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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Notbremse
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Solche
elektromagnetischen Notbremsen sind aus der
EP 0 326 966 A2 bekannt.
Bei solchen Bremsen handelt es sich um elektromagnetische Sicherheitsbremsen,
die in der Ausführung
als Federdruckbremse oder Ruhestrombremse im stromlosen Zustand
gebremst werden, während
beim Einschalten des Stroms die Bremse gelöst und die Welle, auf der die
Bremseinheiten angeordnet sind, zur Rotation freigegeben wird. Es ist
ersichtlich, daß solche
elektromagnetischen Bremsen, als Notbremsen eingesetzt, hohe Reibarbeiten
sowie Reibleistungen erzielen müssen,
um eine angetriebene Einheit schnell abzubremsen und in einen Ruhezustand
versetzen zu können.
Ein solcher Abbremsvorgang ist zwangsläufig mit der Erzeugung hoher Wärmemengen
durch den reibenden Eingriff der Teile verbunden, so daß die Bauteile
stark durch diese Wärmeeinwirkung
beansprucht werden. Unter anderem ist zu beobachten, daß sich der
Anker durch diesen Wärmeeinfluß verziehen
kann, so daß dieser
besonders kräftig,
d. h. besonders breit in axialer Richtung, aufgebaut wird. Um eine
hohe Wärmeabfuhr
zu erreichen, wird nach dieser Druckschrift vorgeschlagen, den Anker
radial zumindest abschnittsweise über den Durchmesser des Reibbelagrotors
hinaus zu vergrößern, so
daß zum
einen die Wärmekapazität des Ankers
vergrößert wird
und zum anderen die nach außen
freiliegende Oberfläche
einer vermehrten Abgabe von Wärme
an die Umgebung dient. Beide Maßnahmen,
d. h. zum einen die Erhöhung der
Dicke des Ankers in radialer Richtung, zum anderen die Vergrößerung des
Durchmessers des Ankers, führt zu
einer vergrößerten Bauform
der elektromagnetischen Notbremse, was immer dann von Nachteil ist,
wenn der Platzbedarf gering ist, was praktisch ausnahmslos der Fall
ist, da eine solche elektromagnetische Notbremse als Zusatzeinheit
auf einer Antriebswelle oder einer angetriebenen Welle angeordnet
wird.
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Es
ist ersichtlich, daß hohe
Reibleistungen und Reibarbeiten mit der Erzeugung hoher Wärmemengen verbunden
sind. Dies bedingt wiederum, daß eine
solche elektromagnetische Notbremse ihre Grenzen in der thermischen
Belastbarkeit der Bauteile besitzt, so daß eine kompakte Baugröße, unter
Brücksichtigung
der Anforderungen, durch die jeweilige thermische Belastbarkeit
begrenzt ist. Höhere
Bremsleistungen sind unter Berücksichtigung
des Stands der Technik nur dann erreichbar, wenn die Bauteile so
dimensioniert werden, daß sie
höhere
Wärmekapazitäten aufweisen
oder größere Kühlflächen besitzen,
um die Wärme
an die Umgebung schnell abzugeben. Auch sollte eine solche elektromagnetische
Notbremse beim Einsatz im Notfall nicht zerstört werden, um sie auch wiederholt
einsetzen zu können.
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In
Maschinenmarkt, Würzburg,
82 (1976), 27, S. 456, 457, werden unter der Überschrift "Federdruckbremsen: Auswahl nach Bremsmoment
und Schaltarbeit" Federdruckbremsen
beschrieben. Dieser Artikel enthält
im Wesentlichen allgemeine Angaben dahingehend, dass Spule und Reibbelag
thermisch nicht überfordert
werden sollen, um eine ausreichende Lebensdauer des Reibbelags erwarten
zu können.
Es sind allerdings keine wesentlichen Angaben zu finden, wie diese
Forderung zu erfüllen
ist bzw. erfüllt
wird.
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Die
US 2 562 788 A offenbart
eine elektromagnetische Bremse mit einem ringförmigen Spufenschutzschild.
Dieser Schutzschild umgibt die Spule und hält diese in montierter Stellung.
