DE10065212C2 - Brems- oder Kupplungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brems- oder Kupplungsanordnung mit wenigstens einem federbelastet axial verschiebbaren Brems- oder Kupplungsteil, der durch die Axialverschiebung gegen einen oder weg von einem axial festen Gegen­ flansch beweglich ist, sowie mit Schaltmitteln zum drehzahlabhängigen Einlei­ ten der federbelasteten Axialverschiebung, wobei die Schaltmittel als fliehkraft­ abhängig lösbare Axialsicherungen für den Brems- oder Kupplungsteil gestaltet sind.

Aus der DE 12 33 277 B ist eine derartige Kupplungsanordnung bekannt, bei der ein Kupplungsteil durch eine Axialverschiebung gegen einen festen Gegen­ flansch bewegt wird. Es sind Fliehkraftgewichte vorgesehen, die oberhalb einer bestimmten Drehzahl eine Axialverschiebung des Kupplungsteiles zulassen.

Aus der DE 78 18 149 U1 ist eine Drehmomentbegrenzungsvorrichtung be­ kannt, die einen fliehkraftabhängig ausrückenden, radial zu einer Drehachse beweglichen Zapfen aufweist. Auf den Zapfen wirkt in axialer Richtung ein seit­ licher Druck durch eine Federkraft, die einem ausschließlich drehzahlabhängigen Ausrücken des Zapfens entgegenwirkt. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einem Anfahren mit übermäßig hohem Drehmoment ein Ausrücken der Vor­ richtung wirksam verhindert wird. Erst wenn das Anfahren zufriedenstellend überwunden ist und das Drehmoment auf einen kleineren Wert fällt als auf den, auf den die Vorrichtung eingestellt ist, kann der Zapfen freikommen. Dann wird der Zapfen durch die Zentrifugalkraft nach aussen bewegt und gibt die Vorrich­ tung frei.

