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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bremse, insbesondere eine Feststellbremse
oder Stopbremse zum Fixieren einer drehbaren Bremsscheibe, mit zumindest
zwei Bremsbacken, die über
eine Bremszange betätigbar
sind, wobei zumindest ein Arm der Bremszange durch Einwirkung eines
Stellgliedes um eine Achse verdrehbar gelagert ist und das Stellglied
durch ein Federelement im Sinne der Bremswirkung vorgespannt ist,
wogegen das Lösen der
Bremse mittels einer Magnetspule mit Anker erfolgt.
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Feststellbremsen
oder Stopbremse nach dem Stand der Technik kommen bei einer Vielzahl von
Anwendungen zum Einsatz. Sie werden zum Fixieren von Maschinenteilen
oder Förderanlagen
wie beispielsweise Rolltreppen, Hubwerken wie Personen- oder Lastaufzügen eingesetzt.
Die Halteposition solcher Bremsen wird in der Regel durch eine Feder bewirkt,
welche die Bremsbacken gegen die Bremsscheibe presst. Meist werden
Teilscheibenbremsen eingesetzt, bei denen die Bremsbacken nur auf
einen kleinen Kreisausschnitt wirken. Das Lösen der Bremsen, das auch als
Lüften
bezeichnet wird, kann auf pneumatische, hydraulische oder elektrische
bzw. in Kombination mehrerer Techniken z.B. auf elektro-hydraulische
Weise erfolgen.
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Zum
elektrischen Lüften
werden in der Regel Elektromagnete, also Magnetspulen mit Anker
eingesetzt. Diese nehmen aber einschließlich ihrer Betätigungsmechanik
einen großen
Bauraum ein, so dass eine kompakte Konstruktion des Bremssystems
nicht möglich
ist. Außerdem
sind die bekannten Systeme schwer und teuer. Bei längerer Lüftstellung
bzw. bei häufiger
Betätigung
erfolgt zudem eine starke Erwärmung
des elektromagnetischen An triebes. Weiterhin erzeugen die üblicherweise
bei Bremssystemen eingesetzten Elektromagnete die maximal erforderliche Lüftkraft
meist nur über
einen sehr kleinen Weg. Daher wirkt sich der nutzungsbedingte Verschleiß an den
Bremsbelägen
negativ auf die Lüftwirkung
aus. Um dies zu kompensieren, werden die Elektromagnete in eine
sogenannte Übererregung
versetzt, was jedoch zu einer noch stärkeren Erwärmung des Bremsaggregats führt.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine kompakte Bremse mit elektromagnetischer Lüftung zu entwickeln, die einen
möglichst
kleinen Bauraum einnimmt. Die Erwärmung des Bremsaggregats soll
insbesondere auch bei langer Lüftstellung
und bei häufigem
Schalten minimiert werden. Dabei soll dennoch eine betriebssichere
und weitgehend verschleißunabhängige Bremswirkung
erhalten bleiben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll sich nicht
zuletzt durch einfache und zuverlässige Handhabung sowie durch
kostengünstige
Produktion auszeichnen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Anker über
einen Übersetzer-Hebel
auf das Stellglied einwirkt, dass der Übersetzer-Hebel eine Erhöhung der
Stellkraft am Stellglied und zugleich eine Kraftumlenkung bewirkt
und die Magnetspule mit einer Ansteuerungselektronik ausgerüstet ist,
die bei gelüfteter
Bremse und angezogenem Anker den Stromfluß herabsetzt, vorzugsweise
bis auf das erforderliche Minimum.
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Durch
die erfindungsgemäße Verstärkung der
Magnetkraft kann mit schwächeren
Magneten bzw. mit geringerer Leistungsaufnahme gearbeitet werden.
Außerdem
ermöglicht
die Kraftumlenkung eine kompaktere Bauweise des Bremssystems, da der
Magnet seitlich versetzt zum Stellglied angeordnet werden kann.
