DE2657659A1

DE2657659A1 - Elektrischer kupplungs- und bremsmotor

Info

Publication number: DE2657659A1
Application number: DE19762657659
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Meier
Original assignee: Quick Rotan Becker and Notz KG
Current assignee: Quick Rotan Becker and Notz KG
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1978-06-22
Also published as: US4172985A; GB1577749A; SE432330B; JPS5378010A; FR2374765B1; ES464857A1; FR2374765A1; BR7708419A; SE7714456L; JPS6127986B2; DK532677A; DK148865B

Description

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PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32

Quick-Rotan Becker & Notz KG, 6100 Darmstadt, Gräfenhäuser Straße 85

Elektrischer Kupplungs- und Bremsmotor

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kupplungs- und Bremsmotor, dessen mit der Abtriebswelle in Triebverbindung stehendes Kupplungsorgan mit einer Schwungscheibe der ständig angetriebenen Hauptantriebswelle des Motors und/oder mit einem Bremswiderlager elektromagnetisch kuppelbar ist.

Es ist bekannt (DT-AS 1 613 350), bei einem solchen Motor das Kupplungsorgan auf der Abtriebswelle axial verstellbar anzuordnen und zu einem Teil des magnetischen Kreises für den Kupplungs- bzw. den Bremsmagneten zu machen.

Insbesondere in Fällen, in denen solche Kupplungs- und Bremsmotoren für Drehzahlregel"- und/oder Rositionierantriebe eingesetzt werden, kommt es in der Praxis entscheidend darauf an, die Hochlauf- und Bremszeiten zu verkürzen, so daß der Antrieb entsprechenden Steueroder Regelsignalen schnell folgt. Da außerdem die übertregbare Leistung in hohem Maße von der thermischen Belastung des Kupplungs-

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FERNSPRECHER.: OIU/i012039 · KABEL: EUCTRICPATENT MÜNCHEN

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Bremssystems abhängt, besteht der Wunsch, die Wärmeentwicklung möglichst klein zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor zu schaffen, der diesen Anforderungen besser als die bekannten Motorausführungen gericht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schwungscheibe und das Bremswiderlager axial verschiebbar gelagert und durch Elektromagnetkraft wahlweise gegen das auf der Abtriebswelle dreh- und verschiebefest angeordnete Kupplungsorgan anpressbar sind.

Diese Ausbildung erlaubt es, die im Betrieb zu beschleunigenden und abzubremsenden Massen des Motors besonders klein zu halten. Damit bleibt auch die kinetische Beschleunigungs- und Bremsenergie auf ein Mindestmaß beschränkt. Bei einem Drehzdhlregelantrieb läßt sich die Istdrehzahl der Solldrehzahl mit hoher Genauigkeit nachführen. Im Falle von Positionierantrieben kann eine hohe Anhaltegenauigkeit verbunden mit kurzen Anhaltezeiten erreicht ,werden. Die Wärmeentwicklung bleibt vergleichsweise gering. Die relativ großen Massen der Schwungscheibe und des Bremswiderlagers brauchen nur axial über sehr kurze Strecken (in der Regel Bruchteile eines Millimeters) bewegt zu werden, so daß insgesamt kleine Zeitkonstanten erzielt werden.

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Zum Verstellen der Schwungscheibe ist vorzugsweise ein zur Hauptantriebswelle konzentrischer, mit dem Motorgehäuse drehfest verbundener, axial verschiebbarer zylindrischer Schwungscheibenstellkörper vorgesehen, der den Anker eines gehäusefesten Kupplungsmagneten bildet und über den die Schwungscheibe bei Erregen des Magneten mit dem Kupplungsorgan der Abtriebswelle in Reibungsschluß bringbar ist. Dieser Schwungscheibenverstellkörper kann zweckmäßig mit einem Antriebswellen- Lagerschild des Motors drehfest verbunden sein.

Als Bremswiderlager ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein konzentrisch zur Abtriebswelle angeordneter, mit dem Motorgehäuse drehfest verbundener zylindrischer Körper vorgesehen, der den Anker eines gehäusefesten Bremsmagneten bildet. Dabei ist das Bremswiderlager zweckmäßig mit einem Abtriebswellen- Lagerschild des Motors drehfest verbunden, das koaxial zu und in Achsrichtung neben dem Antriebswellen- Lagerschild sitzt. Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache Montage und Wartung des Motors.