Eine weitere Brems- oder Kupplungsanordnung ist als elektromagnetische Brems- oder Kupplungseinheit allgemein bekannt. Als Brems- oder Kupplungs­ teil ist dort eine Ankerscheibe vorgesehen, die abhängig von der Schaltung ei­ ner elektromagnetischen Spule in eine Funktions- oder eine Ruheposition über­ führbar ist. Um einen entsprechenden Schaltvorgang zu erzielen, muss ein ent­ sprechendes elektrisches Steuersignal an die elektromagnetische Spule abge­ geben werden, um den Schaltvorgang zu erzielen. Das Steuersignal kann ins­ besondere in einem In- oder Außerbetriebsetzen der Spule verwirklicht sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brems- oder Kupplungsanordnung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die ausschließlich mit mechanischen Mitteln eine drehzahlabhängige Schaltung der Brems- oder Kupplungsanordnung er­ zielt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als fliehkraftabhängig lösbare Axialsi­ cherung wenigstens ein relativ zur Drehachse radial beweglicher Sicherungs­ kolben in dem wenigstens einen Brems- oder Kupplungsteil integriert ist. Da­ durch wird bei einer bestimmten Drehzahl des Brems- oder Kupplungsteiles zwangsläufig das Lösen der Axialsicherung erzielt, wobei die Axialsicherungen ausschließlich durch die aufgrund der entsprechenden Drehzahl auftretende Fliehkraft gelöst, d. h. geschaltet, werden. Dies ist eine besonders einfache und ausschließlich mechanisch wirkende Lösung. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere dazu, kritische Drehzahlerhöhungen bei verschiede­ nen Anlagen, Vorrichtungen oder Maschinen aufgrund eines Notfalles zu ver­ meiden. In besonders bevorzugter Weise wird eine erfindungsgemäße Brems­ anordnung einem Asynchron-Generator zugeordnet, der über einen Kurbeltrieb von einem Stirling-Motor angetrieben wird. Diese Anlage ist Teil eines Block­ heizkraftwerkes, das insbesondere für Einfamilienhäuser zur elektrischen und thermischen Versorgung des Haushalts benutzt werden kann. Bei einer entsprechenden Notsituation, insbesondere einem plötzlichen Lastabwurf am Ge­ nerator, der durch einen Kabelbruch, durch ein klemmendes Schütz, durch eine durchgebrannte Heizpatrone oder ähnliches entstehen kann, kann die thermi­ sche Speichermasse des Stirling-Motors trotz einer Brennerabschaltung zu ei­ ner Drehzahlerhöhung der gesamten Anlage führen, die eine Zerstörung des Kurbeltriebes zur Folge haben könnte. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die Anlagendrehzahl unterhalb der kritischen Drehzahl zu halten, bis das Arbeitsvermögen des Stirling-Motors aufgrund seiner thermischen Spei­ chermasse abgebaut ist. Die grundsätzliche Lösung der fliehkraftabhängigen Bremswirkung, oder auch einer fliehkraftabhängigen Bremsfreigabe kann auch bei anderen Vorrichtungen, Maschinen oder Anlagen eingesetzt werden. Insbe­ sondere kann anstelle der Bremsfunktion auch eine entsprechende Kupplungs­ funktion erzielt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Brems- oder Kupplungs­ teil auf einer Nabe axial verschiebbar gehalten, die mit wenigstens einer auf den wenigstens einen Sicherungskolben abgestimmten Aussparung an ihrem Außenumfang versehen ist, in die der Sicherungskolben formschlüssig ein­ taucht. Dadurch wird in einfacher Weise die formschlüssige Axialsperrung er­ zielt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Federmittel vorgesehen, die den Sicherungskolben in der den Brems- oder Kupplungsring axial blockierenden Position halten. Dadurch wird die einwandfreie Funktion der Brems- oder Kupp­ lungsanordnung verbessert. Durch geeignete Wahl des Federmittels, das eine entsprechende Feder- und Rückhaltekraft auf den Sicherungskolben ausübt, kann die Drehzahl definiert werden, ab der die Massenträgheitskraft des Siche­ rungskolbens die Federkraft übersteigt und so die axiale Sperrung aufhebt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, segmentförmig über den Umfang der Brems- oder Kupplungsanordnung verteilt angeordnete Brems- oder Kupplungsteile vorgesehen, denen jeweils wenigstens eine fliehkraftab­ hängig lösbare Axialsicherung zugeordnet ist. Vorzugsweise werden die ver­ schiedenen Brems- oder Kupplungsteile über ein gemeinsames Antriebsmittel, insbesondere eine einzelne, ringförmige Membran, axial verschoben. Es ist auch möglich, jedem Brems- oder Kupplungsteil ein eigenes, axial wirksames Antriebsmittel, insbesondere in Form einer Membran, einer Druckfeder oder ähnlichem, zuzuordnen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprü­ chen.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung be­ schrieben und anhand der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung eines Blockheizkraftwerkes, das mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsanordnung versehen ist,

Fig. 2 in vergrößerter Schnittdarstellung die Bremsanord­ nung für das Blockheizkraftwerk nach Fig. 1 und

Fig. 3 in einer weiteren Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsanord­ nung ähnlich Fig. 2.

Ein Blockheizkraftwerk für ein Einfamilienhaus 1 weist gemäß Fig. 1 einen Stirling-Motor 2 auf, der über einen Kurbeltrieb 3 einen Asynchron-Generator 4 antreibt. Der Asynchron- Generator 4 steht mit elektrischen Versorgungsleitungen 5 des Haushalts in Verbindung.

Um bei einem plötzlichen Lastabwurf am Asynchron-Generator 4, der durch einen Kabelbruch, durch ein klemmendes Schütz, durch eine durchgebrannte Heizpatrone oder ähnliches auftre­ ten kann, eine kritische Drehzahlerhöhung der gesamten Anlage zu vermeiden, die zu einer Zerstörung des Kurbeltriebes 3 führen könnte, ist dem Asynchron-Generator 4 eine Bremsanord­ nung 6 gemäß Fig. 2 zugeordnet. Durch die Bremsanordnung 6 ist es möglich, die Drehzahl der Anlage gemäß Fig. 1 in einer Notsituation solange unter der oben beschriebenen kritischen Drehzahl zu halten, bis das durch die thermische Speichermas­ se des Stirling-Motors 2 erzeugte Arbeitsvermögen abgebaut ist.