Insgesamt erhält
man also eine platzsparende Bauweise, bei der eine weitgehend verschleißunabhängige Lüftwirkung
bei gleichzeitiger Minimierung der Erwärmung des elektromagnetischen
Antriebs gewährleistet
ist.
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Gemäß einer
ersten Alternative kann die Kraftumlenkung durch den Übersetzerhebel
um etwa 180° erfolgen,
indem der Übersetzerhebel
eine Schwenklagerung aufweist, die zwischen Stellglied und Anker
angeordnet ist, so dass sich das Stellglied und der Anker jeweils
in entgegengesetzer Richtung verschieben. Das Stellglied und der
Anker sind dabei beabstandet und etwa parallel nebeneinander angeordnet.
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Gemäß einer
zweiten Alternative erfolgt die Kraftumlenkung nur im Sinne eines
seitlichen Versatzes, in dem die Schwenklagerung des Übersetzerhebels
nicht zwischen Stellglied und Anker, sondern an einem Hebelende
positioniert ist. Man erhält
dann quasi einen einarmigen Hebel, so dass sich das Stellglied und
der Anker etwa in gleicher Richtung verschieben. Hierbei ergibt
sich der Vorteil, dass die Magnetspule ortsfest an einem Maschinenteil
montiert werden kann, so dass man für ihre Stromversorgung eine
feste Anschlussleitung verwenden kann, wogegen die zuerst genannte
Alternative aus konstruktiven Gründen
die Magnetspule meist mit einem der Bremshebel verbindet, so dass
sie flexible Anschlussleitungen benötigt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der Übersetzer-Hebel
eine Schwenklagerung in Form einer einseitigen Abstützung auf.
Die Anlage des Übersetzer-Hebels
an der Schwenklagerung wird durch das Federelement gewährleistet.
Dies hat den Vorteil einer konstruktiv einfachen Gestaltung. Der Übersetzungseffekt
des Hebelarms hängt
von der Positionierung des Schwenklagers ab. Zur Erzielung eines
möglicht
großen
Hebeleffekts wird die Schwenklagerung nah an dem Stellglied positioniert.
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Bei
einer besonders günstigen
Ausgestaltung bietet die Schwenklagerung die Möglichkeit, dass sich bei Betätigung des Übersetzer-Hebels
das Hebelverhältnis
verändert.
Mit fortschreitender Ankerbewegung wird das Federelement gespannt. Gleichzeitig
verschiebt sich der Auflagepunkt des Hebels, also die Position des
Schwenklagers, und somit ändert
sich das Übersetzungsverhältnis.
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Im
Gegensatz zur linearen Kraft-Weg-Kennlinie eines Federelements haben
Magnete eine stark nichtlineare Kennlinie. Die Kraft-Weg-Kennlinie
des Magneten kann jedoch erfindungsgemäß durch die Variation des Übersetzungsverhältnisses
am Übersetzerhebel
annähernd
linearisiert werden. Die mit zunehmendem Stellweg ansteigende Zugkraft
am Anker kommt mit schwächer
werdendem Übersetzungsverhältnis „linearisiert" an dem Stellglied
an.
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Zweckmäßig wird
das Schwenklager durch eine Rolle gebildet. Sie kann beispielsweise
ein kreisförmiges
Querschnittsprofil aufweisen; als besonders günstig hat es sich jedoch erwiesen,
wenn die Rolle ein flach gewölbtes
Querschnittsprofil aufweist, auf der der Übersetzer-Hebel abrollt, so
dass sich der Auflagerpunkt des Übersetzerhebels
während
des Abrollens auf der gewölbten
Fläche
stark verschiebt und das Hebelverhältnis entsprechend stark verändert wird.
Die Ausprägung
der Wölbung
wird so gewählt,
dass eine Anpassung der Kraft-Weg-Charakteristik des Ankers an die
Kraft-Weg-Charakteristik des
von der Feder vorgespannten Stellgliedes erfolgt.
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Die
beschriebene Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
bei Betätigung
des Übersetzerhebels
kann zusätzlich
auch an der Schwenkverbindung des Übersetzerhebels mit dem Stellglied und/oder
mit dem Anker realisiert werden, in dem dort eine flach gewölbte Lagerfläche vorgesehen wird,
die die beschriebene Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
auslöst.
