DE3107386A1 - Reibungsbremse - Google Patents

Description

• Reibungsbremse
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Derartige sogenannte konische Reibungsbremsen sind bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 24 19 810. Dabei wirkt auf den axial verschiebbaren, ringförmigen Konus, der beim Bremsen mit seinem Bremsbelag an der Innenkonusfläche der gehäusefesten Bremshülse unmittelbar angreift, eine so große Tangentialkraft ein, daß er sich verkeilen und festfressen kann. Auch ist zurErreichung hoher Bremsmomente ein großer Energiebedarf erforderlich, was insbesondere bei vakuumtauglichen Bremsen ins Gewicht fällt, wie sie in der Raumfahrt verwendet werden. Dort sind nämlich nur nicht ausgasende Bremsbeläge anwendbar, deren Reibungskoeffizient jedoch geringer ist als der normaler Bremsbeläge.
• Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibungsbremse zu schaffen, mit der bei geringem Energiebedarf hohe Bremsmomente erzielbar sind und mit der ein zuverlässiges Lösen der Bremse sichergestellt ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Bremse dienen der axial verschiebliche bzw. die beiden axial aufeinander zu verschieblichen ringförmigen Konusse also nur zum Aufspreizen des federnden Bremsrings, während die Übertragung des Bremsmomentes direkt vom Gehäuse über den Bremsring auf die Welle erfolgt, und nicht über den Konus (bzw. die Konusse) wie beim Stand der Technik.
• Durch die Auftrennung der beiden Funktionen Aufspreizen einerseits und Bremsmomentübertragung andererseits auf zwei Bauteile, nämlich den bzw. die Konusse einerseits und den bzw.
• die Bremsringe andererseits, können für die einzelnen Funktionen auch die jeweils günstigsten Reibpaarungen gewählt werden, d.h. die Reibung zwischen der Außenfläche des Konus und der Innenfläche des Bremsrings wird möglichst klein und die Reibung zwischen der Bremsringaußenfläche und der Innenkonusfläche der Bremshülse wird möglichst groß gewählt.
• Auch wird erfindungsgemäß die Welle radial und durch die in den Ansprüchen 8 und 9 angegebene Ausführungsform außerdem axial zentriert und fixiert.
• Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen: Figur 1 einen Axialschnitt durch eine Hälfte der Reibungsbremse und Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II.
• Die Reibungsbremse ist für eine Welle 1 bestimmt, die sich in einem Gehäuse 2 dreht. Die Reibungsbremse besteht im wesentlichen aus zwei sich axial gegenüberliegenden, beiderseits einer radialen Ebene symmetrisch angeordneten axial verschieblichen ringförmigen Konussen 3, Bremsringen 4 und den Bremsbelag 5 aufweisenden Innenkonusflächen der Bremshülse 6.
• Die Bremshtilse 6 stellt einen Teil des Gehäuses 2 dar, das außerdem durch Flansche 7 und 8 sowie einem Zwischenring 9 gebildet wird. Die Bremshülse 6, die Flansche 7 und 8 sowie der Zwischenring 9 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt.
• Jeder axial verschiebliche, ringförmige Konus 3 besteht vorzugsweise aus mehreren umfangsmäßig gleichmäßig verteilten Ringsegmenten.Die Konusse 3 bzw. die Ringsegmente, aus denen sie bestehen , sind an Tellerscheiben 10 befestigt, und zwar radial verschiebbar. Zu diesem Zweck ist jeder Konus 3 bzw.
• jedes Ringsegment in der betreffenden Tellerscheibe 10 axial durch einen Bolzen 11 gehalten, der in einem Radialschlitz der Teller scheibe 10 verschiebbar ist. Dadurch wird die Übertragung radialer Kräfte über die Konusse 3 bzw. Ringsegmente auf die Welle 1 ausgeschlossen. Ebenso werden durch Thermaleinflüsse auftretende Längenänderungen ausgeglichen, ohne die Anpreßkraft zwischen Bremsring 4 und Bremshülse 6 zu beeinflussen.
• Jeder axial verschiebbare Konus 3 ist sowohl an seiner Innenumfangsfläche 12 wie an seiner Außenumfangsfläche 13 konisch ausgebildet, und zwar symmetrisch, d.h. die Innenkonusfläche 12 und die Außenkonusfläche 13 sind gegenüber einander, jedoch mit dem gleichen Winkel geneigt.
• Jeder Bremsring 4 ist durch den kragenförmigen Außenflansch eines im Querschnitt etwa U-förmigen Rings 14 gebildet. In die öffnung des U oder die Nut des Rings 14 greift der axial verschiebbare Konus 3 ein, wobei er mit seiner Außenkonusfläche 13 an den beiden Innenkonusflächen 15 des Rings 14 anliegt. Damit der Außenflansch oder Bremsring 4 in radialer Richtung flexibel ist, ist er umfangsmäßig gleichmäßig verteilt mit Schlitzen versehen. Die Außenflanschabschnitte zwischen den Schlitzen bilden dann Blattfedern, die radial einwärts vorgespannt sind.
