellvorrichtung in der Ausgangslage. Zwi­ schen dem Spulenträger 1 und der Ankerscheibe 2 befindet sich ein Luftspalt a, um die Bremse im stromlosen Zustand im ungebremsten Zustand zu halten, und zwar aufgrund der Wirkung der Druckfeder 6 zwischen dem durch Reibschluß auf der Antriebswelle festgelegten Nachstell­ring 4 und dem mit der Ankerscheibe 2 verschraubten Schleppring 5. Wird nun auf die Magnetwicklung im Spu­lenträger 1 Spannung gegeben, wird die Ankerscheibe 2 an den Spulenträger 1 herangezogen, und zwar entgegen der Kraft der Druckfeder 6. Dadurch wird der Luftspalt a zu Null, was in Fig. 2A dargestellt ist. Die Drehmoment­übertragung von der abzubremsenden Antriebswelle 3 erfolgt über den Radialflansch 10 zu den drei am Umfang desselben verteilten, axial verschieblichen Übertra­gungsbolzen 7, welche mit der Übertragungs-Ringfeder 8 verschraubt oder anderweitig befestigt sind. Die Drehmo­mentübertragung erfolgt somit von Teil 3 auf Teil 10 und Teil 7, auf Teil 8 sowie von dort auf Teil 2 und schließlich zum Spulenträger 1, der an einer nicht dargestellten Maschinenwand oder dergl. befestigt ist was somit zur Abbremsung der Antriebswelle 3 führt.

Im Falle eines Kupplungs-Bremsaggregats nach der Fig. 3 ergibt sich die Funktion der dort links eingezeichneten Bremsenseite in identischer Weise. Bei der Kupplungs­seite wird anstatt des Spulenträgers der Rotor 17 zur Drehmomentübertragung auf die Abtriebswelle verwendet.

Ansonsten ist der Aufbau der Kupplungsseite in der Fig. 3 identisch mit demjenigen der Bremsenseite, d.h. die Ankerscheibe 2 ist auch hier mit dem Schleppring 5 fest verschraubt und zwischen dem Schleppring 5 und dem Nachstellring 4 befindet sich eine Druckfeder 6, die z.B. auch als Wellscheibe ausgeführt werden kann. Durch diese Feder wird die Ankerscheibe 2 zur Anlage an den radial auswärts vorspringenden Abschnitt des Nachstell­ringes 4 angedrückt.

Wenn die Ankerscheibe 2 bei erregtem Elektromagneten an den Spulenträger angezogen wird (Fig. 2A), wird die Feder 6 zusammengedrückt und die Ankerscheibe 2 ver­schiebt sich um den Luftspalt a (Ankerscheibenhub) relativ zum Flanschabschnitt 14 des Nachstellringes 4 hin ab, der durch die Pressung der drei O-Ringe in seiner Position stehen bleibt. Wird die Spannung von der Wicklung des Spulenträgers 1 wieder weggenommen, so geht die Ankerscheibe 2 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück (Fig. 1).

Entsteht nun eine Abnützung x am Spulenträger 1 oder entsprechend am Rotor 17 des Kupplungs-Bremsaggregates der Fig. 3, dann wird die Ankerscheibe 2 zusätzlich zum Luftspalt a um den Betrag x (nach links (Bremsenseite) bzw. nach rechts (Kupplungsseite) bewegt, d.h. der Schleppring 5 schiebt den Nachstellring 4 um den Abnüt­ zungsbetrag x in der entsprechenden Richtung. In dieser neuen Stellung wird der Nachstellring 4 dann wieder durch die drei O-Ringe 8 gehalten, welche eine radiale Pressung haben. Bei Wegnahme der Spannung von der Wick­lung des Spulenträgers 1 wandert nun die Ankerscheibe aufgrund der Wirkung der Druckfeder 6 wieder nach rechts (auf der Kupplungsseite nach links), aber nicht mehr um den Abnutzungsbetrag x und den Luftspalt a, sondern nur noch um den Luftspalt a, da sich der Nachstellring 4 um den Abnützungsbetrag x verschoben hat.

Je mehr der Spulenträger der Bremsenseite bzw. der Rotor der Kupplungsseite sich abnützt, umso mehr wandert die Ankerscheibe 2 mit dem Schleppring 5 hinterher, wobei jedoch die Ankerscheibe immer nur den Hub des Luftspal­tes a ausführt.

Durch die Anordnung von im wesentlichen reibungsfrei axial verschieblichen Übertragungsbolzen 7 zur Befesti­gung der Übertragungs-Ringfeder 8 an dem Radialflansch 10 der Antriebswelle 3 übt die Druckfeder 6 immer die gleiche Rückstellkraft auf die Ankerscheibe 2 aus, und zwar unabhängig von dem jeweiligen Abnützungsgrad. Aufgrund der Verbindung der beispielsweise drei auf dem Umfang verteilten Übertragungsbolzen 7 mit der Anker­scheibe 2 und der Übertragungs-Ringfeder 8 kann immer ein gewisser Fluchtungsausgleich für die Ankerscheibe 2 aufgrund möglicherweise ungleichmäßiger Abnützung oder sonstiger Einflüsse erfolgen, so daß es nicht zu einem Verklemmen der axial verschieblichen Übertragungsbolzen und damit der Ankerscheibe kommen kann. Aufgrund des immer gleichmäßigen Luftspaltes ergeben sich immer gleichbleibende Schaltzeiten und eine erhöhte Positio­niergenauigkeit des Kupplungs- bzw. Bremsaggregats. Eine Verstellung des Luftspaltes ist aufgrund der automati­schen Nachstellung nicht erforderlich, d.h. die Anord­nung arbeitet wartungsfrei, und wegen der unabhängig vom Abnutzungsgrad immer gleichmäßigen Kraft der Druck­feder 6 bleibt die Anzugskraft des Spulentragers 1 in jedem Fall immer gleich.

• 1 Spulenträger
• 2 Ankerscheibe
• 3 Antriebswelle
• 4 Nachstellring
• 5 Schleppring
• 6 Feder/Wellscheibe
• 7 Übertragungsbolzen
• 8 Übertragungsfeder (Ringfeder)
• 9 Gleitlager(element)
• 10 Radialflansch/Umfangsflansch
• 11
• 12 Abschnitt (des Schleppringes 5)
• 13
• 14 Flanschabschnitt (des Nachstellringes 4)
• 15
• 16
• 17 Rotor/Kupplungsseite
• 18 O-Ringe/Dichtringe

Sonderpositionen

• a Luftspalt
• x Abnützung