DE10119643C2 - Kupplungsbremskombination mit einer Ankerscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsbremskombina­ tion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Kupplungsbremskombinationen sind seit langem hinrei­ chend bekannt. Hierbei ist der Rotor auf dem Antriebswel­ lenende nicht nur drehfest, sondern auch in axialer Rich­ tung fest angeordnet. Zwischen den Reibflächen des Rotors und der Ankerscheibe einerseits und der Ankerscheibe und dem Bremsmagnetteil andererseits sieht man in axialer Rich­ tung je einen Luftspalt vor, um ein Anschleifen dieser Tei­ le und somit eine ungewollte Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle einerseits und einen erhöhten Ver­ schleiß anderseits zu vermeiden. Wird die Erregerspule des Kupplungsmagnetteils bestromt, dann wird die Ankerscheibe über den einen der Luftspalte hinweg zum Rotor hin angezo­ gen und mit diesem reibschlüssig gekuppelt. Wird anstelle dessen die Erregerspule des Bremsmagnetteils bestromt, so wird die Ankerscheibe über den zweiten Luftspalt hinweg ge­ gen das Bremsmagnetteil angezogen und an diesem feststehen­ den Magnetteil zum Stillstand gebracht, während die An­ triebswelle mit konstanter Drehzahl weiter umlaufen kann.

Werden die beschriebenen Kupplungsbremskombinationen mit sehr hohen Taktfrequenzen betrieben, dann ergeben sich prinzipbedingte Nachteile. Denn die Ankerscheibe muß beim Wechsel vom gekuppelten in den gebremsten Zustand und umge­ kehrt über den jeweiligen axialen Luftspalt hinweg be­ schleunigt werden. Zum einen ist dadurch eine zeitliche Verzögerung beim Schalten bzw. Umschalten verbunden. Zum anderen tritt ein hartes, störendes Aufprallgeräusch auf, welches von der Beschaffenheit der Reibflächen und von der Größe des Luftspaltes abhängig ist. Man kann jedoch die Luftspalte nicht beliebig verringern, weil vor allem durch eine thermische Ausdehnung der Bremsenbauteile und auch durch axiale äußere Kräfte ein mehr oder weniger starkes Anschleifen der Reibflächen am Rotor, an der Ankerscheibe und am Bremsmagnetteil auftreten kann.

Aus dem Dokument DE 31 42 570 A1 ist eine anders aufgebaute Kupplungsbremskombination bekannt. Hiernach ist ein axial feststehendes, mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Kupplungswiderlager und ein an einer Feder abgestütztes, axial verschiebliches Bremswiderlager vorgesehen, zwischen denen eine Kupplungsbremsscheibe angeordnet ist. Diese Kupplungsbremsscheibe sitzt auf einem in radialer Richtung sich erstreckenden, federnden Armstern, der eine axiale Verschiebung der Kupplungsbremsscheibe zuläßt. Das Bremswi­ derlager ist über die Feder in ständiger Anlage an der Kupplungsbremsscheibe gehalten und wandert entsprechend bei deren axialen Bewegungen mit. Im Bremsfall muß deshalb bei dieser Ausführung von der Kupplungsbremsscheibe nicht erst ein Luftspalt von der Kupplungsbremsscheibe zum Bremswider­ lager hin durchfahren werden, hierbei tritt ein Schaltge­ räusch nicht auf. Im stromlosen Zustand hält der federnde Armstern die Kupplungsbremsscheibe entgegen der Kraft der axial beaufschlagenden Feder in Abstand vom Kupplungswider­ lager, so daß der hier bestehende Luftspalt im Kupplungs­ fall von der Kupplungsbremsscheibe durchfahren wird.