Das mit der Abtriebswelle fest verbundene Kupplungsorgan kann , grundsätzlich als einteiliges Bauteil ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist es jedoch mit einer Kupplungs- und einer Bremsscheibe versehen, die beide mit der Abtriebswelle dreh- und verschiebefest verbunden sind.

Der Schwungscheibenverstellkörper und das Bremswiderlager sind zweckmäßig gegenüber den sie tragenden Gehäuse teilen über Kugelführungen axial bewegbar. Derartige Führungen haben eine besonders

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geringe Reibung, arbeiten woitestgehend gerauschfrei und vermeiden praktisch jede Lose. Zur Übertragung der Axialbewegung des Schwungscheibenverstellkörpers auf die Schwungscheibe eignet sich ein zwischen beiden Bauteilen sitzendes Drucklager, das zweckmäßig mittels eines Dauermagneten zusammengehalten ist. Statt dessen kann auch ein Radial/Axialdrucklager vorgesehen sein.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kupplungs- und/oder die Bremsscheibe als Flügelräder mit Kühlluftausbrüchen ausgebildet. Kupplungs- und Bremsscheibe lassen sich auf diese Weise zur Unterstützung der Kupplungs-Bremseinheit heranziehen.

Kupplungs- und Bremsmagnet umfassen zweckmäßig das Kupplungsorgan konzentrisch. Mit Hilfe eines vorzugsweise zwischen Kupplungs- und Bremsscheibe sitzenden Luftleitbleches kann der Kühlluftstrom an der Innenseite von Kupplungs- und Bremsmagnet vorbeigeführt und damit gleichzeitig zur Ableitung der Stromwärme herangezogen werden .

Der Kupplungsmagnet und der Bremsmagnet sind vorzugsweise über'·Gewinderinge mit Bezug auf die Lagerschilde axial verstellbar. Dadurch wird die Justierung besonders einfach. Ein etwaiger Verschleiß der Reibbeläge kann jederzeit problemlos ausgeglichen werden.

Weil das Kupplungsorgan keinen Teil des magnetischen Kupplungsund Bremsteils darzustellen braucht, läßt es sich aus einem nicht-

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magnetischen Leichtwerkstoff, beispielsweise Leichtmetall oder Kunststoff,herstellen.

Kupplungs- und Bremsscheibe tragen vorzugsweise Reibbeläge aus Kork mit Schmiermitteltränkung.während die Kuppel- und Bremsfläche der Schwungscheibe bzw. des Bremswiderlagers zweckmäßig mit Werkstoffen wie Sintermetall, Bronze und/oder Kunststoff belegt sind, die z.B. gegenüber Kork ein besseres Reibverhalten zeigen als Eisen.

Das Bremswiderlager ist vorzugsweise mit Rippen versehen. Dadurch läßt sich die Kühlung verbessern, während die träge Masse unter Aufrechterhaltung einer hohen mechanischen Steifigkeit verringert wird.

Für die Lagerung der Abtriebswelle eignet sich besonders ein gepaartes Schrägkugellager.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kupplungs- Bremseinheit eines erfindungsgemäßen Motors und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform, wobei die Abtriebswelle und das sie haltende Lagerschild sowie Brems- und Kupplungsmagnet weggelassen sind.