Dieses Schild bildet nur eine mechanische Geräuschdämpfung zwischen Spulenträger und
Ankerscheibe.
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In
DE 69 05 034 U wird
ein Elektromagnet für
elektromagnetische Bremsen beschrieben. Zwischen dem Magnetkern
mit Spulen und Magnetanker ist ein schalldämpfendes Element aus Kunststoff
oder ähnlichem,
geeigneten Material angeordnet, beispielsweise aus einer Kunststoff-Folie.
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In
DE 19 41 903 U wird
eine Bremse für
elektrische Maschinen beschrieben, bei der die die Pole bildenden
Magnetkörperringe
durch einen Ring aus magnetischem Material überbrückt sind.
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Die
DE 195 48 517 A1 betrifft
eine Fahrzeugbremse in Form einer mittels eines Elektromagnets betätigbaren
Speicherbremse. Bei dieser Bremse ist der Raum zwischen dem Elektromagnet
und der bremsbelagseitigen Oberfläche des Bremsgehäuses mit
Vergussmasse ausgefüllt.
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In
DE 89 13 767 U1 ist
eine elektromagnetische Bremse mit Anker- und mit Bremsscheibe aus
metallischen Einzelscheiben beschrieben, zwischen denen mindestens
eine Schicht aus Dämpfungsmaterial
angeordnet ist. Das Dämpfungsmaterial
besteht aus einer Folie aus nichtmetallischem, wärmebeständigem Material mit hohen Dämpfungseigenschaften
(hochdämpfend,
geräuschmindernd).
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Die
DE 41 26 672 A1 betrifft
eine elektromagnetische Bremse, bei der eine metallische Dämpfungsscheibe
(geräuschmindernd)
mit einer Vielzahl von Erhebungen zwischen Ankerscheibe und Magnetkörper vorgesehen
ist.
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Die
DE 39 02 788 C2 beschreibt
eine hydraulisch betätigbare
Bremsvorrichtung mit Hitzeschild zur Senkung der Wärmeabstrahlung
auf temperaturempfindliche Bauteile. Bei der beschriebenen Notbremse
handelt es sich um eine Bremse mit Kolben, bei der Wärme kein
allzu großes
Problem darstellt.
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Die
EP 0 108 663 A1 beschreibt
einen Hitzeschild für
eine Bremse, um direkte Wärmeübertragung durch
Leitung zu verhindern.
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Weiterhin
befassen sich die
DE
196 51 798 A1 und die
DE 197 11 829 C1 mit Reibeinheiten, insbesondere
Bremsscheiben, die im Bereich des Fahrzeugbaus eingesetzt werden
sollen. Solche Reibeinheiten haben auch das Problem, dass die beim
Bremsen bzw. bei einem reibenden Eingriff dieser Reibeinheiten erzeugte
Wärme abgeführt werden
muss. Eine solche Wärmeabfuhr
kann aber bei Fahrzeugen durch die Luftströmung, die die Reibeinheiten
im Fahrbetrieb umgibt, abgeführt
werden. Es wird auch vorgeschlagen, die Wärme durch definierte Orientierung
der Fasern in dem Reibkörper
von den Reibflächen
abzuführen.
Es ist auch bekannt, die Wärmeabfuhr
dadurch zu erreichen und zu verbessern, dass die Oberfläche der
Reibeinheiten durch Nuten oder Hohlräume (innenbelüftete Bremsscheiben)
vergrößert wird.
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Es
ist ersichtlich, dass sich die vorstehenden Maßnahmen, wie sie aus den beiden
Druckschriften ersichtlich sind, um die Wärme abzuführen, in der Ausgestaltung
der Reibeinheiten selbst erschöpfen
und nicht geeignet sind, um sie bei einer elektromagnetischen Notbremse
einzusetzen, da dort die entstehende Wärme unmittelbar die kritischen
Bauteile, wie beispielsweise die Spule, beeinträchtigen würde.