Ähnliche Kupplungsbremskombinationen sind aus den Dokumen­ ten DE 40 21 310 A1 und US-A-3,227,253 bekannt. Auch dort wird eine Kupplungsbremsscheibe mittels Federkraft in per­ manenter Anlage an einem Bremswiderlager gehalten, wobei ein Luftspalt zwischen der Kupplungsbremsscheibe und dem ihr gegenüberliegenden Kupplungswiderlager besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungs­ bremskombination der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der axiale Luftspalte zwischen der Ankerscheibe und dem Kupplungs-Rotor einerseits sowie dem Bremsmagnetteil ande­ rerseits im entregten Zustand des Brems- und des Kupplungs­ magnetteils entfallen, um hohe Taktfrequenzen verzögerungs­ frei und geräuscharm bewältigen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplungsbremskombination mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß es die axiale Ver­ schieblichkeit des Rotors ermöglicht, den Rotor mit einer definierten, jedoch im Hinblick auf den Verschleiß mög­ lichst geringen Kraft in Anlage an der Ankerscheibe zu hal­ ten, solange das Kupplungsmagnetteil nicht erregt ist. Auch dann, wenn die Erregerspule des Bremsmagnetteils nicht bestromt ist, wird über die elastische, auf den Rotor in Axialrichtung wirkende Kraft die Ankerscheibe in Anlage am Bremsmagnetteil gehalten. Die Hemmung im gesamten System sorgt dafür, daß in diesem Falle eine Drehmitnahme der An­ kerscheibe und somit der Abtriebswelle über den Rotor nicht erfolgt. Bei Umschaltung in den Kupplungszustand kann durch progressive Auslegung der elastischen, auf den Rotor wir­ kenden Axialkraft ein nur geringes Abheben der Ankerscheibe vom Bremsmagnetteil über einen sehr kleinen Luftspalt hin­ weg realisiert werden. Außerdem ermöglicht die elastische axiale Fixierung des Rotors auf dem Antriebswellenende den Ausgleich thermischer Dehnungen oder äußerer Kräfte, ohne daß hierdurch trotz der ständigen Anlage des Rotors an der Ankerscheibe ein übermäßiger Verschleiß aufträte.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Besonders hervorzuheben ist hier, daß durch entsprechende Bestromung der Erregerspulen das Kupplungsmagnetteil und das Bremsmagnetteil magnetisch so gepolt werden können, daß sich in der für beide Magnet­ kreise gemeinsamen, axial beweglichen Ankerscheibe Fluß­ richtungen der beiden abwechselnd wirkenden, also nicht ge­ leichzeitig erregten Magnetkreise ergeben, die einander entgegengesetzt sind. Dadurch wird beim Aufbau des einen Magnetfeldes das jeweils zuvor wirkende Magnetfeld schnel­ ler abgebaut als bei gleicher Flußrichtung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an ei­ nem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupplungsbremskombina­ tion.

Die in der Zeichnung wiedergegebene Kupplungsbremskombina­ tion hat eine Antriebsseite, die links dargestellt ist, entsprechend befindet sich die Abtriebsseite der Kupplungs­ bremskombination auf der rechten Seite der Darstellung.

An der Antriebsseite erkennt man eine Antriebswelle 1, auf der ein Antriebsrad 2 angeordnet ist und die durch ein Kupplungsmagnetteil 3, welches im wesentlichen koaxial mit der Antriebswelle 1 ist, hindurchtritt. Das Kupplungsmag­ netteil 3 hat eine koaxial angeordnete Erregerspule 4, die entsprechend zwischen einem ringförmigen Innenpol 20 und einem ringförmigen Außenpol 21 angeordnet ist. Über eine Drehmomentenstütze 5 ist das Magnetteil 3 drehfest gehal­ ten.

Auf dem Antriebswellenende 6 im Inneren der Kupplungsbrems­ kombination ist ein Rotor 7 angeordnet, der in radialer Richtung die Stirnseite des Magnetteils 3 mit einem axialen Luftspalt überdeckt. Weiter hat der Rotor 7 einen axial vorstehenden Kragen 24, der in axialer Richtung den Außen­ pol 21 des Bremsmagnetteils 3 übergreift. Zwischen diesem Kragen 24 und dem Außenpol 21 des Kupplungsmagnetteils 3 ist ein geringerer Luftspalt vorgesehen, damit der magnetische Fluß gezwungen wird, vornehmlich in Radialrichtung vom Au­ ßenpol 21 des Kupplungsmagnetteils 3 in den Kragen 24 des Rotors 7 überzutreten, entsprechend besteht der Rotor 7 aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus Stahl. Im Bereich seiner Nabe ist mittels einer achsparallelen Verzahnung 8 der Rotor 7 drehfest, jedoch axial verschieb­ lich mit dem Antriebswellenende 6 verbunden.