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In Fig. 1 ist mit 1 die dauernd umlaufende Hauptantriebswelle eines im übrigen nicht näher veranschaulichten Drehstrom- oder Einphasenwechselstrommotors bezeichnet, die an ihrem Ende ein keilverzahntes Führungsteil 2 trägt. Auf dem Führungsteil 2 sitzt eine Schwungscheibe 3, die mit einer der Verzahnung 5 des Führungsteils 2 entsprechenden Innenkeilverzahnung-.6 ausgestattet ist. Die vorzugsweise aus Gußeisen gefertigte Schwungscheibe 3 ist mit einer Reihe von in Umfangsrichtung verteilten Kühlluftkanälen 7 versehen und nimmt an ihrer motorseitigen Stirnfläche einen Dauermagneten 8 auf. Die Welle 1 läuft in einem Kugellager 10, das in einem Lagerschild 11 des Motors sitzt. Zwischen dem Lagerschild 11 und der Schwungscheibe 3 befindet sich die Nabe 12 eines aus ferromagnetischem Werkstoff gefertigten Schwungscheibenverstellkö'rpers 13, der mit einem ringförmigen Teil 14 die Schwungscheibe konzentrisch umgreift. Der Körper 13 stützt sich an der Schwungscheibe 3 über ein Drucklager 15 ab, das mittels des Dauermagneten 8 zusammengehalten wi rd.

Mehrere, z.B. drei, in Umfangsrichtung verteilte Kugelführungen 16 sorgen für eine drehfeste Verbindung zwischem dem Körper 13 und dem Lagerschild 11 und erlauben gleichzeitig eine begrenzte axiale Verstell bewegung des Körpers 13. Die Kugelführungen 16, von denen in Fig. 1 nur eine veranschaulicht ist, weisen einen Führungsbolzen 18 auf, der mit dem Lagerschild 11 über eine Schraube 19 verbunden ist. Der Führungsbolzen 18 wird von einer Kugelbüchse 20 umfaßt, in der eine Mehrzahl von Kugeln 21 frei drehbar abgestützt ist. Die Kugeln 21 sind sowohl in Achsrichtung als auch in Umfangsrichtung

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um den Schaft des Führungsbolzens 18 verteilt und legen sich zum einen gegen dessen Außenfläche sowie zum anderen gegen die Innenfläche einer Lagerbüchse 22 an, die in eine axial gerichtete Öffnung 23 im Teil 14 des Körpers 13 eingepreßt ist.

Mit dem Lagerschild 11 ist über in Umfangsrichtung verteilte Schrauben 25 ein weiteres Lagerschild 26 verbunden, in dessen Nabe 27 eine Abtriebswelle 28 über ein Gleitlager 29 sowie ein Schrägkugellager 30 abgestützt ist. Kugelführungen 32, die in der gleichen Weise aufgebaut sind wie die zuvor erläuterten Kugelführungen 16, sind in Öffnungen 33 eines ringförmigen Bremswiderlagers 34 eingesetzt. Sie sorgen für eine drehfeste Verbindung zwischen :. ·· Bremswiderlager 34 und Lagerschild 26 und gestatten gleichzeitig eine begrenzte axiale Verschiebung des Bremswiderlagers.

Mit dem innenliegenden Ende der Abtriebswelle 28 ist ein Kupplungsorgan 35 dreh- und verschiebefest verbunden, das eine Kupplungsscheibe 36 sowie eine Bremsscheibe 37 aufweist. Beide Scheiben 36 und 37 sind als Flügelräder mit Ausbrüchen 38, 39 bzw. 40,^41' ausgebildet. Zwischen beiden Scheiben sitzt ein Luftleitblech 42.. Kupplungs- und Bremsscheibe 36, 37 tragen an den voneinander abgewendeten Stirnflächen Reibbeläge 43, 44, die vorzugsweise aus Kork bestehen, der mit einem Schmiermittel getränkt ist. Den Reibbelägen 43, 44 stehen ein Kuppelbelag 45 bzw. ein Bremsbelag 46 gegenüber. Die Beläge 45, 46 können aus einem Sintermetall, Bronze und/oder einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein, und sind auf der Schwungscheibe 3 bzw. dem Bremswiderlager 34 angebracht.

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Die Lagerschilde 11, 26 tragen an den einander zugewendeten Stirnsoiton Gewinde ringe 48 bzw. 49, in die ein Kupplungsmagnet 50 bzw. ein Bremsmagnet 51 eingeschraubt sind. Bei beiden Magneten handelt es sich um Elektromagnete, die die Kupplungsscheibe 36 bzw. die Bremsscheibe 37 konzentrisch umfassen, die gleichen Radius haben und deren Wicklungen bei 52 und 53 veranschaulicht sind. Bei der gezeigten Ausführungsform sind Kupplungs- und Bremsscheibe 36, 37 mit der Abtriebswelle 28 in der angedeuteten Weise verkeilt sowie mittels einer auf das innenliegende Ende der Abtriebswelle aufgeschraubten Mutter 54 gegen eine axiale Bewegung gesichert. Es versteht sich jedoch, daß die dreh- und verschiebefeste Verbindung -auch auf andere Weise hergestellt werden kann.

