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Sicherheitsbremsen,
welche bei Strombeaufschlagung frei machen und bei Stromwegnahme über Federdruck
abbremsen, sind allgemein bekannt. Sie werden meistens auf der Rückseite
des Motors, meistens eines Elektromotors an der sogenannten B-Lagerseite
angebaut.
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In
zahllosen technischen Anlagen, z. B. Aufzügen, ist es durch Vorschriften
vorgeschrieben, eine Sicherheitsbremse einzubauen, die z. B. bei
Störungen,
z. B. bei Stromausfall, die Anlage sofort stillsetzt und in dieser
Stellung hält,
bis die Störung
behoben ist. Der Einbau einer solchen Bremse bedeutet einen zusätzlichen
Arbeitsaufwand und Platzbedarf.
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Drehsteife
elastische Balgkupplungen zur Verbindung von zwei Wellen sind in
der Technik bekannt. Sie werden hauptsächlich zwischen dem Elektromotor
und einer Antriebskupplung, einer Arbeitsmaschine, einer Spindel
oder dgl. eingesetzt.
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Die
EP-A-0 786 852 zeigt eine elektrische Antriebseinheit, die einen
gewöhnlichen
Elektromotor in Kombination mit einer elektromagnetisch freigebbaren
Federdruckbremse aufweist, die an die Motorwelle gekuppelt und mit
dem vorderen Ende des Motors verbunden ist. Die Federdruckbremse drückt eine
axial verschiebliche Ankerplatte durch Federdruck gegen eine Bremsscheibe
und eine Bremsfläche,
wobei die Bremsscheibe mit einem Hülsenelement gekuppelt ist,
welches mit der Motorwelle verbunden ist, um mit ihr zu rotieren.
Die Hülse
ist mit einer Keilriemenscheibe oder einem ähnlichen Abtriebselement verbunden,
welches auf dem Hülsenelement
vorgesehen ist. Letzteres verbindet die Motorwelle weder mit einer
zweiten Welle, noch ist es dazu in der Lage, ein hohes Maß an Fehlausrichtung zwischen
den Antriebs- und
Abtriebswellen auszugleichen.
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In ähnlicher
Weise zeigt auch das US-Patent 3,338,349 eine elektrische Antriebseinheit,
die aus einem regulären
Elektromotor in Kombination mit einer elektromagnetisch freigebbaren
Federdruckbremse besteht, die mit der Motorachse gekuppelt ist und
mit dem vorderen Ende des Motors verbunden ist. Die Federdruckbremse
drückt
einen axial verschieblichen Ankerplattenring (der als eine Bremsscheibe
dient) gegen eine Bremsfläche,
wobei die Bremsscheibe mit einem Hülsenelement gekuppelt ist,
das mit der Motorwelle verbunden ist, um damit zu rotieren. Das
Hülsenelement
erstreckt sich in eine separate Ausgangswelle. Obwohl das Hülsenelement
die Motorwelle mit der zweiten Welle verbindet, ist es nicht in
der Lage, eine größere Fehlausrichtung zwischen
der Antriebswelle und der Abtriebswelle auszugleichen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupplung und eine Bremse
in einer Einheit zu vereinen, einer sogenannten Kupplungs-Bremskombination,
und zwar derart, dass diese Einheit in einer einfachen Weise auf
der Antriebsseite eines Elektromotors (A-Lagerschild-Seite) angeordnet
werden kann. Ziel ist es insbesondere, den Arbeitsaufwand und Platzbedarf
zu verringern. Außerdem
sollen Kosten eingespart, die Zuverlässigkeit erhöht und die Wartung
vereinfacht bzw. verbessert werden. Vorzugsweise soll die Anordnung
dazu geeignet sein, ein hohes Maß an Fehlausrichtung zwischen
der Antriebs- und der Abtriebswelle zu kompensieren.
