DE1525380C3 - Elektromagnetisch betätigte Scheibenbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigte Scheibenbremse, deren Spannvorrichtung einen aus mehreren Elementen zusammengesetzten hufeisenförmigen Magnetkern aufweist, der eine Erregungsspule trägt, wobei zwei relativ zueinander bewegliche Magnetkreiselemente Polschuhe bilden, die zu beiden Seiten der Bremsscheibe einander gegenüber angeordnet sind.

Eine aus der US-PS 18 12 190 bekannte Scheibenbremse dieser Art ist als ortsfeste Schienenbremse ausgebildet, bei der die Polschuhe zu beiden Seiten der Schiene derart angeordnet sind, daß sie sich bei Erregung der Erregungsspule an die beiden Seiten eines auf der Schiene laufenden Rades anlegen. Dabei sind zwar auch federnde Mittel vorgesehen, die auf die Polschuhe einwirken, doch handelt es sich hier — im Gegensatz zum beanspruchten Gegenstand — um starke Rückstellfedern, die gleichzeitig Teile des Magnetkerns bilden. Bei nichterregter Erregungsspule muß zwischen den Stirnflächen der Polschuhe ein so großer Abstand bestehen, daß die breitesten vorkommenden Räder berührungsfrei hindurchgehen können. Bei der Einleitung eines Bremsvorgangs müssen daher die sich gegenseitig magnetisch anziehenden Polschuhe zunächst eine gewisse Strecke zurücklegen, bevor sie in Anlage an dem zu bremsenden Rad kommen. Die hierdurch bedingte zeitliche Verzögerung des Bremsvorgangs ist für Schienenbremsen bedeutungslos.

Es gibt aber Anwendungsgebiete, bei denen die Bremsvorgänge außerordentlich schnell erfolgen müssen und die Bremswirkung praktisch verzögerungsfrei im Augenblick des Anlegens eines Stromimpulses an die Errceungsspule eintreten muß. Ein Beispie! hierfür ist die Bremsung des Papiervorschubs in schnellaufenden Druckmaschinen, bei denen auch bei schnell aufeinanderfolgenden Bremsungen ein sehr schnelles und stets gleichförmiges Ansprechen der Bremsen gefordert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremse der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die eine sehr kurze Ansprechzeit hat und deren Bremswirkung bei wiederholten Bremsungen in stets

<° gleichförmiger Weise erfolgt.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß federnde Mittel vorgesehen sind, welche auf die Polschuhe so einwirken, daß sie diese bei Nichterregung der Erregungsspule dauernd in leichter Anlageberührung mit der Bremsscheibe halten.

Bei der nach der Erfindung ausgebildeten Scheibenbremse brauchen die Polschuhe bei der Betätigung der Bremse praktisch keinen Weg zurückzulegen, so daß die Bremswirkung praktisch verzögerungsfrei im Augenbück des Anlegens eines Stromimpulses an die Erregungsspule eintritt. Die Bremswirkung kann dadurch sehr gleichförmig auch schnell aufeinanderfolgenden Stromimpulsen folgen. ™

Die Scheibenbremse nach der Erfindung eignet sich daher insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen sehr häufige Bremsvorgänge in sehr kurzen Zeiten ausgelöst werden müssen, wie es bei dem Papiervorschub von Druckmaschinen der Fall ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. IA, IB und IC eine Vorderansicht, eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer Scheibenbremse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2A und 2B zwei detaillierte Darstellungen des bei der Ausführungsform von F i g. 1 verwendeten Magnetkerns,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform des in F i g. 2A und 2B dargestellten Magnetkerns,