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Selbstverständlich muss
der elektromagnetische Antrieb so ausgelegt sein, dass er unter
Beachtung der Hebelverhältnisse
die Federkraft stets überwinden
kann.
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Damit
ein Verschwenken ohne Verklemmung möglich ist, wird der Übersetzer-Hebel mit einem Langloch
zur Aufnahme eines Stiftes versehen, der den Übersetzer-Hebel mit dem Stellglied
verbindet. Alternativ kann das Langloch auch an der Verbindungsstelle
zum Anker angebracht sein bzw. es ist denkbar an beiden Verbindungsstellen,
d.h. also sowohl am Stellglied als auch am Anker ein Langloch vorzusehen.
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Als
Federelemente sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Es
kann beispielsweise eine oder mehrere Schraubenfeder eingesetzt
werden. Es ist aber auch denkbar, dass elastische Formkörper als
Federelement verwendet werden. Besonders günstig hat es sich aus Gründen einer
kompakten Gestaltung erwiesen, wenn das Federelement oder die Federelemente
das Stellglied umgibt bzw. umgeben.
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Vorzugsweise
ist der Anker über
eine zentrale, axial vorstehende Ankerspindel mit dem Übersetzer-Hebel
verbunden. Dabei kann die Ankerspindel zur Führung des Ankers dienen. Stattdessen
oder zusätzlich
kann die Führung
des Ankers auf einem zentralen Zapfen erfolgen, der im Magnetgehäuse befestigt
ist und in eine zentrale Führungsbohrung
des Ankers eingreift.
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Ein
weiteres Wesensmerkmal des erfindungsgemäß eingesetzten elektromagnetischen
Antriebs ist, dass die konstruktive Gestaltung einen nahezu optimalen
Verlauf der magnetischen Feldlinien im Magnetkreis ermöglicht.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Magnetspule innen eine axial
vorstehende Hülse,
die mit einer stirnseitigen Ringscheibe verbunden ist, aufweist,
in die der Anker eintaucht. Im Zusammenhang mit der nichtmagnetischen
Anker-Gegenplatte und der nichtmagnetischen Ankerspindel erreicht
man, dass die Magnetlinien z.g.T. umfangsseitig aus der Hülse in den
Anker eintauchen, am anderen Ende stirnseitig austreten, den Arbeitsluftspalt
axial durchfluten und hier, wie gewünscht, ihre Kraftwirkung entfalten.
Damit vermeidet man unerwünschte
Nebenkräfte
auf den Anker gegen die Anzugsrichtung und einen weitgehend homogenen
Verlauf der elektromagnetischen Feldlinien.
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Weitere
Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt:
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1 eine Seitenansicht/Teilschnitt
des erfindungsgemäßen Bremssystem
in gelüfteter
Stellung;
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2 eine Schnittansicht des Übersetzer-Hebels
mit Schwenklagerung in Bremsstellung;
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3 eine Schnittansicht des Übersetzer-Hebels
mit Schwenklagerung in gelüfteter
Stellung;
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4 eine Seitenansicht/Teilschnitt
einer alternativen Bauform.
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In 1 erkennt man – teilweise
im Schnitt – das
erfindungsgemäße Bremssystem.
Ausgegangen wird von der teilweise dargestellten Bremsscheibe 1, an
der links und rechts Bremsbacken 2 und 3 angreifen.
Die Bremsbacken 2 und 3 sind jeweils an etwa parallelen
Armen 4 und 5 schwenkbar gelagert, damit sie sich
parallel zur Bremsscheibe 1 einstellen können. Beide
Arme 4 und 5 sind über Achsen 6 und 7 schwenkbar
an einem gemeinsamen Träger 8 gelagert,
um eine gleichmäßige Anpressung
beider Bremsbacken 2 und 3 auf die Bremsscheibe 1 sicherzustellen,
ohne dabei die Bremsscheibe einer seitlichen Verspannung zu unterziehen.
