DE19519434C1 - Elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannte Federdruckbremsen dieser Gattung dienen bei Gerä­ ten, Maschinen, Robotern usw. als Sicherheitsbremsen, um eine elektromotorisch angetriebene Welle bei stromausfall abzubremsen und zuverlässig stillzusetzen. Der den Elektro­ motor speisende Strom betätigt gleichzeitig die elektromag­ netische Lüfteinrichtung, so daß der Anker gegen die Kraft der Bremsfedern angezogen wird und die auf der Welle sit­ zende Bremsscheibe freigibt. Fällt der Strom aus, so wird der Anker durch die Bremsfedern bewegt und klemmt die Bremsscheibe reibschlüssig an der Bremsfläche, so daß die Welle abgebremst wird.

Werden elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremsen in besonders sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt, z. B. zum Abbremsen und Festhalten von Lasten im Aufzugsbau, so werden besonders hohe Anforderungen an die zuverlässige Wirksamkeit der Bremse gestellt (z. B. Sicherheitsregeln für Personen- und Lastenaufzüge nach DIN EN 81 Teil 1). Diese Vorschriften verlangen zwei voneinander unabhängige Funk­ tionsweisen der Bremse, damit die Bremse auch im Versagens­ falle einer der beiden Funktionsweisen noch zuverlässig wirksam ist. Diese Forderung erfüllt die Federdruckbremse der eingangs genannten Gattung nicht. Bricht beispielsweise eine der Blattfedern oder deren Befestigung, so ist die Drehmomentabstützung des Ankers nicht mehr gewährleistet und die Bremse versagt oder erreicht zumindest nicht mehr das notwendige Bremsmoment.

Im Aufzugsbau werden daher elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremsen eingesetzt, die auf dem sogenannten Zweikreisprinzip beruhen. Bei diesen Bremsen ist der Anker in zwei koaxial zueinander angeordnete Teilanker unter­ teilt. Dadurch wird erreicht, daß bei Ausfall eines der Teilanker zumindest noch der andere Teilanker wirksam ist. Die Unterteilung des Ankers hat zur Folge, daß im Versa­ gensfalle eines Teilankers der noch wirksame zweite Teilan­ ker nur das halbe Bremsmoment des gesamten Ankers erzeugt. Damit auch dieses halbe Bremsmoment noch zuverlässig die Sicherheitsanforderungen erfüllt, muß die Bremse entspre­ chend groß dimensioniert werden, was sich nachteilig auf die Kosten und den Platzbedarf auswirkt. Der zwischen den beiden Teilankern vorhandene magnetische Übergangsluftspalt verringert den Magnetfluß, was zusätzlich eine größere Dimensionierung notwendig macht. Schließlich kann die gegenseitige Beweglichkeit der beiden Teilanker durch Korrosion, Schmutz, Abrieb und dergleichen in dem Über­ gangsluftspalt beeinträchtigt werden, so daß bei Ausfall eines Teilankers der andere Teilanker klemmt und ebenfalls nicht oder nur reduziert wirksam ist.