F i g. 4A, 4B bzw. 4C eine Seitenansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht einer Scheibenbremse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig.5A, 5B und 5C drei detaillierte Ansichten des Magnetkerns, der bei der zweiten Ausführungsform %

verwendet wird. ^

In den Fig. IA bis IC ist eine Scheibenbremse dargestellt, die zum Bremsen einer Welle 10 bestimmt ist, die in dem Sockel 11 einer Maschine drehbar gelagert ist. Es wird angenommen, daß die Welle 10 dazu bestimmt ist, den schrittweisen Vorschub eines Papierbandes in einer Druckmaschine zu steuern. Man erkennt in F i g. IC einen Teilschnitt nach der Linie 1-1 von F i g. 1B. Zwei Kugellager 12, ein Abstandshalter 13 und ein federnder Sperring 14 dienen dazu, die Welle 10 in den Ausnehmungen, die in der rechten Stütze 15 des Sockels U angebracht sind, in der richtigen Lage zu halten. Es wird angenommen, daß das (in F i g. 1 A) linke Ende der Welle 10 über irgendwelche geeignete Mittel mit der eigentlichen Papierantriebsvorrichtung gekuppelt ist. Ferner wird angenommen, daß das andere Ende der Welle 10 mit einer geeigneten Kupplungsvorrichtung verbunden ist, die einem Elektromotor zugeordnet sein kann, der während des Betriebs der Maschine in ; Tätigkeit ist. ;

Die Bremsscheibe 17 aus Eisen oder Weichstahl ist mit der Nabe 18 durch mehrere Schrauben 19 fest verbunden. Die Nabe 18 besteht aus einem nichtmagnetischen Metall. Ihre Mittelöffnung enthält Keilnuten, die

mit denjenigen der Welle 10 übereinstimmen. Daraus folgt, daß die Scheibe 17 auf der Welle 10 axial gleiten kann, sich aber relativ zu dieser nicht drehen kann. Die Spannvorrichtung 20 ist durch einen Elektromagnet gebildet, der eine Erregungsspule 21 enthält, die mit dem Magnetkern gekoppelt ist. Dieser Magnetkern, der in Fig. 2A, 2B für sich allein dargestellt ist, besteht aus zwei relativ zueinander beweglichen Elementen. Das erste Element 22 ist durch einen lamellierten Magnetkreis aus zwei Teilen 23/4, 23B und einem Polschuh 24 ίο gebildet. Die beiden Teile 23Λ, 235 sind durch Zusammenkleben von dünnen Flächen aus Eisen oder weichem Siliziumstahl gebildet. Durch eine abschließende Abrichtung werden ihnen die erforderlichen genauen Abmessungen und geometrischen Formen erteilt. Die Trennfuge 25 ist notwendig, damit die Erregungsspule 21 auf das erste Element aufgesteckt werden kann. Es gibt dann zwei Möglichkeiten, indem entweder die Trennfuge 25 nicht verklebt ist, oder im Gegenteil die beiden Teile 23A und 23ß nach dem Aufstecken der Spule verklebt werden, jedoch unter der Bedingung, daß der Luftspalt an der Trennfuge 25 sehr schmal bleibt. Der Polschuh 24 aus massivem Eisen oder Weichstahl ist mit zwei Schrauben 26 an dem lamellierten Teil 23/4 befestigt.

Das zweite Element des Magnetkerns ist nichts anderes als der Polschuh 27 aus massivem Eisen oder Weichstahl. Der Polschuh 27 ist mit dem lamellierten Teil 23ß nicht fest verbunden, so daß er auf der oberen Fläche dieses Teils 23 ß in der Richtung des Polschuhs 24 gleiten kann. Jeder der Polschuhe 24 und 27 trägt einen Reibbelag 28 bzw. 29. Diese Beläge können aus einer Mischung aus chromiertem Eisenpulver und Polytetrafluoräthylen zusammengesetzt sein. Dieses Material hat folgende Vorteile: Es kann mit Stahl in einer Schicht verschweißt werden, die nach Bearbeitung eine Dicke hat, die 0,3 mm nicht übersteigt, es hat einen stabilen Reibungskoeffizient von mehr als 0,3 und seine Abnutzung ist praktisch Null.

Man erkennt in Fig. IC, daß die Spannvorrichtung 20 so angeordnet ist, daß die Polschuhe 24 und 27 zu beiden Seiten der Bremsscheibe 17 und möglichst weit von deren Drehachse entfernt liegen. Der Magnetkern ruht auf einer ebenen Fläche 30 ( F i g. 1 B), die durch Bearbeitung auf dem Sockel 11 gebildet ist. Die Höhe dieser Fläche ist so bemessen, daß die Symmetrieebene 31 (Fig.2B) durch die Drehachse der Bremsscheibe geht. Die Bremsscheibe 17 dreht sich übrigens in der Richtung des Pfeils 32.