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Diese
Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale gelöst, wie
sie im Anspruch 1 genannt sind. Die zweite Seite der Kupplung überträgt das Drehmoment
auf die zweite Welle. Mit dieser Anordnung wird Platz in der axialen
Richtung eingespart. Die Verdrehsteifigkeit einer Balgkupplung kann gleichzeitig
axiale, radiale und winkelmäßige Fehlausrichtungen
absorbieren. Außerdem
kann das Gehäuse
der Sicherheitsbremse in einer im wesentlichen rechtwinkeligen Gestalt
konstruiert werden, so dass die übliche
Gestalt von elektrischen Hilfsmotoren beibehalten wird. Indem die
Bremse auf der Antriebsmotorwelle statt auf dem rückwärtigen Ende des
Motors angeordnet wird, kann eine Verbesserung der Sicherheit erreicht
werden. Wenn beispielsweise die Bremsen-Nabe sich von der Motorwelle aufgrund
eines mechanischen Versagens löst,
wird bei der Anordnung nach der Erfindung der Antrieb ebenfalls
abgetrennt. Hierbei handelt es sich um eine Situation erhöhter Sicherheit
und diese ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass der Antrieb sich über die Bremsennabe
hinweg von der Motorwelle zu der angetriebenen äußeren Anordnung erstreckt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Kupplungs-Bremskombination nach der vorliegenden Erfindung wird
nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen
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1 eine
vereinfachte Ansicht der Kupplungs-Bremskombination zeigt
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2 einen
Querschnitt Längslinie
A-A in 1 sowie einige genauere Details zeigt;
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3 eine
auseinandergezogene, teilweise Querschnittsansicht darstellt, die
eine Kupplung der Kupplungs-Bremskombination mit der Motorwelle zeigt;
und
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4 eine
Federklammer zur Verwendung mit der Anordnung nach den 1 bis 3 zeigt.
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Wie
in 2 ersichtlich, ist eine Brems-Kupplungskombination
dazu vorgesehen, mit einem Elektromotor 16 auf der A-Lager-Seite
verflanscht oder verschraubt zu werden, d. h. an dem Ende, an dem
die Antriebswelle austritt. In 2 ist die
Motorwelle gezeigt, und zwar mit dem Bezugszeichen 9. Die
Kupplungs-Bremskombination besteht im wesentlichen aus einer Bremsenanordnung 18 und einer
Kupplungsanordnung 19. Die Bremse besitzt einen quadratischen
Flansch 1, mit dem sie an ein entsprechend gestaltetes
Teil angeschraubt ist, z. B. mit dem A-Lagerschild eines Servomotors
oder dem Motorgehäuse.
Der Flansch 1 dient gleichzeitig als ein Gehäuse für die Bremse
und nimmt viele Einzelteile davon auf. Typischerweise ist die Kupplungs-Bremsanordnung mit
dem Motor 16 durch vier Schrauben verbunden, von denen
eine durch die Bohrung 17 hindurchtritt. Die Schrauben
werden in der 2 nicht gezeigt.
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Die
Bremsenanordnung 18 selbst besteht aus einer elektromagnetischen
Spule 2; einer Ankerplatte 3; einer Nabe mit einem
teilweise axialen geschlitzten rohrförmigen Fortsatz 20,
wobei die Nabe 4 mit der Welle 9 in einer solchen
Weise verbunden, dass eine Relativdrehung nicht möglich ist.
Dies kann beispielsweise erreicht werden durch die Verwendung einer
Passfeder/Nut-Verbindung
oder durch konventionelle Mittel wie ein Kegel oder ein Querstift.
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Die
Bremse umfasst auch wenigstens eine Bremsscheibe 5, die
mit Bezug auf die Nabe 4 in Längsrichtung verschieblich ist,
aber mit ihr so verbunden ist, dass sie sich mit ihr dreht. Die
Bremsscheibe 5 ist zwischen die Ankerplatte 3 und
die Flansch-Platte 13 eingefügt, die im Verhältnis zum Gehäuse der
Bremse in Längsrichtung
fixiert ist. Bremsbeläge 6 sind
auf jeder Seite der Bremsscheibe selbst oder ihr gegenüberliegend
auf den Oberflächen
der Ankerscheibe und Flansch-Platte angeordnet, um die Reibung zwischen
diesen Bestandteilen zu erhöhen.