Aus dem DE 85 17 079 U1 und dem DE 83 81 477 U1 sind elektro­ magnetisch lüftbare Federdruckbremsen der eingangs genannten Gattung bekannt. Bei diesen Federdruckbremsen ist der Anker mittels Blattfedern axial beweglich und verdrehsteif an der Lüfteinrichtung gelagert. Stützelemente, die an dem Magnetgehäu­ se der Lüfteinrichtung befestigt sind, greifen in Aussparungen des Ankers ein. Diese Stützelemente sind die Köpfe der die Blattfeder an dem Magnetgehäuse befestigenden Schrauben bzw. ein Distanzbolzen. Die Stützelemente behindern die axiale Bewegbar­ keit des Ankers nicht, solange die Blattfedern den Anker ver­ drehfest halten. Falls die Blattfedern brechen, kommt der Anker an den Stützelementen in Drehrichtung zum Anschlag, so daß diese eine zusätzliche drehmomentabstützende Sicherung bieten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektro­ magnetisch gelüfteten Federdruckbremse der eingangs genannten Gattung die Betriebssicherheit zusätzlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Feder­ druckbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Die elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremse verwendet in an sich bekannter Weise einen mittels Blattfedern an der Lüftein­ richtung gelagerten Anker. Eine zusätzliche Sicherung des Ankers für den Fall eines Versagens der Drehmomentabstützung durch die Blattfedern wird dadurch erreicht, daß der Anker Aussparungen aufweist, in welche Stützelemente eingreifen, die drehfest in bezug auf die Lüfteinrichtung angeordnet sind. Die Stützelemente greifen mit Spiel in die Aussparungen ein, so daß der durch die Blattfedern verdrehsteif gehaltene Anker die Stützelemente bei seiner axialen Bewegung nicht berührt. Nur wenn die Drehmoment­ abstützung durch die Blattfedern versagt und sich der Anker gegenüber der Lüfteinrichtung dreht, kommt er mit den Stützele­ menten in Anschlag und diese übernehmen die Drehmomentabstützung des Ankers. Die reibungs- und verschleißfreie Lagerung des An­ kers durch die Blattfedern wird durch die zusätzliche Sicherung nicht beeinträchtigt, da die Stützelemente berührungsfrei in die Aussparungen eingreifen, solange die Drehmomentabstützung durch die Blattfedern funktionsfähig ist.

Sowohl im Normalbetrieb, wenn der Anker über die Blattfedern abgestützt ist, als auch im Notfallbetrieb, wenn der Anker über die Stützelemente abgestützt ist, ist der gesamte Anker zur Erzeugung des Bremsmoments wirksam. Der Anker kann daher gegen­ über den herkömmlichen Systemen mit unterteiltem Anker kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden. Die Lagerung des Ankers ohne Gleitflächen für die axiale Führung bedeutet nicht nur eine verschleißfreie Lagerung, sondern verhindert auch, daß die axia­ le Beweglichkeit des Ankers durch Korrosion, Schmutz, Abrieb und dergleichen beeinträchtigt wird.

Das Versagen der Drehmomentabstützung durch die Blattfedern wird erfindungsgemäß zusätzlich dadurch signalisiert, daß die Stütz­ elemente der zweiten Sicherungsabstützung mit elektrischen Kon­ takten ausgestattet sind, die durch den anschlagenden Anker betätigt werden. Dadurch kann ein elektrisches Signal erhalten werden, welches das Versagen der ersten Drehmomentabstützung bzw. das Wirksamwerden der zweiten Drehmomentabstützung meldet.

Die drehfesten Stützelemente können als Vorsprünge oder Stege am Magnetgehäuse der Lüfteinrichtung oder an der Anbaufläche der Federdruckbremse ausgebildet sein. Vorzugsweise werden als Stützelemente Bolzen verwendet, die zur Befestigung der Lüftein­ richtung an einer Anbaufläche dienen.

Eine zusätzlich erhöhte Sicherheit ergibt sich durch die Mög­ lichkeit, den Verschleiß der Reibbeläge zu überwachen. Hierzu werden der Magnetkraftverlauf der Lüfteinrichtung und der Feder­ kraftverlauf der Bremsfedern so abgestimmt, daß bei Überschrei­ ten des maximal zulässigen Verschleißes der Reibbeläge die Brem­ se nicht mehr lüftet. Sensoren, Mikroschalter oder eine elektro­ nische Überwachung der Stromaufnahme der Lüfteinrichtung zeigen an, daß die Bremse nicht mehr lüftet, und verhindern ein An­ laufen des die Welle antreibenden Motors gegen die geschlossene Bremse.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt der Federdruckbremse,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Hilfsstromkreis zum Signalisieren des Versagens­ falles und

Fig. 4 den Verlauf der Magnetkraft und der Bremsfederkraft in Abhängigkeit vom Ankerhubweg.