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Ausgehend
von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik und die geschilderte
Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine derartige, elektromagnetische Notbremse so weiterzubilden,
daß sie
zum einen hohen, thermischen Belastungen standhält, ohne dadurch wesentlich
deren Baugröße zu vergrößern, insbesondere
in radialer Richtung des Ankers, und daß sie zum anderen sicherstellt, daß sie nach
einem Einsatz im Rahmen einer Notbremsung weiterhin funktionsfähig verbleibt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine elektromagnetische Notbremse mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Durch
ein solches Hitzeschild werden die elektrischen Bauteile der elektromagnetischen
Notbremse, d. h. insbesondere die Spule, gegen eine direkte Wärmeeinwirkung
beim Abbremsen geschützt.
Es wird in jedem Fall sichergestellt, daß die beim Abbremsvorgang entstehende
Reibungswärme
nicht unmittelbar auf die Spule oder die Spulen einwirkt, die dazu
notwendig sind, während
des normalen Betriebs den Anker außer Eingriff mit dem sich drehenden
Rotor zu halten. Der Einsatz dieses Hitzeschilds ist eine wirksame
Maßnahme, um
die Spule gegen eine direkte Wärmeeinwirkung
zu schützen.
Ein solches Hitzeschild vergrößert die
Abmessungen der Notbremse in axialer Richtung nur unwesentlich,
da für
den Aufbau eines solchen Hitzeschilds bereits eine relativ dünne Wärmedämmschicht
ausreichend ist. Eine elektromagnetische Notbremse, die mit einem
solchen Hitzeschild ausgestattet ist, kann bei kleinen Abmessungen
der gesamten Baueinheit überproportional
hohe Reibleistungen verrichten. Im Vergleich zu Notbremsen ohne
ein solches Hitzeschild kann die bei der Bremsung erzeugte Wärme wesentlich
höher sein,
ohne daß dadurch
die Spule, die beispielsweise in Kunstharz eingegossen ist, durch
eine zu hohe Wärmeeinwirkung
beeinträchtigt
und/oder zerstört
wird und einen Austausch erfordern würde. Dadurch ist diese elektromagnetische
Notbremse wiederholt einsetzbar. Es reicht nach einer Notbremsung
aus, die Funktionstüchtigkeit
zu überprüfen, was
bereits dadurch geschehen kann, daß die elektromagnetische Notbremse
unter Strom gesetzt wird, so daß sich
die Teile aus ihrem Eingriff voneinander lösen.
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Das
Hitzeschild sollte bevorzugt so ausgebildet sein, daß es den
geringeren Teil der auffallenden Strahlungsenergie beim Bremsvorgang
absorbiert, d. h. ein wesentlicher Teil dieser Strahlungsenergie
sollte von dem Hitzeschild reflektiert werden, damit gewährleistet
ist, daß diese
Wärme,
durch zu starke Aufheizung des Hitzeschilds, nicht zu der Spule,
die wesentliche Komponente einer solchen elektromagnetischen Notbremse,
gelangt. Vorzugsweise sollte der Absorptionsgrad des Hitzeschilds
für Wärmestrahlung
maximal 10% betragen, wobei dieser Absorptionsgrad definiert ist
als das Verhältnis
von absorbierter zu auffallender Strahlungsenergie. Der maximal
zulässige
Absorptionsgrad kann hierbei durch die thermische Belastbarkeit
der Spule bestimmt werden. Um einen hohen Reflexionsgrad des Wärmeschilds
für auffallende
Wärmestrahlung zu
erreichen, wird bevorzugt das Hitzeschild mit einer die Wärmestrahlung
reflektierenden Schicht versehen. Die beim Bremsvorgang erzeugte
Reibungswärme
wird somit von dem Hitzeschild wegreflektiert, so daß sichergestellt
ist, daß die
Spule nicht von zu hoher Wärmeeinwirkung
beeinflußt
wird. Eine solche reflektierende Eigenschaft des Hitzeschilds kann
mit einfachen Mitteln dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche, die
zu den Reibeinheiten hinweist, d. h. die den Spulen abgewandte Seite
des Hitzeschilds, eine helle, hochglänzende, polierte Oberfläche ist.
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Die
Eigenschaften des Hitzeschilds können
dadurch verbessert werden, daß dieses
aus einem niedrig-wärmeleitenden,
keramischen Material aufgebaut ist. Hierdurch wird gewährleistet,
daß wenig
Wärme durch
Wärmeleitung
in Richtung der Spulen geführt
wird, d. h. der größere Teil
der Wärmestrahlung,
die auf das Hitzeschild auftrifft, kann nicht zu den Spulen gelangen.