Typischerweise trägt
die Nabe 4 auf ihrem äußeren Umfang
Zähne,
die im Eingriff stehen mit einwärts
weisenden Zähnen
auf einer Nabe im Zentrum der Bremsscheibe 5. Die Bremsenanordnung 18 hat
auch wenigstens zwei Bremsbeläge 6, die
auf den beiden Seiten der Bremsscheibe 5 angeordnet sind.
Die Bremse umfasst eine Mehrzahl von Führungsstiften 7, die
um den Umfang herum angeordnet und gleichmäßig verteilt sind, um eine
gute Ausrichtung der beweglichen Teile im Betrieb zu gewährleisten.
Um den Umfang angeordnete und gleichmäßig verteilte Federn 8 drücken die
Ankerplatte in Richtung auf die Flansch-Platte und somit in den
gebremsten Zustand. Die Bremsbeläge 6 können an
der Bremsscheibe befestigt sein, um so die einwärts gerichteten Oberflächen der
Ankerplatte 3, und der Flansch-Platte 13 auf der
anderen Seite der Bremsscheibe 5 anzugreifen. Alternativ
können
die Bremsbeläge
auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der
Ankerplatte 3 und der Flansch-Platte 13 angeordnet sein.
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Die
Welle 9 des Motors 16 durchragt die Nabe 4 einschließlich des
partiell axial geschlitzten hülsenartigen
Fortsatzes 20 und ragt in die Kupplungseinheit 19 der
Kupplungs-Bremskombination hinein.
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Die
Kupplungseinheit 19 kuppelt die Motorwelle 9 mit
der anzutreibenden Welle 12, die an andere Maschinen anschließt, und
besteht aus einem flexiblen Balg 11 (vorzugsweise aus Metall);
sie tut dies durch einen Klemmring 10b, der auf der Motorwelle 9 verklemmt
ist, und zwar über
den rohrförmigen „axial
geschlitzten" Fortsatz 20 der
Nabe 4 an einem Ende und auf die entsprechend ausgebildete Kupplungsnabe 14,
die ihrerseits auf die angetriebene Welle 12 am anderen
Ende geklemmt wird.
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Die
Flansch-Platte 13 hält
die Bremse zusammen und liefert die Reaktionskraft und bietet mit ihrer
Zentrierung 15 eine Aufnahme für ein womöglich damit zu verbindendes
Getriebe oder dgl.
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Im
Betrieb ist die Elektromagnet-Spule 2 erregt und zieht
daher die Ankerplatte 3 an, wodurch die Ankerplatte 3 von
der Bremsscheibe weggezogen wird. Sobald es keinen Reibkontakt mehr
zwischen der Ankerplatte 3, der Bremsscheibe 5,
den Bremsbelägen 6 und
der Flansch-Platte 13 ergibt, gibt es keine Bremswirkung
mehr. Falls die Stormzufuhr zu der Elektromagnet-Spule 2 unterbrochen wird,
wird die Ankerplatte 3 freigegeben und wird sofort in Richtung
auf die Bremsscheibe 5 und die Flansch-Platte 13 verschoben,
und zwar durch die Federn 8. Nachdem die Bremsscheibe 5 sich
in Längsrichtung
auf den Zähnen
auf der Nabe 4 verschieben kann, verschiebt sie sich in
Richtung der Flansch-Platte 13 und erzeugt eine gleichmäßige Bremswirkung
auf beiden Seiten der Bremsscheibe.
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Der
elastische Balg 11 ist allseitig beweglich und kann daher
jede Art von Wellenversatz, axial, radial und Winkelversatz ausgleichen.
Durch die Befestigung mit den (radial geschlitzten und mit einer
nicht mehr gezeigten Schraube zusammengespannten) Klemmringen 10 bzw. 10' kann der elastische
Balg 11 auch auf kurzen Wellenenden befestigt werden, so dass
auch in soweit Platz gespart werden kann. Die Klemmringe 10, 10' erreichen zusätzlich eine
Klemmung des Balgs und eine Klemmung zwischen der Nabe 4 und
der Antriebswelle 9, einerseits, und der Kupplungsnabe 14 der
Antriebswelle 12, andererseits.
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In 3 ist
eine auseinandergezogene Ansicht eines Teils der Kupplungs-Bremskombination gezeigt.