Die elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremse weist eine Lüfteinrichtung auf, die aus einer in einem Magnetgehäuse 12 angeordneten Magnetspule 1 besteht. Das Magnetgehäuse 12 ist mit drei achsparallel an seinem Umfang angeordneten Bolzen 14 an einer Anbaufläche 9 eines Motors befestigt. Eine durch die Federdruckbremse abzubremsende Welle 4 des Motors durchsetzt koaxial das Magnetgehäuse 12.

Fest auf der Welle 4 sitzt ein Mitnehmer 5 mit einer Außen­ verzahnung 10. Eine kreisringförmige Bremsscheibe 6 sitzt mit einer Innenverzahnung auf der Außenverzahnung 10 des Mitnehmers 5 und ist dadurch unverdrehbar aber axial ver­ schiebbar mit der Welle 4 verbunden. Die Bremsscheibe 6 weist auf ihren beiden Stirnflächen Reibbeläge 7 und 8 auf.

An der der Bremsscheibe 6 zugewandten Stirnfläche des Magnetgehäuses 12 ist ein weichmagnetischer Anker 2 ange­ ordnet, der die Form einer Kreisringscheibe hat und in seinem Innendurchmesser und seinem Außendurchmesser mit dem Innendurchmesser bzw. dem Außendurchmesser des Magnetgehäu­ ses 12 übereinstimmt. Der Anker 2 ist durch drei um 120° gegeneinander versetzte Blattfedern 11 an dem Magnetgehäuse 12 befestigt. Die Blattfedern 11 haben die Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Streifen einer sich über etwa 60° erstreckenden Bogenlänge. Die Blattfedern 11 weisen an ihrem einen Ende eine in radialer Richtung verlaufende Verbreiterung auf und sind am radial inneren und am radial äußeren Ende dieser Verbreiterung mittels Schrauben 23 am Innenpol bzw. Außenpol des Magnetgehäuses 12 befestigt. Die entgegengesetzten Enden der im wesentlichen zwischen dem Innenpol und dem Außenpol des Magnetgehäuses 12 angeordne­ ten Blattfedern 11 sind jeweils mittels Nieten 22 an dem Anker 2 befestigt. Der Anker 2 ist auf diese Weise über die Blattfedern 11 verschleißfrei, axial beweglich und verdreh­ fest an dem Magnetgehäuse 12 gelagert. Im Bereich des Innenpoles des Magnetgehäuses 12 sind in gleichen Winkelab­ ständen versetzt Bremsfedern 3 angeordnet, die als achspa­ rallele Schraubendruckfedern ausgebildet sind und an dem Anker 2 angreifen.

Wird der Magnetspule 1 Strom zugeführt, so wird durch die elektromagnetische Kraft der Anker 2 gegen die Kraft der Bremsfedern 3 angezogen. Die zwischen dem Anker 2 und der Anbaufläche 9 angeordnete Bremsscheibe 6 wird dadurch freigegeben, so daß die Bremse gelüftet ist und die Welle 4 mit dem Mitnehmer 5 und der Bremsscheibe 6 sich frei drehen kann. Wird der Strom der Magnetspule 1 abgeschaltet, so drücken die Bremsfedern 3 den Anker 2 von dem Magnetgehäuse 12 weg, so daß die Bremsscheibe 6 unter der Kraft der Bremsfedern 3 zwischen dem Anker 2 und der Anbaufläche 9 geklemmt wird. Die Bremsscheibe 6 wird durch die Reibung zwischen dem an dem Magnetgehäuse 12 drehfest gehaltenen Anker 2 und dem Reibbelag 7 einerseits sowie zwischen der feststehenden Anbaufläche 9 und dem Reibbelag 8 anderer­ seits festgehalten, so daß über den Mitnehmer 5 die Welle 4 abgebremst und festgehalten wird.