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Ein
weiteres Material, welches als Hitzeschild geeignet ist, ist ein
Mineralfaserdämmstoff,
wie Glaswolle, Steinwolle und/oder Schlackenwolle. Dammstoffe dieser
Kategorie besitzen extrem niedrige Wärmeleitkoeffizienten und zeichnen
sich, bedingt durch ihre starke Verbreitung, durch günstige Preise
aus. Der eingeschränkte
Temperaturbereich (max. 500°C)
erlaubt jedoch keine Extrembelastungen. Der Mineralfaserdämmstoff
sollte, um eine bestimmte mechanische Festigkeit zu erreichen, in
Form von versteppten Matten vorliegen. Falls das Hitzeschild aus
Schaumkohlenstoff oder Schaumglas aufgebaut wird, können vergleichbar
mit den Mineralfaserdämmstoffen
sehr geringe Wärmeleitfähigkeiten
erreicht werden. Gleichzeitig jedoch existiert eine hohe mechanische
Festigkeit, die die Integration des Dämmkörpers in die Kupplung problemlos
macht.
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Eine
weitere Variante von Wärmedämmkörpern, die
sich durch ausreichende mechanische Festigkeit, gute Wärmedämmwerte
und hohe Temperaturbeständigkeit (1.100°C) auszeichnen,
stellt die sogenannte Isolierpappe dar. Diese spezielle Pappe ist
aus faserverstärktem
Aluminiumsilikat hergestellt.
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Um
die Notbremse noch kompakter aufzubauen, kann es von Vorteil sein,
das Hitzeschild mit dem Anker unmittelbar zu verbinden oder aber
einen Teil des Ankers als Hitzeschild aufzubauen. In einem solchen
Fall dient der Anker als Träger
für das
Material des Hitzeschilds, so daß keine steifen Strukturen
für ein
solches Hitzeschild erforderlich sind.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der elektromagnetischen Notbremse ist durch einen Rotor gegeben,
der aus einem mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Kohlenstoff-Verbundkörper, der
Siliziumkarbid enthält,
gebildet ist. Hiermit ergibt sich ein Rotor, der sehr hohen thermischen
und mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann, da ein solcher
Rotor Temperaturen bis zu 1.600°C
standhält.
Insbesondere seine Formstabilität
ist aufgrund der sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten sehr hoch.
Auch ist die Materialfestigkeit bei hohen Temperaturen mit den Festigkeiten
bei Raumtemperatur vergleichbar. Hieraus ergibt sich, daß mit einem
solchen Rotor hohe Reibleistungen erreicht werden können, ohne
daß der
Rotor dadurch Schaden nimmt oder sich verzieht (tellert), so daß gerade
ein Rotor aus diesem Material bevorzugt für eine elektromagnetische Hochleistungsbremse
einsetzbar ist, beispielsweise im Bereich der Förder- und Aufzugstechnik, wo im
Notfall aus hohen Geschwindigkeiten abgebremst werden muß. Darüberhinaus
besitzen solche Rotoren aufgrund ihres niedrigen, spezifischen Gewichts
eine geringe Massenträgheit,
was grundsätzlich
einen Vorteil für
die Dynamik der elektromagnetischen Notbremse im üblichen
Betrieb darstellt. Um hohe und stabile Reibwerte zu erzielen, kann
es, gerade in Verbindung mit einem Rotor, der aus einem mit Kohlenstoff-Fasern
verstärktem
Kohlenstoff-Verbundkörper,
der Siliziumkarbid enthält,
aufgebaut ist, von Vorteil sein, auch die Reibkörper aus einem solchen Material,
d. h. aus mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Kohlenstoff-Verbundkörpern, die
Siliziumkarbid enthalten, aufzubauen. Diese Materialien, in Verbindung
mit dem Hitzeschild, erlauben extrem thermisch belastbare Hochleistungs-Notbremsen,
geeignet für
Temperaturbereiche, die bis zu der vorstehend angegebenen Größenordnung
reichen können.