Gleiche und entsprechende Teile haben die gleichen Bezugszeichen
wie in den 1 und 2. 3 zeigt
eine Motorwelle 9 und eine Nabe 4, die eine nicht
gezeigte Bremsscheibe stützt.
Die Nabe 4 ist derart bemessen, um auf die Motorwelle 9 zu
passen und hat eine (nicht gezeigte) Passfeder-/Nut-Verbindung,
um eine gegenseitige Drehung zwischen der Welle 9 und der
Nabe 4 zu verhindern. Die Nabe 4 hat einen in
Längsrichtung
sich erstreckenden zylindrischen Hülsenteil 20, der einen
oder mehrere Längsschlitze 23 aufweist.
Er hat auch eine auswärts weisende
ringförmige
Nut 21 auf der äußeren Zylinderoberfläche. Eine
Metallbalganordnung 11 hat ein im wesentlichen zylindrisches
rechtes Ende 26, welches so bemessen ist, um über das
linke Ende der zylindrischen Hülse
zu passen, die der Fortsatz 20 der Nabe 4 ausbildet.
Die Metallbalganordnung 11 wird auf dem Fortsatz 20 der
Nabe 4 durch einen Verriegelungsring 10b festgehalten,
der derart bemessen ist, um auf das zylindrische Ende 26 des
Metallbalgs 11 zu passen. Der Verriegelungsring 10b hat eine
einwärts
gerichtete ringförmige
Nut auf der Innenfläche,
um einen Federclip 25 aufzunehmen. Der Federclip 25 ist
in 4 gezeigt. Wenn er in der ringförmigen Nut 22 angeordnet
wird, d. h. wenn der Verriegelungsring 10b über die
Hülse 20 geschoben wird,
aber bevor er festgespannt wird, wird der Federclip 25 in
die auswärts
weisende ringförmige
Nut 21 einfallen. Dies dient dazu, den Verriegelungsring 10b auf
der Hülse 20 zu
positionieren.
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Der
Verriegelungsring 10b hat einen radialen Schlitz mit einer
tangentialen Schraube 24, die dort hindurchtritt. Wenn
der Verriegelungsring 10b um das zylindrische Ende 26 der
Metallbalganordnung 11 angeordnet wird, die sich ihrerseits
auf der zylindrischen Verlängerung 20 der
Nabe 4 befindet, kann die Schraube 24 angezogen
werden. Dies drängt
den radialen Schlitz in dem Verriegelungsring 10b zusammen,
was dazu führt,
dass der Ring die zylindrische Verlängerung 26 des Metallbalgs 11 ergreift,
um gegen die äußere Oberfläche der
Verlängerung 20 der
Nabe 4 zu drücken.
Dieses Festziehen führt
auch dazu, den Schlitz 23 in der zylindrischen Hülse 20 der Nabe 4 in
einer Schließrichtung
zu drängen,
wodurch die Nabe 4 fest an der Motorwelle 9 angreift.
Demzufolge dient der Verriegelungsring 10b einer doppelten Funktion,
nämlich
den Metallbalg 11 auf der Bremsennabe 4 zu halten
und gleichzeitig die Bremsennabe 4 an der Motorwelle 9 zu
halten. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dies erst die Notwendigkeit
beseitigt, separate Festspannmittel vorzusehen, um eine Längsverschiebung
der Bremsennabe 4 bezüglich
der Motorwelle 9 zu verhindern. Das Resultat ist, dass
eine flexible Kupplung dichter an dem Motor angeordnet werden kann.
Dies ist besonders vorteilhaft in Situationen, wo ein begrenzter
Teil der Motorwelle zur Verfügung
steht oder wenn ein begrenzter Raum für die ganze Anordnung vorhanden
ist. Solche Situationen kommen häufig
vor, wenn eine Bremse bei einer vorhandenen Anordnung nachgerüstet wird. Die
Kupplungs- und Bremskombination nach der vorliegenden Erfindung spart
deshalb relativ viel Platz ein und ermöglicht es, Bremsanordnungen
nachzurüsten
bei Motoren, wo der zu Verfügung
stehende Platz bisher als zu klein angesehen wurde.