Ist im Betrieb keine der Wicklungen 52, 53 mit Strom beaufschlagt, dreht sich die Schwungscheibe 3 mit der Hauptantriebswelle 1, ohne daß die Antriebswelle 28 mitgenommen wird. Wird die Wicklung 52 an Spannung gelegt, zieht der Kupplungsmagnet 50' den Körper 13 in Fig. 1 nach rechts. Über das Drucklager 15 wird die Schwungscheibe 3 mitgenommen. Die Schwungscheibe wird mit ihrem Kuppelbelag 45 gegen den Reibbelag 43 der Kupplungsscheibe 36 gepreßt. Die Abtriebswelle 28 wird auf die Drehzahl der Hauptantriebswelle 1 beschleu-. nigt.

Sobald die Wicklung 52 stromlos gemacht und statt dessen der Bremsmagnet 51 erregt wird, verschiebt sich unter dem Einfluß der Magnetkraft das Bremswiderlagfer 34 in Fig. 1 nach links. Es kommt zu einem Reibungsschluß zwischen dem Bremsbelag 46 und dem Reibbelag 44 der Bremsscheibe 37. Die Abtriebswelle 28 wird abgebremst.

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Es versteht sich, daß anstelle einer abwechselnden oder lückenden Speisung von Kupplungs- und Bremsmagnet 50, 51 auch mit einer
überlappenden Erregung von Kupplung und Bremse gearbeitet werden kann, obwohl ein solcher Betrieb im Hinblick auf die Wärmeentwicklung weniger günstig ist.

Die ständig rotierende Schwungscheibe 3 wirkt auf Grund ihrer
Kühlluftkanäle 7 als Flügelrad, das einen bei 56 angedeuteten
Kühlluftstrom ansaugt. Der Kühlluftstrom 56 tritt über Öffnungen 57 des Lagerschildes 26 in das Kupplungs- Bremssystem ein, durchquert die freien Räume zwischen Rippen 58, 59 von Lagerschild 26 und Bremswiderlager 34 und gelangt über die Mittelöffnung 60 des Bremswiderlagers 34 sowie den Ausbruch 41 der Bremsscheibe 37 in diese Scheibe hinein.

Dort bewegt sich der Kühlluftstrom auf Grund des Luftleitbleches 42 radial nach außen in den Ausbrüchen 40. Sodann streicht er an der Innenseite von Kupplungs- und Bremsmagnet 50,51 vorbei, um
schließlich über die Ausbrüche 38,39 der Kupplungsscheibe 36, die Kühlluftkanäle 7 der Schwungscheibe 3, Öffnungen 61 im Ringteil des Körpers 13 sowie Öffnungen 62 des Lagerschildes 11 den Motor zu verlassen. Im eingekuppelten Zustand wird der Kühlluftstrom
durch die Flügelradwirkung von Kupplungs- und Bremsscheibe zusätzlich intensiviert.

Über die Gewinderinge 48, 49 laßt sich die Anordnung leicht justieren. Dabei sind Beschädigungen ausgeschlossen. Ist der Luftspalt zu groß, wird die Kupplung lediglich langsamer; ist er zu klein, nimmt

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das Drucklager die Magnetkraft auf, die Kupplung kuppelt nicht.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 nur dadurch, daß anstelle des Drucklagers 15 und des diesem Lager zugeordneten Dauermagneten 8 zwischen der Nabe 12 des Körpers 13 und der Schwungscheibe 3 ein am Körper 13 angebrachtes Radial/Axialdrucklager 65 vorgesehen ist.