Die Bremsanordnung 6 weist ein als Nabe dienendes Innenteil 7 auf, das stirnseitig auf eine Welle des Asynchron-Generators 4 aufgeschoben und spielfrei mit der Welle des Asynchron- Generators 4 verbunden ist. Auf dem drehfest und axial gesi­ chert mit der Welle des Asynchron-Generators 4 verbundenen Innenteil 7, das koaxial zu einer Drehachse D der Bremsanordnung 6 ausgerichtet ist, ist - ebenfalls koaxial - als Brems­ teil ein Bremsring 9 auf dem Innenteil 7 angeordnet, der kol­ benförmig gestaltet ist und radial spielfrei, jedoch axial verschiebbar auf dem Innenteil 7 sitzt. Um einen spielfreien Sitz und eine gute axiale Verschiebbarkeit des Bremsringes 9 auf dem Innenteil 7 zu erzielen, sind nicht näher bezeichnete Gleitlagerringe vorgesehen. Dem Bremsring 9 ist axial beab­ standet ein feststehender Gegenflansch 11 zugeordnet, gegen den der Bremsring 9 durch die Axialkraft eines Antriebsmit­ tels in Form einer Membran 10 pressbar ist. Die Membran 10 ist tellerartig gestaltet und an ihrem Innenumfang mit dem Innenteil 7 und an ihrem Außenumfang mit dem Bremsring 9 je­ weils fest verbunden. In der in Fig. 2 dargestellten Position ist die Membran 10 vorgespannt und bildet einen Federspei­ cher.

Die Vorspannung der Membran 10 wird dadurch aufrechterhalten, dass der Bremsring 9 durch mehrere Axialsicherungen in Form von relativ zur Drehachse D radial beweglichen Sicherungskol­ ben 13 formschlüssig in einer definierten Axialposition gehalten werden. Jeder Sicherungskolben 13 ist räumlich in einer entsprechenden Radialbohrung des Bremsringes 9 integ­ riert. Am Außenumfang des Innenteiles 7 ist jedem Sicherungs­ kolben 13 eine korrespondierende Aussparung 17 zugeordnet, die vorliegend als umlaufende Ringnut gestaltet ist. Die Breite der Ringnut 17 ist geringfügig größer als der Durch­ messer des Sicherungskolbens 13. Zudem ist der eine Rand der Ringnut 17 abgeschrägt, um eine Einlaufschräge für die Mon­ tage der nicht näher bezeichneten Gleitlagerringe zu erhal­ ten. Jeder Sicherungskolben 13 ist mit Hilfe von Gleitringen radial verschiebbar in der Radialbohrung des Bremsringes 9 gelagert. Auf der der Aussparung in Form der Ringnut 17 gegen­ überliegenden Seite greift an jedem Sicherungskolben 13 ein Federmittel in Form einer Druckfeder 14 an, die teilweise in einer konzentrischen Sackbohrung jedes Sicherungskolbens 13 integriert ist und sich mit ihrem anderen Stirnende an einem Stützkörper 15 abstützt. Der Stützkörper 15 ist fest mit dem Bremsring 9 verbunden. Hierzu ist koaxial zur Radialbohrung im Bereich des Außenumfanges des Bremsringes 9 jeweils ein Innengewinde vorgesehen. Der Stützkörper 15 weist ein korres­ pondierendes Außengewinde auf, so dass er in die Sackbohrung eingeschraubt werden kann. Dadurch ist die Vorspannung der Druckfeder 14 einstellbar. An der äußeren Stirnseite weist der Stützkörper 15 eine Werkzeugangriffsfläche, beispielswei­ se in Form eines Schlitzes für den Eingriff eines Schrauben­ ziehers, auf.