Der Träger 8 ist wie
schematisch angedeutet ortsfest an einem Maschinenteil montiert.
Die Arme 4 und 5 werden über die beiden Einstellschrauben 8a und 8b in
ihrer maximalen Lüftposition
so beschränkt,
dass beide Bremsbacken 2 und 3 durch eine Feder 19 von
der Bremsscheibe abgehoben sind, wenn die Bremse gelüftet ist.
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Die
den Bremsbacken entgegengesetzten Enden der beiden Arme 4 und 5 stehen
unter der Wirkung eines Stellgliedes 9. Dieses Stellglied
ist am Arm 5 und einem daran montierten Gehäuse 10 verschiebbar
gelagert, und zwar in einer Richtung, die etwa parallel zur Verstellrichtung
der Bremsbacken 2 und 3 ist. Dabei wird das Stellglied 9 von
einer es umgebenden, vorgespannten Schraubenfeder 11 derart beaufschlagt,
dass es im Sinne einer Spreizung auf die beiden oberen Enden der
Arme 4 und 5 wirkt, also im Sinne des Bremsvorganges.
Die Spreizwirkung wird dadurch erzeugt, dass das eine Ende der Schraubenfeder 11 auf
das Gehäuse 10 und
damit auf den Arm 5, das andere hingegen über das
Stellglied 9 und einen verstellbaren Anschlag 12 auf
den Arm 4 einwirkt.
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Wesentlich
ist nun, dass das Stellglied 9 an seinem anderen Ende mit
einem Übersetzer-Hebel 13 verbunden
ist und dieser Übersetzer-Hebel 13 schließlich die
Verbindung mit einem Anker 14 herstellt. Der Anker 14 ist
auf einem gehäusefesten
zentralen Zapfen 18 verschiebbar gelagert und über eine axial
vorstehende Ankerspindel 14a gelenkig mit dem Übersetzerhebel 13 verbunden.
Der Übersetzerhebel 13 ist
etwa senkrecht zu dem Stellglied 9 und dem Anker 14 angeordnet
und stützt
sich über ein
Schwenklager 16 in Form einer Rolle am Gehäuse 10 ab.
Er wird dabei durch die Feder 11 in Anlage an der genannten
Rolle gehalten.
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Der
Anker 14 ist unter Bildung eines Ringspaltes von einer
Magnetspule 15 umgeben. An diese Magnetspule schließt sich
zumindest an der dem Übersetzerhebel
zugewandten Stirnseite eine Ringscheibe 17 an, die mit
einem axial vorstehenden Bund oder Hülse 17a ein Stück in den
Ringspalt hineinragt.
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Der
Lüftvorgang
wird dadurch ausgelöst, dass
die Magnetspule 15 in dem Gehäuse 10 mittels elektronischer
Impulsansteuerung aktiviert wird, und zwar vorzugsweise derart,
dass in der Anzugsphase des Magneten eine kurzzeitige Übererregung
erzeugt wird und dass nach Erreichen der angezogenen Ankerposition
in eine Halteerregung mit verringerter Stromzufuhr umgeschaltet
wird. Die Magnetspule 15 zieht dadurch den Anker 14 nach
innen, in 1 also nach
links. Diese Hubbewegung wird durch den Übersetzer-Hebel 13,
das heisst durch die zum Stellglied 9 hin versetzte Lagerung 16 in
eine wegmäßig verkürzte, aber
kraftmäßig verstärkte Stellbewegung
des Stellgliedes 9 übersetzt.
Das Stellglied 9 wird dadurch entgegen der auf ihn einwirkenden
Feder 11 zurückgezogen,
so dass die zwischen den Armen 4 und 5 angeordnete
Feder 19 die genannten Arme im Sinne des Lüftens der
Bremse verschwenken kann.
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In
den 2 und 3 ist der Übersetzer-Hebel 13 mit
einer alternativen Schwenklagerung dargestellt. Die Schwenklagerung
ist hier anstelle der Rolle 16 durch eine vergleichsweise
flach gewölbte
Lagerfläche 26 gebildet.