Die drei um 120° im Winkel gegeneinander versetzten Bolzen 14, mit welchen das Magnetgehäuse 12 an der Anbaufläche 9 befestigt wird, durchsetzen jeweils am Außenumfang des Ankers 2 angeordnete achsparallele Bohrungen 13. Der Durch­ messer der Bohrungen 13 ist etwas größer als der Außen­ durchmesser der Bolzen 14, so daß die Bolzen 14 berührungs­ frei axial durch die Bohrungen 13 des Ankers hindurchfüh­ ren. Die verdrehsteife Befestigung des Ankers 2 an dem Magnetgehäuse 12 mittels der Blattfedern 11 gewährleistet, daß die Bolzen 14 zentriert in den Bohrungen 13 verlaufen und auch bei der axialen Bewegung des Ankers 12 nicht mit der Wandung der Bohrungen 13, d. h. mit dem Anker 2, in Berührung kommen.

Die Blattfedern 11 bewirken die axial bewegliche Lagerung des Ankers 2 an der Lüfteinrichtung und bewirken die Dreh­ momentabstützung des Ankers 2 an der Lüfteinrichtung, wenn die Bremse wirksam wird, d. h. wenn die Bremsscheibe 6 durch den Anker 2 gebremst und festgehalten wird.

Versagt die Bremsmomentabstützung durch die Lagerung des Ankers 2 mittels der Blattfedern 11, z. B. weil eine der Blattfedern 11 oder deren Befestigung durch die Schrauben 23 oder die Nieten 22 bricht, so schlägt der Anker 2 mit der Wandung der Bohrungen 13 an den Bolzen 14 an und die Bolzen 14 übernehmen die Drehmomentabstützung des Ankers 2. Die Bolzen 14 erfüllen somit die Funktion einer zweiten drehmomentabstützenden Lagerung des Ankers 2 für den Fall eines Versagens der Lagerung durch die Blattfedern 11. Auch bei einer Drehmomentabstützung durch die Bolzen 14 wird das volle Bremsmoment wirksam, das durch die Kraft der Bremsfe­ dern 3 und die Fläche der Reibbeläge 7 und 8 bestimmt ist.

Fig. 3 zeigt eine Zusatzeinrichtung, die bei der Feder­ druckbremse der Fig. 1 und 2 verwendet werden kann, um das Versagen der Bremsmomentabstützung durch die Blattfe­ dern 11 bzw. das Wirksamwerden der Bremsmomentabstützung durch die Bolzen 14 anzuzeigen. In dieser Ausführung sitzt im Bereich der Bohrungen 13 des Ankers 2 eine elektrisch leitende Hülse 16 auf einem der Bolzen 14, wobei die Hülse 16 gegen den Bolzen 14 durch Isolierungen 15 elektrisch isoliert ist. Die Pole eines Hilfsstromkreises 24 werden einerseits an die elektrisch leitende Hülse 16 und anderer­ seits an das Magnetgehäuse 12 und damit über die Blattfe­ dern 11 an den Anker 2 angeschlossen. Solange die Blattfe­ dern 11 wirksam sind, halten sie den Anker 2 so, daß der Bolzen 14 mit der Hülse 16 die Bohrung 13 des Ankers 2 berührungsfrei durchsetzt. Versagt die Drehmomentabstützung durch die Blattfedern 11, so kommt der Anker 2 zum Anschlag an der auf dem Bolzen 14 sitzenden Hülse 16 und der Hilfs­ stromkreis 24 wird geschlossen. Dadurch kann z. B. ein in den Hilfsstromkreis 24 eingeschaltetes Relais 25 geschaltet werden, um eine Defektanzeige zu betätigen.

Eine Defektanzeige könnte ebenso dadurch betätigt werden, daß durch die Drehung des Ankers 2 bis zum Anschlag an den Bolzen 14 ein Mikroschalter oder dergleichen betätigt wird.