Die Halterung für die Spannvorrichtung 20 ist so beschaffen, daß sich diese von selbst in bezug auf die Bremsscheibe zentriert. In der horizontalen Ebene wird die Seite der Polschuhe von der vertikalen Fläche 33 der Stützen 15 und 16 des Sockels geführt, und die andere Seite des Magnetkerns wird von der Platte 34 geführt. Diese ist auf dem Sockel 11 mit zwei Schrauben 35 befestigt. Diese Platte weist Backen auf, die es ermöglichen, die Ecken der lamellierten Teile 23,4 und 23ß annähernd zu führen, d. h., daß ein gewisses Spiel vorhanden sein muß. Die Durchführungslöcher für die Schrauben 35 müssen so groß sein, daß sie die Einjustierung der Lage der Platte 34 ermöglichen.

Die im Sockel gebildete Ausnehmung 36 dient zur Aufnahme des Teils der Spule 21, der sich unterhalb der Fläche 30 befindet. Ein im Sockel 11 angebrachter Schlitz 37 ermöglicht den Durchgang der Bremsscheibe 17.

Die Halterung für die Spannvorrichtung 20 wird durch einen Bügel 38 vervollständigt, der aus gebogenem Blech besteht und mit zwei Schrauben 39 befestigt ist. Zwei Gummiblöcke 40 ( F i g. 1 A) sind zwischen den Steg des Bügels 38 und die Oberseite des Magnetkerns eingefügt. Diese Blöcke dürfen nicht zu sehr zusammengepreßt sein, damit sie die Zentrierung der Spannvorrichtung nicht stören. Auf jeder Seite des Bügels 38 sind ein Bolzen 41 und eine mit einer Schraube 43 befestigte Blattfeder 42 vorgesehen. Jeder Bolzen kann in einem Loch in der betreffenden Wand des Bügels gleiten, wobei die Länge der Führung durch eine Pille 44 vergrößert ist, die am Bügel 38 angelötet sein kann.

Auf diese Weise sind die einzigen Kräfte, welche bei Nichterregung der Erregungsspule 21 die Polschuhe 24 und 27 gegen die entsprechenden Seiten der Bremsscheibe 17 drücken, die von den Federn 42 hervorgerufenen Kräfte. Die dadurch bei der Drehung der Bremsscheibe verursachten Reibungskräfte sind vernachlässigbar. Wenn ein starker Gleichstrom durch die Wicklung der Erregungsspule geschickt wird, kommt die Anziehungskraft der Polschuhe schnell zur Wirkung, weil diese sich praktisch nicht verstellen müssen. Die Bremswirkung erfolgt also sowohl sehr schnell als auch in stets gleichförmiger Weise bei wiederholten Bremsungen, weil die auf die beiden Seiten der Bremsscheibe ausgeübten Druckkräfte stets gut abgeglichen sind.

Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform des Magnetkerns. Man kann sagen, daß dieser nun mit einem Gelenk versehen ist. Er besteht aus zwei nahezu identischen Elementen 47A, 47B, wobei jedes Element ein lamelliertes Teil 48/4 bzw. 48ß und einen mit zwei Schrauben 26 befestigten massiven Polschuh 24 aufweist. Ein Ende des lamellierten Teils 48/4 weist eine abgerundete Fläche auf, damit der von den beiden Elementen gebildete Winkel sich ändern kann, wenn die magnetischen Reibungsbeläge eine gewisse Abnutzung erfahren haben. Es bildet sich dann gewissermaßen ein Luftspalt zwischen diesen beiden Enden der Teile 48/4, 48B, doch ist dieser wenig störend, da er im Inneren der Erregungsspule 21 liegt. Es ist vorteilhaft, wenn die äußeren Abmessungen dieses Magnetkerns die gleichen wie bei dem Magnetkern von Fig.2A, 2B sind, damit die gleichen Befestigungsteile 34, 35 und 38 bis 44 verwendet werden können.