Dadurch wälzt
sich der Übersetzer-Hebel 13 bei
seiner Schwenkbewegung auf der Lagerfläche 16a ab, wobei
sein Auflagepunkt vom einen Ende zum anderen Ende der Lagerfläche 16a wandert.
Dementsprechend verändert
sich das Übersetzungsverhältnis in
der Form, dass der Magnet zu Beginn des Lüftungshubes relativ kleine
Stellkräfte erzeugen
muss, während
er gegen Ende des Lüftungshubes
größere Stellkräfte erzeugen
muss, weil er am Anfang über
einen langen Hebelarm L, gegen Ende über einen kurzen Hebelarm L' auf das Stellglied 9 einwirkt.
Dies passt zur Magnetkraft-Charakteristik, denn zu Beginn des Lüftvorganges
steckt der Anker 14 noch nicht so tief in der Magnetspule
und die Magnetkraft ist demzufolge noch relativ schwach. Mit zunehmender
Lüftung
wird der Hebelarm kontinuierlich kürzer, während die Magnetkraft zunimmt.
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Auf
diese Weise gelingt es, die erforderliche Magnetkraft zum Lüften der
Bremse mit relativ kleinen Magneten und unter geringer Wärmeentwicklung zu
erzeugen. Gleichzeitig erlaubt der Übersetzerhebel durch die zweifache
Kraftumlenkung einen sehr kompakten Aufbau.
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In
Abweichung zu 1 wäre es selbstverständlich möglich, die
Ankerspindel 14a nicht rechts aus dem Gehäuse 10 herausragen
zu lassen sondern nach links zum Arm 5 hin und den Übersetzerhebel 13 nicht
rechts von dem Gehäuse 10 anzuordnen,
sondern in einem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 10 und dem Arm 5.
Der Übersetzerhebel 13 würde dann
mit seinem oberen Ende zwischen dem Arm 5 und der Feder 11 an
das Stellglied 9 angelenkt sein und seine Schwenklagerung 16 würde durch einseitige
Abstützung
an dem Arm 5 erfolgen.
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Eine
weitere Alternative ist in 4 dargestellt.
Dabei sind einander entsprechende Konstruktionsteile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen wie in 1.
Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass hier das Gehäuse 10 mit
der Magnetspule 15 nicht an dem Arm 5, sondern
an dem ortsfesten Träger 8 montiert
ist, dass die Ankerspindel 14a wie bei der vorherigen Abwandlung
nach links in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 10 und
dem Arm 5 verschoben wird und in diesem Zwischenraum auch
der Übersetzerhebel 13 angeordnet
ist. Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, dass der Übersetzerhebel 13 nicht
zwischen den Anlenkpunkten der Ankerspindel 14 und des
Stellgliedes 9 gelagert ist, sondern sein Schwenklager 16 am
Ende des Übersetzerhebels,
nahe dem Anlenkpunkt des Stellgliedes 9 angeordnet ist.
Dieses Schwenklager 16 befindet sich an dem Arm 5,
also nicht wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel am Gehäuse 10. Schließlich ist
die für
den Bremsvorgang ursächliche Feder 11 nicht
zwischen dem Stellglied 9 und dem Gehäuse 10, sondern zwischen
den beiden Armen 4 und 5 angeordnet und zwischen
dem Stellglied 9 und dem Arm 5 vorgespannt.
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Der
Vorteil dieser Lösung
besteht im Wesentlichen darin, dass die Position des Armes 5 in
der Lüftstellung
durch die Geometrie der Anlenkpunkte des Übersetzerhebels 13 vorgegeben
ist, so dass man für
die Positionsbegrenzung des anderen Armes 4 nur noch die
eine der beiden Einstellschrauben, nämlich die Einstellschraube 8a benötigt. Dadurch wird
das Nachstellen der Bremse bei Belagverschleiß vereinfacht.
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Es
liegt selbstverständlich
im Rahmen der Erfindung, eine kinematische Umkehr von Anker 14 und
Magnetspule 15 vorzunehmen.