Durch geeignete Wahl des Anteils an Kohlenstoff-Fasern und Siliziumkarbid
können die
Materialeigenschaften des Rotors einerseits und des Reibkörpers andererseits so
eingestellt werden, daß sich
eine Wärmeleitfähigkeit,
insbesondere in Bezug auf die Reibkörper, in Richtung der Dicke
der Reibkörper
gesehen, von λ > 10W/mK ergibt. Eine
solche Wärmeleitfähigkeit
wird auch dann erreicht, wenn der überwiegende Anteil der Kohlenstoff-Fasern
in dem Verbundkörper
parallel zur Reibfläche verläuft.
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Weiterhin
sollten Reibkörper,
aus einem Verbund aus Kohlenstoff-Fasern und Siliziumkarbid aufgebaut,
eine Mindestbiegefestigkeit von ≥ 50
MPa besitzen. Eine solche Festigkeit kann dadurch erreicht werden, daß der Fasermassenanteil ≥ 30% beträgt. Bei
solchen Festigkeiten ist gewährleistet,
daß eine
kleine und kompakte, thermisch hochbelastbare und dennoch ausfallsichere
Konstruktion entsteht.
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Die
vorstehend angegebenen Eigenschaften der Reibkörper können dadurch optimiert werden,
wenn der Fasermassenanteil im Reibkörper ≥ 30%, maximal 60%, beträgt. Falls
diese untere Grenze unterschritten wird, kann es auftreten, daß die Biegefestigkeit
zu gering ist; falls der Faseranteil höher als 60% liegt, kann es auftreten,
daß die
Wärmeleitung
zu klein ist. In einem solchen Verbundkörper aus Kohlenstoff-Fasern und Siliziumkarbid,
wobei das Siliziumkarbid insbesondere durch Infiltration von flüssigem Silizium
in einen vorbereiteten Kohlenstoff-Faserkörper und Reaktion mit freiem
Kohlenstoff unter Wärmebehandlung
gebildet wird, sollte der Anteil an Siliziumkarbid und ggf. an freiem
Silizium in Bezug auf die Masse des Reibkörpers ≥ 40%, maximal 70%, betragen.
Während
die Festigkeit des Verbunds durch das Kohlenstoff-Fasergerüst gewährleistet ist,
trägt gerade
Siliziumkarbid zu guten Reib- und
Verschleißeigenschaften
und einer guten Wärmeleitung
bei.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
einer elektromagnetischen Notbremse gemäß der Erfindung anhand der
einen Figur der beigefügten
Zeichnung beschrieben. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische
Notbremse entlang der Drehachse des Rotors.
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Bei
der gezeigten elektromagnetischen Notbremse handelt es sich um eine
sogenannte Federdruckbremse, die im stromlosen Zustand gebremst
wird, während
dann, wenn Strom zugeführt
wird, die Bremse gelöst
ist.
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Diese
elektromagnetische Notbremse umfaßt eine mit einer Außenverzahnung 2 versehene
Nabe 1, die sich um eine Achse 3 dreht. Mit der
Außenverzahnung 2 der
Nabe 1 steht ein scheibenförmiger Rotor 4 in Verbindung,
der sich folglich zusammen mit der Nabe 1 um die Achse 3 dreht,
wie durch den Drehpfeil 5 angedeutet ist. Beiden Seiten
des scheibenförmigen
Rotors 4 sind Reibkörper 6, 7 zugeordnet.
