Elektromagnetische Kupplung oder Bremse

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse mit einem ersten Kupplungs- oder Bremsenteil, der einen einem drehbaren Rotor zugeordneten Spulenkörper aufweist, sowie mit einem zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil, der eine relativ zu einer Kupplungs- oder Bremsendrehachse axial bewegliche Ankerscheibe aufweist, sowie mit einem mit dem Rotor drehfesten Reibring, der im Kupplungs- oder Bremsenbetrieb mit der Ankerscheibe zusammenwirkt.

Eine derartige elektromagnetische Kupplung ist allgemein bekannt. Die bekannte Kupplung weist einen der einen Kupplungsseite zugeordneten Rotor auf, in dem ein elektromagnetischer Spulenkörper angeordnet ist. Die andere Kupplungsseite ist mit einer axial beweglichen Ankerscheibe versehen, die durch Strombeaufschlagung des Spulenkörpers axial gegen den Rotor gezogen werden kann. Um eine entsprechende reibschlüssige Abstützung der Ankerscheibe zu erzielen, ist ein mit dem Rotor drehfester Reibring vorgesehen, der als Gegenreibfläche für einen entsprechenden Reibbelag der Ankerscheibe dient. Bei Strombeaufschlagung des Spulenkörpers entsteht ein Magnetfeld im Rotor, das ei- ne Anziehungskraft auf die Ankerscheibe der anderen Kupplungsseite ausübt und demzufolge die Ankerscheibe gegen den Reibring zieht.

Aus der EP 2 061 976 B1 ist eine elektromagnetische Bremse bekannt, bei der eine Magnetflussoptimierung dadurch erzielt wird, dass um den Außenkörper herum ein Luftspalt vorhanden ist. Da Luft als Isolator wirkt, ist durch diese Maßnahme eine Reduzierung magnetischen Streuflusses erzielbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse der eingangs genannten Art zu schaffen, die hohe Drehmomentübertragungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Reibring als separates Bauteil gestaltet ist und aus einem magnetfesten Material hergestellt ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden magnetische Streuflüsse reduziert. Zudem kann materialabhängig eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit erzielt werden, insbesondere falls das magnetfeste oder auch nicht magnetisierbare Material eine Aluminium- oder Kupferlegierung ist. Denn der unmittelbar benachbart zum Rotor angeordnete Reibring ist aus einem nicht magnetisierbaren und damit magnetfesten Material, so dass durch den Reibring kein Magnetfluss erfolgen kann. Der Magnetfluss erfolgt daher komprimiert direkt vom Rotor zur Ankerscheibe, so dass bei gleichen Abmessungen gegenüber dem Stand der Technik ein verbesserter Magnetfluss und demzufolge eine höhere magnetische Anziehungskraft auf die Ankerscheibe erzielt werden kann. Als magnetfestes Material für den Reibring können neben einer geeigneten Leichtmetalllegierung austenitischer Stahl oder andere magnetfeldfeste Materialien wie insbesondere Kupfer und seine Legierungen eingesetzt werden. Hierdurch können höhere Drehmomente bei gleicher Baugröße übertragen werden im Vergleich zu einer Kupplung oder Bremse aus dem Stand der Technik. Bei einer erfindungsgemäßen Kupplung ist der Rotor drehbeweglich gelagert, während der Spulenkörper stationär angeordnet sein kann. Der Spulenkörper kann auch gemeinsam mit dem Rotor drehbeweglich sein.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz bei großen Anlagen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleisten sollen. Die erfindungsgemäße Kupplung ist somit vorteilhaft bei Industrieanlagen einsetzbar. Auch die erfindungsgemäße Bremse ist bei Industrieanlagen einsetzbar.

In Ausgestaltung der Erfindung umschließt der Reibring den Rotor radial außen. Der Reibring schließt direkt bündig radial außen an den Rotor an und ist durch eine lösbare oder unlösbare Verbindung gemeinsam mit diesem dreh beweg lieh. Der Reibring kann in Umfangsrichtung mehrteilig gestaltet sein. Es ist auch möglich, den Reibring aus einem ringförmigen Reibbelagträger sowie mehreren darauf aufgebrachten Reibbelagsegmenten zusammenzusetzen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und zueinander beabstandet sind. Bei einer derartigen Ausführung weist eine benachbarte Ankerscheibe, mit der der Reibring bei einer Schaltung der Kupplung zusammenwirkt, keinen Reibbelag auf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt. Vorzugsweise ist der Reibring aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Aluminium ist ein magnetfeldfestes und damit nicht magnetisierbares Material. Zudem reduziert das entsprechende geringe Gewicht des Reibrings das Massenträgheitsmoment. Hierdurch ist es möglich, die Kupplung oder Bremse für große Drehzahlen und große Drehmomente einzusetzen. Die Wahl einer Aluminiumlegierung oder auch einer Kupferlegierung für den Reibring gewährleistet zudem gegenüber Stahl eine erheblich verbesserte Wärmeleitfähigkeit. Bei einem entsprechenden Kupplungs- oder Bremsvorgang und dem hierdurch erfolgenden Reibschluss zwischen erster und zweiter Kupplungs- bzw. Bremsseite ist somit eine wesentlich verbesserte Wärmeabführung erzielbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ankerscheibe auf radialer Höhe des Reibringes mit einem ein- oder mehrteiligen Reibbelag versehen. Der Reibbelag kann in Umfangsrichtung segmentiert und auf die Ankerscheibe aufgebracht sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring mit dem Rotor durch lösbare Befestigungsmittel, insbesondere durch Schraubverbindungen, verbunden. Dadurch ist eine einfache Montage oder Demontage des Reibringes erzielbar.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnung dargestellt ist.