Von allen möglichen anderen Ausführungsformen ist in Fig.4A bis 4C eine zweite typische Ausführungsform dargestellt, bei welcher zwei Spannungsvorrichtungen 57 und 57' tangential zur Bremsscheibe 17 angeordnet sind. Gemäß F i g. 4C, die ein Schnitt nach der Linie 2-2 von F i g. 4B ist, ist die Welle 50, welche die gleiche Funktion wie die zuvor dargestellte Welle 10 erfüllt, in der Stütze 51 des Sockels 52 mit Hilfe von zwei Kugellagern 12, dem Abstandshalter 13 und dem elastischen Sperring 14 gelagert. In diesem Fall ist die Bremsscheibe 17 fest mit der Welle 50 verbunden. Sie ist mit Schrauben 19 an der Nabe 53 befestigt. Diese ist auf der Welle 50 mit Hilfe des Stifts 54 fest angebracht. Daraus folgt, daß sich die Bremsscheibe 17 nicht axial in bezug auf die Welle 50 bewegen kann.

Die Halterung für die Spannvorrichtungen sind durch eine abnehmbare Stütze 55 vervollständigt. Diese Stütze, welche die gleiche Dicke wie die Stütze 51 hat, enthält eine Ausnehmung (Fig.4B), die ausreichend groß für den Durchgang der Bremsscheibe 17 und deren Nabe ist. Eine Zapfen- und Lochverbindung (Fig. 4C) ist für die unteren und oberen Abschnitte der Stütze 55 und der Stütze 51 vorgesehen. Nach dem Anbringen der die Nabe 53 und die Bremsscheibe 17 tragenden Welle

50 wird die Stütze 55 mit Hilfe der Schrauben 56 an der Stütze 51 festgeklemmt.

Die erste Spannvorrichtung 57 (Fi g. 4A) ruht auf einer horizontalen Fläche 58 des Sockels 52. Die zweite Spannvorrichtung 57', die der ersten gleich ist, muß aufgehängt werden. Jede Spannvorrichtung besteht aus einem Elektromagnet, der eine Erregungsspule 68 aufweist, die mit einem Magnetkern gekoppelt ist. Dieser Magnetkern, der in Fig. 5A bis 5C für sich allein dargestellt ist, besteht aus mehreren Elementen. Das erste Element 59 ist aus einem lamellierten Teil 60 und einem Polschuh 61 aus massivem Eisen oder Weichstahl gebildet. Zwei Schrauben 62 dienen zur Befestigung des Polschuhs 61 an dem lamellierten Teil 60, nachdem die Spule 68 auf den linken Schenkel des lamellierten Teils 60 aufgesteckt worden ist.

Das zweite Element ist der Polschuh 63 aus massivem Eisen oder Weichstahl. Der Polschuh 63 ist an dem rechten Schenkel des lamellierten Teils 60 nicht befestigt, so daß er auf der oberen Fläche dieses Schenkels in der Richtung des Polschuhs 61 gleiten kann. Jeder der Polschuhe 61, 63 trägt einen Reibbelag 64 bzw. 65. Aus F i g. 5C ist zu ersehen, daß eine Seite jedes der Polschuhe 61,63 schräg abgeschnitten ist. Die Reibungsflächen der Polschuhe sind dadurch gegenüber der Fläche des Querschnitts des lamellierten Teils verringert. Bekanntlich wird durch diese Verringerung die auf die Einheit bezogene Anziehungskraft der Polschuhe bei einer gegebenen magnetischen Induktion vergrößert.