• Wesentlich ist dabei, daß der Bremsring 4 bzw. diese Außen- flanschabschnitte des Bremsrings 4 in Umfangsrichtung steif genug sind, um eine Übertragung der Bremskräfte von dem Gehäuse 2 auf die Welle 1 sicherzustellen.
• Die Außenkonusfläche 16 des Bremsrings LI liegt der Innenkonusfläche der Bremshülse 6 bzw. dem Bremsbelag 5 gegenüber und kommt beim Bremsvorgang mit ihr zur Anlage. Der Reibbelag besteht bei vakuumtauglichem Einsatz der Bremse, z.B. im Weltraum, aus einem nicht ausgasenden Material mit möglichst hohem Reibwert.
• Die Außenkonusfläche 13 und die Innenkonusfläche 12 jedes axial verschieblichen Konus 3 sind mit einem Gleitmittel, beispielsweise einem Gleitlack beschichtet, so daß die Reibung zwischen dem Konus 3 und den Innenkonusflächen 15 des Rings 14 gering ist.
• Die gleitmittelbeschichtete Außen- und Innenkonusfläche 12 und 13 jedes axial verschieblichen Konusses 3 kann mit einem verhältnismäßig geringen Winkel gegenüber der Axialen geneigt sein. Dadurch wird eine hohe Ubertragung, d.h. eine hohe Anpreßkraft des Bremsrings 4 auf den Reibbelag bzw. die Bremshülse 6 bei relativ geringem Kraftaufwand erreicht. So ist in der Praxis mit einer erfindungsgemäßen Bremse ein Bremsmoment von 1200 Nm bei einem Motormoment von nur 6,3 Nm bei einer Schließzeit von nur 1,5 sec erreicht worden.
• Andererseits darf die Neigung der AuBen- und Innenkonusfläche 12 und 13 des Konus 3 dann nicht zu gering sein, wenn der Konus 3 beim Entlasten der Bremse sich aus dem Ring 14 herausbewegen soll, d.h. keine Selbsthemmung auftreten soll.
• Die beiden U-förmigen Ringe 14 sind mit ihrem radial inneren Flansch 18 fest an dem Außenumfang eines Zwischenringes 20 und eines schalenförmigen Bauteiles 21 fest mit der Welle 1 verbunden.
• Zur Betätigung der Bremse ist ein in das schalenförmige Bauteil 21 integrierter Actuator, nämlich ein Elektromotor mit einem Permanentmagneten 22, einem Kollektor 23 und einem Rotor 24 vorgesehen. Die übrigen Teile des Elektromotors sind der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht dargestellt. Bei Betätigung des Elektromotors dreht der Rotor 24 eine Spindel 25, und zwar über eine Nabe 26 und einen Zwischenring 27.
• Die Spindel 25 ist mit zwei Gewindeabschnitten 28 versehen, von denen einer von einem linksgängigen und der andere von einem rechtsgängigen Gewinde gebildet wird. Mit jedem Gewindeabschnitt 28 der Spindel 25 steht eine Mutter 29 in Eingriff.
• Jede Mutter 29 ist mit einer der beiden Tellerscheiben 10 fest verbunden, und zwar mit der in Fig. 1 linken Tellerscheibe 10 über einen Flansch 30 und Abstandshülsen 31, und mittels Schraubbolzen 32.
• Zur Betätigung des Elektromotors dreht also der Rotor 24 über die Spindel 25 die beiden Muttern 29, die sich dann je nach Drehrichtung der Spindel 25 aufeinander zu oder voneinander weg bewegen, um durch eine Axialbewegung der beiden Konusse 3 in entsprechender Richtung die Bremse zu schließen bzw. zu öffnen.
• Die Gewindeabschnitte 28 der Spindel 25 sind selbsthemmend ausgebildet. Durch diese Selbsthemmung braucht der Actuator bzw. der Elektromotor nur zum Schließen oder Öffnen der Bremse angesteuert zu werden.
• Trotz der Selbsthemnung können Vibrationen oder Stöße zu eirc= ungewollten Lösen der Bremse führen. Um die Bremse dagegen zu sichern, ist die Nabe 26 drehbar gelagert, ferner sind ein an der in Figur 1 rechten Tellerscheibe 10 befestigtes Sperrzahnrad 33 r zwei am Zwischenring 27 befestigte Blattfedern 34 und 35, ein (nur in Figur 2 dargestellter) bügelförmiger Ansatz 36, ein Anschlag 37 am Zwischenring 27, mit dem ein in Figur 2 nicht dargestellter, an der Rückseite des bügelförmigen Ansatzes 36 befestigter Finger zusammenwirkt, sowie eine Kugelraste 38 vorgesehen.