In Fig. 4 ist der Verlauf der den Anker 2 gegen die Lüft­ einrichtung ziehenden Magnetkraft 17 einerseits und der Verlauf der den Anker 2 von der Lüfteinrichtung abstoßenden Federkraft 19 der Bremsfedern 3 andererseits in Abhängig­ keit von dem Hubweg 18 des Ankers 2 dargestellt. Im Neuzu­ stand der Reibbeläge 7 und 8 der Bremsscheibe 6 ergibt sich ein Luftspalt 21 zwischen dem Anker 2 und der Stirnfläche des Magnetgehäuses 12 bei betätigter Bremse. Die Magnet­ kraft 17 ist bei diesem Luftspalt 21 deutlich größer als die Kraft 19 der Bremsfedern 3, so daß bei Stromzuführung zu der Magnetspule 1 der Anker 2 gegen die Kraft der Brems­ federn 3 angezogen wird. Mit zunehmendem Verschleiß der Reibbeläge 7 und 8 vergrößert sich der Luftspalt 18 zwi­ schen dem Anker 2 und dem Magnetgehäuse 12 im Bremszustand. Die zum Lüften des Ankers 2 an diesem angreifende Magnet­ kraft 17 verringert sich dadurch zunehmend, bis der maximal zulässige Reibbelagverschleiß 20 erreicht ist, bei welchem die Magnetkraft 17 auf den Betrag der Federkraft 19 abge­ fallen ist. Wird dieser maximale Reibbelagverschleiß 20 überschritten, so ist die Federkraft 19 der Bremsfedern 3 größer als die Magnetkraft 17, mit welcher der Anker von der Lüfteinrichtung zum Lüften der Bremse angezogen wird. Die Bremse kann daher nicht mehr lüften. Durch Überwachung des Lüftstromes wird einerseits festgestellt und angezeigt, daß die Bremse nicht mehr lüftet, und andererseits kann der Motorstrom abgeschaltet werden, um ein Anlaufen des Motors gegen die geschlossene Bremse und damit einen Abrieb der Reibbeläge 7 und 8 unter die zulässige Grenze zu verhin­ dern. Anstelle einer elektronischen Überwachung des Luft­ stromes können auch Sensoren oder Mikroschalter oder der­ gleichen verwendet werden, um das Nichtlüften der Bremse infolge von Verschleiß der Reibbeläge 7 und 8 festzustel­ len.

Claims (5)

1. Elektromagnetisch gelüftete Federdruckbremse, mit einer drehfest montierten elektromagnetischen Lüfteinrichtung, mit einem mittels Blattfedern axial beweglich und verdrehsteif an der Lüfteinrichtung gelagerten Anker und mit einer unverdreh­ bar auf einer abzubremsenden Welle gelagerten Bremsscheibe, wobei Bremsfedern der Lüfteinrichtung den Anker axial be­ aufschlagen, um diesen mit der Bremsscheibe reibschlüssig in Eingriff zu bringen, wobei die Lüfteinrichtung bei Stromzufüh­ rung den Anker gegen die Kraft der Bremsfedern anzieht, um die Bremsscheibe freizugeben, und wobei der Anker Aussparungen aufweist, in welche drehfeste Stützelemente berührungsfrei eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehung des Ankers (2) gegen die Stützelemente (14) ein Signal ausgelöst wird.

2. Federdruckbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehung des Ankers (2) gegen die Stützelemente (14) ein elektrischer Kontakt (2, 16) geschlossen wird, der das Signal erzeugt.

3. Federdruckbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente achsparallele Bolzen (14) sind, die achsparallele Bohrungen (13) des Ankers (2) durchsetzen, und daß der Kontakt durch eine auf einem der Bolzen (14) elek­ trisch isoliert sitzende Hülse (16) und den Anker (2) gebildet ist.

4. Federdruckbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (14) zur Befestigung der Lüfteinrichtung an einer Anbaufläche (9) dienen.

5. Federdruckbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichtlüften der Bremse durch Sensoren, Mikroschalter oder durch elektronische Überwachung des Lüftstromes festgestellt und angezeigt wird.