An der Abtriebsseite weist die Kupplungsbremskombination eine herausgeführte Abtriebswelle 9 auf, auf der ein Ab­ triebsrad 10 sitzt. Im Inneren der Kupplungsbremskombinati­ on tritt die Abtriebswelle 9 durch ein Bremsmagnetteil 11 hindurch, welches koaxial mit der Abtriebswelle 9 liegt und im Prinzip ähnlich wie das Kupplungsmagnetteil 3 aufgebaut ist, allerdings in spiegelbildlicher Anordnung dazu. So hat das Bremsmagnetteil 11 eine eigene Erregerspule 12, und es ist ebenfalls mittels einer Drehmomentenstütze 13 drehfest gehalten.

Auf dem inneren Abtriebswellenende 14 ist eine Ankerscheibe 15 angeordnet, die in radialer Richtung die Stirnseite des Bremsmagnetteils 11 überdeckt. Das Bremsmagnetteil 11 hat gleichfalls einen ringförmigen Innenpol 22 und einen ring­ förmigen Außenpol 23, an dessen Polflächen die Ankerscheibe 15 zur Anlage gebracht werden kann. Bei erregtem Bremsmag­ netteil 11 schließt sich dessen magnetischer Kreis unmit­ telbar vom Innenpol 22 und vom Außenpol 23 aus in axialer Richtung über die Ankerscheibe 15. Auf dem Abtriebswel­ lenende 14 ist die Ankerscheibe 15 drehfest und axial ver­ schieblich angeordnet, dazu ist gleichfalls zwischen der Nabe der Ankerscheibe 15 und dem Antriebswellenende 14 eine achsparallele Verzahnung 16 vorgesehen.

Im Bremszustand der Abtriebswelle 9 wird das Bremsmagnet­ teil 11 über dessen Erregerspule 12 erregt, entsprechend kommt die Ankerscheibe 15 im Bereich der Pole 22 und 23 mit dem Bremsmagnetteil 11 in reibschlüssigen Kontakt, wozu an der Stirnseite des Bremsmagnetteils 11 Reibbeläge 17 vorge­ sehen sind. Hierbei befindet sich der axial verschiebliche Rotor 7 in leichter Anlage an der vom Bremsmagnetteil 11 abliegenden Seite der Ankerscheibe 15, so daß zwischen der Ankerscheibe 15 und dem Rotor 7 ein axialer Luftspalt nicht besteht. Denn der Rotor 7 wird von einer Druckfeder 19 an seiner von der Ankerscheibe 15 abgewandten Seite in axialer Richtung beaufschlagt, diese Druckfeder 19 stützt sich an­ dererseits an der Antriebswelle 1 ab. Die Kraft der Feder 19 ist so bemessen, daß der Rotor 7 mit seiner Anlageseite nahezu verschleißfrei über die Ankerscheibe 15 hinwegglei­ ten kann.

Wird bei umgekehrter Schaltung bei entregtem Bremsmagnet­ teil 11 über die betreffende Erregerspule 4 das Kupplungs­ magnetteil 3 erregt, kommt die Ankerscheibe 15 vom Brems­ magnetteil 11 frei und baut einen reibschlüssigen Kontakt mit dem Rotor 7 auf, der durch Reibbeläge 18 an der Stirn­ seite des Rotors 7 begünstigt wird. Hierbei gibt der Rotor 7 entgegen der Kraft der Druckfeder 19 in axialer Richtung etwas nach, zum einen kann hier zur Begrenzung des axialen Luftspaltes zwischen der Ankerscheibe 15 und dem Bremsmag­ netteil 11 der axiale Verschiebeweg des Rotors 7 begrenzt oder die Kennlinie der Druckfeder 9 progressiv ausgeführt sein. Die Drehmomentenübertragung zwischen der Ankerscheibe 15 und dem Rotor 7 erfolgt aufgrund der magnetischen Haf­ tung zwischen diesen beiden Teilen. Denn der Magnetfluß bei erregtem Kupplungsmagnetteil 3 tritt im wesentlichen in axialer Richtung vom Kragen 24 des Rotors 7 in die Anker­ scheibe 15 über. Dies wird durch Aussparungen 25 im radial verlaufenden Abschnitt des Rotors 7 erzwungen, die den mag­ netischen Widerstand in Radialrichtung des Rotors erhöhen. Der Verschiebeweg des Rotors 7 ist so gewählt, daß eine Kollision mit dem Abtriebswellenende 14 ausgeschlossen ist, welches dem Antriebswellenende 6 unmittelbar Stirnseite an Stirnseite in koaxialer Richtung gegenüberliegt.