• Diese Verriegelungseinrichtung wirkt folgendermaßen. Wird der Actuator oder Elektromotor angesteuert, dreht der Rotor 24 die Nabe 26 in Richtung des in Figur 2 dargestellten Pfeiles und die wirkende Kugelraste 38 klinkt aus. Die Nabe 26 dreht sich , bis der nicht dargestellte, an dem bügelförmigen Ansatz 36 der Nabe 26 angebrachte Finger am Anschlag 37 des Zwischenrings 27 angreift, wobei die Kugelraste 38 wieder einrastet.
• Während dieser Drehung wird die in Richtung des Pfeiles liegende Blattfeder 34 durch den bügelförmigen Ansatz 36 aus dem Sperrzahnrad 33 gehoben und die andere Blattfeder 35 freigegeben.
• Dreht sich nun der Rotor 24 in derselbenRichtung weiter, so bewegt er über den Zwischenring 27 die Spindel 25. Die freigegebene Blattfeder 35 wird über das Sperrzahnrad 33 gezogen und verhindert bei Stillstand des Rotors 24 sofort ein Zurückdrehen der Spindel 25. Erst bei einer Umkehr der Drehrichtung des Rotors 24 wird die Blattfeder 35 angehoben, so daß die Spindel 25 in entgegengesetzter Richtung gedreht werden kann.
• Die in jeder der beiden Endstellungen der Nabe 26 wirkende Kugelraste 38 verhindert eine Selbstauslösung des Verriegelungsmechanismusses bei Vibrationen und Schockbelastung.

Claims (14)

1. Reibungsbremse patentansprüche Reibungsbremse für eine Welle, die sich gegenüber einem Gehäuse dreht, mit einem axial verschiebbaren ringförmigen Konus, dessen Außenkonusfläche mit der Innenkonusfläche einer gehäusefesten Bremshülse zusammenwirkt, und einem Bremsbelag zwischen der Außenkonusfläche des axial verschiebbaren Konus und der Innenkonusfläche der Bremshülse, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Außenkonusfläche (13) des axial verschiebbaren Konus (3) und der Bremshülse (6) ein wellenfester Bremsring (4) angeordnet ist und der Bremsbelag (5) zwischen der Außenkonusfläche (16) des Bremsrings (4) und der Innenkonusfläche der Bremshülse (6) vorgesehen ist.
2. 2. Rtibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsring (4) in radialer Richtung federnd ausgebildet ist.
3. 3. Reibungsbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Wirkung des Bremsrings (4) auf umfangsmäßig verteilten axial verlaufenden Schlitzenberuht.
4. 4. Reibungsbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare ringförmige Konus (3) radial bewegbar angeordnet ist.
5. 5. Reibungsbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Konus (3) aus einer Vielzahl umfangsmäßig verteilter Ringsegmente besteht.
6. 6. Reibungsbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Konus (3) mit einem Gleitmittel beschichtet ist.
7. 7. Reibungsbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsring (4) durch den Außenflansch eines im Querschnit U-förmigen Ringes (14) gebildet ist.
8. 8. Reibungsbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei sich axial gegenüber liegende, axial verschiebbare Konusse (3), Bremsringe (4), Bremsbeläge (5) und Innenkonusflächen an der Bremshülse (6) vorgesehen sind.
9. 9. Reibungsbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Verschiebung der beiden Konusse (3) jeder Konus (3) mit einer Mutter (29) verbunden ist und beide Muttern (29) an Gewindeabschnitten (28) einer koaxialen Spindel (25) angeordnet sind, wobei ein Getwindeabschnitt (28ì rechtsgängig und der andere linksgängig ist.
10. 10. Reibungsbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeabschnitte (28) der Spindel (25) selbsthemmend ausgebildet sind.
11. 11. Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Spindel (25) Ein Actuator, vorzugsweise ein Elektromotor vorgesehen ist, wobei der Stator des Actuators bzw. Elektromotors mit der Welle (1) und-der Rotor (24) mit der Spindel (25) verbunden ist.
12. 12. Reibungsbremse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrzahnrad (33) vorgesehen ist, das fest mit einem axial verschiebbaren Konen (3) verbunden ist, und der Rotor (24) mit der Spindel (25) über einen Zwischenring (27) verbunden ist, wobei am Zwischenring (27) zwei einander entgegengesetzt ausgerichtete Blattfedern (34, 35) angeordnet sind, die an dem Sperrzahnrad (33) angreifen.
13. 13. Reibungsbremse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entriegeln des Gesperres aus den Blattfedern (34, 35) und dem Sperrzahnrad (33) vor dem Schließen oder öffnen der Bremse der Rotor (24) gegenüber dem Zwischenring (27) um einen Winkel drehbar ist, und am Rotor (24) ein Ansatz (36) vorgesehen ist, der bei Betätigung des Rotors (24) die in Drehrichtung liegende Blattfeder (34) vom Sperrzahnrad (33) abhebt.
14. 14. Reibungsbremse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugelraste (38) zwischen dem Rotor (24) und dem Zwischenring (27) vorgesehen ist.