Wie anhand der Figur zu erkennen ist, ist der eine Reibkörper 6 an
einer gehäuseseitigen
Endplatte 8 befestigt bzw. wird von dieser getragen, während der
Reibkörper 7 auf
der gegenüberliegenden
Seite des Rotors 4 mit einer Ankerplatte 9 verbunden
ist. Diese Ankerplatte 9 wird durch mehrere Spiralfederelemente 10,
die in entsprechenden Bohrungen 11 aufgenommen sind, in
Richtung des Rotors 4 gedrückt, so daß aufgrund dieser Federkraft
der Anker bzw. dessen Reibkörper
gegen den Rotor 4 drücken,
wobei gleichzeitig auf der dem Anker gegenüberliegenden Seite des Rotors 4 die
Oberfläche
des Rotors gegen die Reibkörper 6,
die der Endplatte zugeordnet sind, gedrückt wird. In dieser Stellung
wird der Rotor 4 in seiner Drehung um die Achse 3 gebremst,
was einen Zustand einer Notbremsung darstellt. Im normalen Betrieb
werden die Spulen 12 von Strom durchflossen, so daß die Ankerplatte 9 durch
die Spulen 12 und gegen die Kraft der Spiralfederelemte 10 angezogen
wird, so daß sich
der Rotor 4 frei zwischen den Reibkörper 6 und 7 drehen
kann. Die Spulen 12 sind in einem Gehäuse bzw. drehfesten Spulenträger 13 gehalten.
Wie weiterhin anhand der Figur ersichtlich ist, ist die Endplatte 8 mit
deren Reibkörper 6 in
einer Führung 14 in
Richtung der Achse 3 veschiebbar gehalten.
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Falls
eine Notbremsung vorzunehmen ist, wird der Stromfluß zu den
Spulen 12 unterbrochen, so daß deren Wirkung, die Ankerplatte 9 in
Richtung des Pfeils 15 zu ziehen, aufgehoben wird und dann
nur der Druck der Spiralfederelemente 10 in der entgegengesetzten
Richtung, d. h. in Richtung des Pfeils 16, wirkt.
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Während eines
solchen Bremsvorgangs wird zwischen Rotor 4 und Reibkörpern 6 und 7 Reibungswärme erzeugt,
die auch auf die Ankerplatte 9 übertragen wird und von dieser
in Richtung der Spulen 12 abstrahlt. Um zu vermeiden, daß durch
diese Wärme
die Spulen, die üblicherweise
in einem Kunststoff oder Harzmaterial eingebettet sind, beschädigt werden,
ist zwischen den Spulen 12 und der Ankerplatte 9 ein
Hitzeschild, mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet, angeordnet.
Dieses Hitzeschild 17 ist ebenfalls als eine Ringscheibe
ausgeführt,
so daß es
die Spulen, in Richtung der Achse 3 gesehen, in allen Bereichen
abdecken.
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Aufgrund
des Hitzeschilds 17 ist gewährleistet, daß nach einer
Notbremsung die Spulen weiterhin funktionsfähig verbleiben, so daß eine solche
elektromagnetische Notbremse wiederholt einsetzbar ist, ohne daß Bauteile
davon nach einer Notbremsung ausgetauscht werden müßten.
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Vorzugsweise
ist dieses Hitzeschild 17 so aufgebaut, daß es auf
seiner der Ankerplatte 9 zugewandten Seite eine Reflexionsschicht
besitzt, so daß der
größte Teil
der Wärme,
der zu den Spulen hin von den ineinandergreifenden Körpern abgestrahlt
wird, von dem Hitzeschild 17 weg reflektiert wird und nur
ein geringer Teil durch Absorption im Hitzeschild aufgenommen wird.