Eine bevorzugte Einbaulage der Kupplungsbremskombination ist die Vertikallage, bei der sich die Abtriebsseite, also das Abtriebsrad 10 auf der Abtriebswelle 9, oben befindet. Hierbei wählt man die Kraft der Druckfeder 19 so, daß das Gewicht von Rotor 7 und Ankerscheibe 15 geringfügig über­ kompensiert ist, so daß ohne die Magnetkräfte der Rotor 7 und die Ankerscheibe 15 sozusagen in einem Schwebezustand gehalten werden, in dem die Ankerscheibe 15 sich auf dem Rotor 7 in Axialrichtung abstützend am Bremsmagnetteil 11 mit geringer Kraft anliegend gehalten wird.

Claims (5)

1. Kupplungsbremskombination mit einer Antriebsseite, an der eine Antriebswelle (1) durch ein feststehendes Kupp­ lungsmagnetteil (3) hindurchtritt und auf dem Antriebs­ wellenende (6) ein Rotor (7) drehfest angeordnet ist, der zumindest in radialer Richtung das Kupplungsmagnet­ teil (3) unter Einschluß eines axialen Luftspaltes über­ deckt, und ferner mit einer Abtriebsseite, an der eine Abtriebswelle (9) durch ein feststehendes Bremsmagnet­ teil (11) hindurchtritt und auf dem dem Antriebswellen­ ende koaxial gegenüberliegenden Abtriebswellenende (14) eine Ankerscheibe (15) drehfest sowie axial lose ange­ ordnet ist, welche in radialer Richtung das Bremsmagnet­ teil (11) stirnseitig überdeckt, so daß bei Erregung des Bremsmagnetteils (11) die hiergegen reibschlüssig ange­ zogene Ankerscheibe (15) blockiert und bei Erregung des Kupplungsmagnetteils (3) die in dessen Richtung axial angezogene Ankerscheibe (15) mittels reibschlüssiger An­ lage mit dem Rotor (7) gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) auf dem Antriebswellenende (6) axial lose angeordnet und mittels einer axial wirkenden Kraft in elastischer, gleitender Anlage an der Ankerscheibe (15) und diese am Bremsmagnetteil (11) anliegend gehal­ ten ist, solange das Kupplungsmagnetteil (3) nicht er­ regt ist.

2. Kupplungsbremskombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Rotor (7) wirkende Kraft von einer me­ chanischen Druckfeder (19) aufgebracht ist, die koaxial auf der Antriebswelle (1) an der von der Ankerscheibe (15) abliegenden Seite des Rotors (7) angeordnet und so­ wohl an diesem als auch an der Antriebswelle (1) abge­ stützt ist.

3. Kupplungsbremskombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (19) eine Wellfeder ist.

4. Kupplungsbremskombination nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei vertikaler Einbaulage mit der Abtriebsseite nach oben die Kraft der Druckfeder (19) so bemessen ist, daß das Gewicht von Rotor (7) und Ankerscheibe (15) gering­ fügig überkompensiert ist.

5. Kupplungsbremskombination nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsmagnetteil (3) und das Bremsmagnetteil (11) durch entsprechende Bestromung derart magnetisch ge­ polt sind, daß in der für den magnetischen Kreis der bei­ den Magnetteile (3, 11) gemeinsamen Ankerscheibe (15) der von dem Kupplungsmagnetteil (3) erzeugte Magnetfluß dem­ jenigen, der von dem Bremsmagnetteil (11) erzeugt wird, entgegengesetzt gerichtet ist.