Die einzige Zeichnung zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine obere Hälfte einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen elektromagnetischen Einscheibenkupplung als Ausführungsform der Erfindung.

Eine elektromagnetische Einscheibenkupplung gemäß der einzigen Zeichnung weist als ersten Kupplungsteil eine erste Kupplungsseite 1 sowie als zweiten Kupplungsteil eine zweite Kupplungsseite 2 auf. Die erste Kupplungsseite 1 ist fest auf einer Welle 9 eines Antriebsstranges angeordnet. Die zweite Kupplungsseite 2 ist drehfest mit einer abtriebs- seitigen Nabe 10 verbunden. Die elektromagnetische Kupplung weist eine Kupplungsdrehachse K auf. Die erste Kupplungsseite 1 ist gemeinsam mit der Welle 9 des Antriebsstranges drehbeweglich. Bei geschalte- ter Kupplung weist die Abtriebsseite, d.h. die zweite Kupplungsseite 2, die gleiche Drehzahl auf.

Die erste Kupplungsseite 1 weist einen ringblockartigen Rotor 3 auf, in dem ein ringförmiger, elektromagnetischer Spulenkörper 4 räumlich integriert ist. Der Rotor 3 ist drehfest und axialfest auf der Welle 9 gehalten und damit gemeinsam mit dieser Welle 9 drehbeweglich. Der Rotor 3 besteht aus magnetisierbarem Material, vorliegend aus Stahl. Der elektromagnetische Spulenkörper 4 ist relativ zum drehbaren Rotor 3 stationär gehalten, d.h. er steht relativ zum drehbaren Rotor 3 fest.

Die abtriebsseitige Kupplungsseite 2 weist eine aus magnetisierbarem Material, vorliegend aus Stahl, bestehende Ankerscheibe 5 auf, die über eine Scheibenmembran 12 drehfest, aber relativ zur Kupplungsdrehachse K axial beweglich mit der drehbaren Nabe 10 der Abtriebsseite verbunden ist. Eine Rückstellfederanordnung 1 1 , die in der Ankerscheibe 5 integriert ist, trägt dazu bei, die Ankerscheibe 5 in unbestromtem Zustand des Spulenkörpers 4 in ihrer gelüfteten Ruheposition zu halten. Die Scheibenmembran 12 dient in Verbindung mit der Rückstellfederanordnung 1 1 , die auf die Ankerscheibe 5 wirkt, dazu, die Ankerscheibe 5 nach Abschalten der Bestromung wieder in die gelüftete Ausgangslage, d.h. die Ruheposition, zurückzuführen. Die Ankerscheibe 5 trägt an einem radial außenliegenden Ringbereich auf ihrer dem Rotor 3 zugewandten Stirnseite einen Reibbelag 6, der axial mit einem Reibring 7 zusammenwirkt. Der Reibbelag 6 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung segmentiert gestaltet, um auftretende Reibwärme zu reduzieren. Der Reibring 7 ist an dem Rotor 3 befestigt und umgibt den Rotor 3 radial außen bündig. Der Reibring 7 besteht aus einer magnetfesten Aluminiumlegierung und ist über Schraubverbindungen 8 an einem Befestigungsflansch des Rotors 3 befestigt. Er weist eine abgestufte Innenkontur auf, die auf eine komplementär abgestufte Außenkontur des Rotors 3 abgestimmt ist. Der Reibring 7 ist auf gleicher radialer Höhe relativ zur Kupplungsdrehachse K angeordnet wie der Reibbelag 6, so dass der Reibbelag 6 bei einer entsprechenden Axialbewegung der Ankerscheibe 5 zwangsläufig gegen den blockartigen Reibring 7 gepresst wird.

Sobald im Betrieb der Kupplung der elektromagnetische Spulenkörper 4 bestromt wird, entsteht ein Magnetfeld, das sich durch den Rotor 3 hindurch axial in die Ankerscheibe 5 hinein erstreckt. Da der aus Aluminium bestehende Reibring 7 magnetfest ist, wirkt er bezüglich des Magnetflusses als Isolator, so dass entsprechende Magnetflusslinien sich ausschließlich zwischen Rotor 3 und Ankerscheibe 5 bewegen. Durch das entstandene, fokussierte Magnetfeld wird die Ankerscheibe 5 axial gegen den Rotor 3 gezogen, wodurch der Reibbelag 6 gegen eine komplementäre Stirnfläche des Reibringes 7 gepresst wird. Der entstehende Reibfluss führt zur Mitnahme der Ankerscheibe 5 mit der sich drehenden ersten Kupplungsseite 1 , wodurch eine gewünschte Drehmomentübertragung zwischen erster Kupplungsseite 1 und zweiter Kupplungsseite 2 durch Reibring 7 und Reibbelag 6 der Ankerscheibe 5 erzielt wird.

Die beschriebene Kupplung stellt demzufolge eine elektromagnetische Schaltkupplung dar.