Die angenäherte Symmetrieebene 66 (Fig. 5B) der Spannvorrichtung 57 liegt in einer Ebene die parallel zu der durch die Drehachse der Bremsscheibe 17 gehenden Ebene ist. Wenn ein ausreichend starker Gleichstrom durch die Wicklung der Erregungsspule 68 geschickt wird, sucht die Anziehungskraft die Polschuhe 61 und 63 an die Seiten der Bremsscheibe 17 anzunähern. Da diese sich in der durch den Pfeil 67 angegebenen Richtung dreht, wird durch die dadurch hervorgerufene Bremskraft der Elektromagnet gegen die Fläche 58 des Sockels 52 gedruckt. Bei der Spannvorrichtung 57' versucht die Bremskraft diese nach oben zu verschieben. In diesem Fall legt sich der Elektromagnet der Spannvorrichtung 57' gegen die Fläche 69 an, die durch seitliche Verlängerungen der Stützen 51 und 55 geschaffen ist.

Die Stütze 55 enthält zwei Ausnehmungen 70, die jeweils einen Durchgang für den Teil der Spule 68 schaffen, der auf der einen Seite über den Magnetkern des betreffenden Elektromagnets hervorsteht.

Am unteren Teil wird der Magnetkern der Spannvorrichtung 57 in der Nähe der vertikalen Flächen der

ίο Stützen 51, 55 durch zwei in den Sockel eingesetzte Füße 71 gehalten. Eine Lasche 72 dient dazu, den oberen Teil des Elektromagnets festzuhalten. Diese Lasche ist mit zwei Schrauben 73 an den Stützen befestigt. Sie besitzt eine Ausnehmung (Fig. 4B), die den Durchgang der Bremsscheibe 17 ermöglicht. Zwei Gummiblöcke 74 sind zwischen die Lasche 72 und den oberen Teil des Magnetkerns eingesetzt. An jedem Ende der Lasche 72 ist eine Blattfeder 75 mit einer Schraube 76 befestigt. Die beiden Elemente des Magnetkerns werden also ständig von den Enden der Blattfedern 75 gegen die entsprechenden Seiten der Bremsscheibe 17 gedrückt.

Die Gummiblöcke 74 dürfen nicht zu stark zusammengepreßt werden, und für die Führungsfüße 71 muß ein ausreichendes Spiel vorgesehen werden, damit sich der Elektromagnet parallel zur Drehachse der Bremsscheibe verstellen kann. Dadurch stellt sich die Spannvorrichtung von selbst richtig in bezug auf die Scheibe ein. Es ist zu erkennen, daß die gleichen Teile 72 bis 76 dazu verwendet werden, die Spannvorrichtung 57' zu tragen und in der richtigen Lage zu halten; der Magnetkern dieser Spannvorrichtung wird im oberen Teil von dem Rand 77 geführt, der an den Verlängerungen der Stützen 51 und 55 angebracht ist.

Es ist zu bemerken, daß es nicht notwendig wäre, aufgebrachte Beläge vorzusehen (wie die Beläge 28, 29 in F i g. 2A und die Beläge 64,65 in Fi g. 5A), wenn die Maßnahme getroffen wird, daß die Polschuhe 24,27 und 61,63 aus einem massiven Material hergestellt werden, das Reibungseigenschaften und magnetische Eigenschäften aufweist, die denjenigen der zuvor angegebenen Mischung aus Eisenpulver und Polytetrafluoräthylen vergleichbar sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigte Scheibenbremse, deren Spannvorrichtung einen aus mehreren Elementen zusammengesetzten hufeisenförmigen Magnetkern aufweist, der eine Erregungsspule trägt, wobei zwei relativ zueinander bewegliche Magnetkreiselemente Polschuhe bilden, die zu beiden Seiten der Bremsscheibe einander gegenüber angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Mittel (42; 75) vorgesehen sind, welche auf die Polschuhe (24, 27; 61, 63) so einwirken, daß sie diese bei Nichterregung der Erregungsspule (21; 68) dauernd in leichter Anlageberührung mit der Bremsscheibe (17) halten.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel (42; 75) als Blattfedern ausgebildet sind.

3. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Polschuh (24, 27; 61, 63) an seiner an der Bremsscheibe (17) anliegenden Fläche einen dünnen Reibbelag (28,29; 64,65) trägt, der eine Mischung aus Polytetrafluoräthylen und chromiertem Eisenpulver enthält.

4. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (24, 27; 61, 63) aus einem massiven Material hergestellt sind, das Reibungseigenschaften und magnetische Eigenschaften aufweist.