Die Druckkraft der Druckfeder 14, die den Sicherungskolben 13 in die entsprechende Aussparung drückt und so die formschlüs­ sige axiale Sicherung des Bremsringes 9 relativ zum Innenteil 7 aufrechterhält, sind derart auf die Massenträgheitskräfte des jeweiligen Sicherungskolbens 13 abgestimmt, dass die Mas­ senträgheitskräfte ab einer bestimmten Drehzahl der Bremsan­ ordnung 6 die Gegenkräfte der Druckfedern 14 überwinden und die Sicherungskolben 13 nach außen drücken. Durch die Ein­ stellbarkeit der Federkraft ist es möglich, eine Anpassung an unterschiedliche Drehzahlen, bei denen die Bremsanordnung 6 auslösen soll, vorzunehmen. Der in der Radialbohrung vorhan­ dene Axialweg für den Sicherungsbolzen ist so groß bemessen, dass der Sicherungsbolzen vollständig nach außen aus der Ringnut austaucht, bevor er am Stützkörper oder an der voll­ ständig zusammengedrückten Druckfeder anschlägt.

Die Bremsanordnung 6a nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Bremsanordnung 6 nach Fig. 2, wobei baugleiche Teile mit denselben Bezugszeichen und funktionsgleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens a benannt sind. Einziger Unterschied bei der Bremsanordnung 6a nach Fig. 3 ist es, dass anstelle eines mittels eines Gewin­ des einschraubbaren Stützkörpers 15 vorliegend ein Stützkör­ per 15a vorgesehen ist, der mittels eines Sprengringes 16 in der Radialbohrung axial gesichert ist. Dadurch ist keine Ein­ stellbarkeit der Druckkraft der Druckfeder 14 erzielbar. Da­ durch wird aber gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 auch vermieden, dass durch ungenaue Einstellungen unter­ schiedliche Federkräfte auf die verschiedenen Sicherungskol­ ben 13 wirken, die zu geringfügig unterschiedlichen Auslösun­ gen führen können. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist durch die Auswahl identischer Druckfedern auch gewährleistet, dass auf alle Sicherungskolben 13a die gleiche Druckkraft wirkt, so dass alle Sicherungskolben 13a bei gleicher Dreh­ zahl nach außen gedrückt werden und den Bremsring 9a für die axiale Verschiebung gegen den Gegenflansch 11 aufgrund der Druckkraft der Membran 10 freigeben.

Claims (5)

1. Brems- oder Kupplungsanordnung mit wenigstens einem federbe­ lastet axial verschiebbaren Brems- oder Kupplungsteil, der durch die Axialverschiebung gegen einen oder weg von einem axial fes­ ten Gegenflansch beweglich ist, sowie mit Schaltmitteln zum drehzahlabhängigen Einleiten der federbelasteten Axialverschie­ bung, wobei die Schaltmittel als fliehkraftabhängig lösbare Axialsi­ cherungen für den Brems- oder Kupplungsteil gestaltet sind, da­ durch gekennzeichnet, dass als fliehkraftabhängig lösbare Axialsi­ cherung wenigstens ein relativ zur Drehachse D radial bewegli­ cher Sicherungskolben (13, 13a) in dem wenigstens einen Brems- oder Kupplungsteil (9, 9a) integriert ist.

2. Brems- oder Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der wenigstens eine Brems- oder Kupplungs­ teil (9, 9a) auf einer Nabe (7) axial verschiebbar gehalten ist, die mit wenigstens einer auf den wenigstens einen Sicherungskolben (13, 13a) abgestimmten Aussparung (17) an ihrem Aussenumfang versehen ist, in die der Sicherungskolben (13, 13a) formschlüssig eintaucht.

3. Brems- oder Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass Federmittel (14) vorgesehen sind, die den Si­ cherungskolben (13, 13a) in der den Brems- oder Kupplungsteil (9, 9a) axial blockierenden Position halten.

4. Brems- oder Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Rückhaltekraft der Federmittel (14) einstellbar gestaltet ist.

5. Brems- oder Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mehrere, segmentförmig über den Umfang der Brems- oder Kupplungsanordnung verteilt angeordnete Brems- oder Kupplungsteile vorgesehen sind, denen jeweils wenigstens eine fliehkraftabhängig lösbare Axialsicherung zugeordnet ist.