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Leerseite

Claims

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Ansprüche

/ 1 J Elektrischer Kupplungs- und Bremsmotor, dessen mit der Abtriebswelle in Triebverbindung stehendes Kupplungsorgan mit einer Schwungscheibe der ständig angetriebenen Hauptantriebswelle des Motors und/oder mit einem Bremswiderlager elektromagnetisch kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungscheibe (3) und das Bremswiderlager (34)axial verschiebbar gelagert und durch Elektromagnetkraft wahlweise gegen das auf der Abtriebswelle (28) dreh- und verschiebefest angeordnete Kupplungsorgan (35) anpressbar sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verstellen der Schwungscheibe (3) in Achsrichtung ein zur JHauptantriebswelle (1) konzentrischer, mit dem Motorgehäuse (11,26) drehfest verbundener, axial verschiebbarer zylindrischer Schwungscheibenverstellkörper (13) vorgesehen ist, der den Anker eines gehäusefesten Kupplungsmagneten (50) bildet und über den die Schwungscheibe bei Erregen des Magneten mit dem Kupplungsorgan (35) der Abtriebswelle (28) in Reibungsschluß bringbar ist
3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwungscheibenverstellkörper (13) mit einem Antriebswellen- Lagerschild (11) des Motors drehfest verbunden ist.
4. Motor nach einem der vorhergehenden AnprUche, dadurch gekenn-

zeichnet, daß als Bremswiderlager (34) ein konzentrisch zur Ab-

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ORIGINAL INSPECTED

triebswelle (28) angeordneter, mit dem Motorgehäuse (11,26) drehfest verbundener zylindrischer Körper vorgesehen ist, der den Anker eines gehäusefesten Bremsmagneten (51) bildet.
5. Motor nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremswiderlager (34) mit einem Abtriebswellen- Lagerschild (26) des Motors drehfest verbunden ist, das koaxial zu und in Achsrichtung neben dem Antriebswellen- Lagerschild (11 )' sitzt.
6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Abtriebswelle (28) dreh- und verschiebefest verbundene Kupplungsorgan (35) eine Kupplungs- und eine Bremsscheibe (36,37) aufweist.
7. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwungscheibenverstellkörper (13) und das Bremswiderlager (34) gegenüber den sie tragenden Gehäuseteilen ('11,26) über Kugelführungen (16,32) axial bewegbar sind.
8. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Axialbewegung des Schwungscheibenverstellkörpers (13) auf die Schwungscheibe (3) ein zwischen beiden Bauteilen sitzendes Drucklager (15) vorgesehen ist.
9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucklager (15) mittels eines Dauermagneten (8) zusammengehalten ist.

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10. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Axialbewegung des Schwungscheibenverstellkö'rpers (13) auf die Schwungscheibe (3) ein zwischen beiden Bauteilen sitzendes Radial/Axialdrucklager (65) vorgesehen ist.
11. Motor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs- und/oder die Bremsscheibe (36,37) als Flügelräder mit Kühlluftausbrüchen (38,39; 40,41) ausgebildet sind.
12. Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Kupplungs- und Bremsmagnet (50,51) das Kupplungsorgan (35) konzentrisch umfassen.
13. Motor nach Ansprüchen 11 und 12, gekennzeichnet durch ein Luftleitblech (42), mittels dessen ein Kühlluftstrom an der Innenseite von Kupplungs- und Bremsmagnet (50,51) vorbeiführbar ist,
14. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftleitblech (42) zwischen Kupplungs- und Bremsscheibe (36,37) sitzt.
15. Motor nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsmagnet (50) und der Bremsmagnet (51) über Gewinderinge (48,49) mit Bezug auf die Lagerschilde (11, 26) axial verstellbar sind.

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16. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan (35) aus einem nichtmagnetischen Leichtwerkstoff besteht.
17. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kuppel- und Bremsfläche der Schwungscheibe (3) bzw. des Bremswiderlagers (34) mit Sintermetall, Bronze und/ oder Kunststoff belegt sind.
18. Motor nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Kupplungs- und Bremsscheibe (36,37) Reibbeläge (43, 44) aus Kork mit Schmiermitteltränkung tragen.
19. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremswiderlager (34) mit Rippen (59) versehen ist.
20. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (28) in einem gepaarten Schrägkugellager (30) gelagert ist.

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