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Bevorzugt
werden sowohl der Rotor 4 als auch die Reibkörper 6, 7 aus
einem mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Kohlenstoff-Verbundkörper, der
Siliziumkarbid enthält,
aufgebaut. Solche Körper
zeichnen sich durch ihre hohe Temperaturbeständigkeit einerseits und durch
ihre exzellenten tribologischen Eigenschaften andererseits aus,
so daß sie
für hochbelastbare
Notbremsen geeignet sind, d. h. insbesondere für solche, die hohen Temperatureinwirkungen
unterliegen. Ein solcher Anwendungsfall wäre beispielsweise der Einsatz
in Krananlagen und Aufzügen
mit hohen, dynamischen Massen. In einem solchen Aufbau gewährleistet
der Kohlenstoff-Faserverbund die strukturelle Festigkeit der Einheiten,
während
das Siliziumkarbid gute Reibeigenschaften mit einem hohen Reibkoeffizienten
besitzt. Darüberhinaus
kann durch die Strukturierung und Orientierung der Kohlenstoff-Fasern
in dem Verbundkörper,
d. h. durch die definierte Schichtung und Ausrichtung der Fasern,
einerseits eine ausreichende, mechanische Stabilität erreicht
werden, andererseits kann der Wärmefluß sowohl
in dem Rotor 4 als auch in den Reibeinheiten 6, 7 eingestellt
und definiert geführt
werden. Vorzugsweise werden hierbei die Fasern in ihrer Mehrheit
so ausgerichtet, daß sie
parallel zur Reibfläche
verlaufen. In Bezug auf den Kohlenstoff-Faserverbund, der mit Siliziumkarbid
gefüllt
ist, sollten die Masseanteile an Fasern und Si + SiC (Silizium und
Siliziumkarbid) so gewählt
werden, daß ein
Kompromiß aus
notwendiger Temperaturfestigkeit (ψF ≥ 30%) und
Wärmeleitfähigkeit
in Dickenrichtung (ψsi+sic ≥ 40%)
erreicht wird. Es gilt der Grundsatz, daß, je höher die Bremsleistung ist,
desto höher ψF (Temperaturfestigkeit) sein soll, und je
kompakter die Bauweise wird, desto höher ψsi+sic sein
soll.
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Während der
Rotor 4 eine durchgehende, ebene Reibfläche besitzt, können die
Reibkörper
auch aus sogenannten "Ronden" (segmentierte Beläge) bestehen.
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Der
Spulenträger 13 besteht
aus Kohlenstoffstahl C 15.
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Als
Material für
das Hitzeschild wird in einer bevorzugten Ausführungsform, d. h. insbesondere
dann, wenn Rotor 4 und Reibkörper 6, 7 aus
einem mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Verbundkörper, der
einen hohen Anteil an Siliziumkarbid enthält, aufgebaut wird, Isolierpappe
verwendet.
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Mit
einer elektromagnetischen Notbremse, die so aufgebaut ist, wie dies
in der Figur dargestellt ist, mit einem Außendurchmesser des ringförmigen Rotors
4 von
etwa 110 mm und einen effektiven Reibinnendurchmesser von 78 mm
und einer Dicke des Rotors
4 in Richtung der Achse
3 gesehen
von 8 mm sowie einem Hitzeschild
17 aus Isolierpappe mit
einer Dicke in Richtung der Achse
3 von 6 mm, können folgende
Werte erzielt werden:
| Bremsmoment
M [Nm] | 100 |
| max.
zul. Drehzahl n [1/(min] | 8000 |
| zul.
Reibarbeit Einzelbremsung WE [J] | 140000 |
| zul.
Reibarbeit Grenzwert WG [J] | 290000 |
| spez.
Reibarbeit qAG [J/mm2] | 23,6 |
| spez.
Reibleistung qA [W/mm2] | 8,5 |
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Im
Vergleich dazu werden mit einer herkömmlichen elektromagnetischen
Notbremse, mit etwa gleichen Durchmessern des Rotors, die nachfolgenden
Werte erreicht, wobei sogenannte organische Reibbeläge (kunstharzgebunden
und faserverstärkt)
auf einen Träger
aus Aluminium geklebt, den Rotor der Bremse darstellen. Die Reibkörper
6 und
7 entfallen
und die Drehmomentübertragung
erfolgt direkt über
Ankerplatte
9 und Endplatte
8.
| Bremsmoment
M [Nm] | 50 |
| max.
zul. Drehzahl n [1/(min] | 3800 |
| zul.
Reibarbeit Einzelbremsung WE [J] | 11000 |
| zul.
Reibarbeit Grenzwert WG [J] | 22000 |
| spez.
Reibarbeit qAG | 1,6 |
| spez.
Reibleistung qA [W/mm2] | 1,4 |
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Diese
Gegenüberstellung
zeigt, daß durch
den Einsatz eines Wärmedämmkörpers in
Kombination mit Reibkörpern,
ausgeführt
als Kohlenstoff-Verbundkörper,
bei Beibehaltung des Außendurchmessers
einer Bremse die zulässigen
spezifischen Reibleistungen und Reibarbeiten um ein vielfaches gesteigert
werden können,
ohne daß Komponenten
der Bremse zeitweise oder dauernd geschädigt werden.