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Elektromechanische Bremseinrichtung für elektrische Motoren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremseinrichtung für elektrische Moto- ren mit einem Solenoid und einem von einer Feder beeinflussten Magnetanker, der auf eine Bremsbacke einwirkt, welches Solenoid eine vom Motorbremsstrom durchflossene, in den Motorbremsstromkreis ein- geschaltete Wicklung aufweist. Bei einer bekannten Bremseinrichtung dieser Art (deutsche Patentschrift
Nr. 950919) ist der Magnetanker mit der Bremsbacke Ober die Feder elastisch gekuppelt, wobei bei der Bremsung Feder und Magnetanker in der gleichen Richtung andrückend auf die Bremsbacke wirken.
Unter der Wirkung des Bremsstromes wird der Magnetanker verstellt und drückt über die Feder die Bremsbacke an, wobei dann, wenn der Bremsstrom einen bestimmten Wert übersteigt, die Feder in sich zusammengedrückt wird und sozusagen die Bremsstromenergie mechanisch speichert. Daraus ergibt sich, dass eine derartige Bremseinrichtung dann, wenn der als Generator geschaltete Motor seine höchste Drehzahl hat, auch die grösste Bremswirkung erzielt wird, während beim Absinken der Drehzahl sowohl die elektrodynamische Bremswirkung des als Generator geschalteten Motors als auch die Wirkung der erwähnten elektromechanischen Bremseinrichtung nachlassen, was im Ganzen gesehen zu einer ungleichmässigen Bremsung führt.
Ferner sind (österr. Patentschriften Nr. 114794 und Nr. 124168) bereits elektromechanische Bremsenrichtungen für Fahrzeuge mit zwei an sich gleichen Elektromotoren bekanntgeworden, die die Aufgabe haben, bei verschiedener elektrodynamischer Bremswirkung der beiden Motoren mechanisch diesen Unterschied in der Bremswirkung auszugleichen. Bei diesen Bremseinrichtungen sind die Bremsbacken für jeden Motor über Federn in einer Lüfterstellung gehalten. Tritt in den Bremsströmen der Motoren eine Differenz auf, dann wird über eine Differentialschalumg ein Doppelhebel in Funktion gesetzt, der die Bremsbacke des elektrodynamisch schwächer gebremsten Motors gegen die Wirkung der Lüfterfeder andrückt.
Durch eine derartige Ausführung kann zwar ein Ausgleich der Bremswirkung zweier gleichartiger Motoren in der Weise erzielt werden, dass bei unterschiedlicher elektrodynamischer Bremswirkung durch die zusätzliche mechanische Bremsung beide Motoren gleichartig bremsen, doch tritt auch hier bei der Bremsung mit abfallender Motordrehzahl eine Verringerung der Bremswirkung auf, da ja die elektrodynamische Bremswirkung der Motoren mit abfallender Drehzahl absinkt.
Die Erfindung betrifft nun eine elektromechanische Bremseinrichtung der eingangs genannten Art und besteht im wesentlichen darin, dass die Bremsbacke mit dem Magnetanker starr gekuppelt und bei stromloser Wicklung von der Feder an das Rad gedrückt ist, während bei bremsstromdurchflossener Wicklung die auf die Bremsbacke ausgeübte Kraft gleich der Federkraft abzüglich der durch die Wicklung auf den Magnetanker ausgeübten Kraft ist, so dass die abnehmende elektrodynamische Bremswirkung bei kurz vor Erreichen des Motorstillstandes vermindertem und infolge zu geringer Generatorspannung nicht mehr konstanthaltbaren Bremsstrom durch zunehmende, auf die Bremsbacken ausgeübte Kraft ausgeglichen ist.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die gesamte sich als Summe aus der elektrodynamischen Bremswirkung des als Generator geschalteten Motors und der elektromechanischen Bremswirkung der Bremsenrichtung ergebende Bremskraft während der gesamten Zeitdauer der Bremsung konstant bleibt. Hat der Motor seine höchste Drehzahl und damit auch die grösste elektrodynamische Bremswirkung, dann hebt die Magnetkraft die Federkraft auf und die Andrückkraft an der Bremsbacke sinkt auf Null ab, ohne dass jedoch die Bremsbacke gelüftet wird. Bei abnehmender Drehzahl und daher absinkendem Bremutrom wird die Bremsbacke durch die Feder gegen die Wirkung der Magnetkraft immer stärker an das Rad gedrückt und gleicht daher den Abfall der elektrodynamischen Bremswirkung aus.
Damit wird mit Hilfe einer
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erfindungsgemässe ! ! Bremseinrichtung eine gleichmässige ruck-und stossfreie Bremsung erzielt.
Weitere Vorteile und zweckmässige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nach- folgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemässe Bremseinrichtung beispielsweise im Schema veranschau- licht.
Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung besitzt einen Magnetanker 10 in Form eines Magnetkernes, der in ein Solenoid mit drei Wicklungen 12,14, 16 hineingezogen wird. Wenn der Anker 10 nach der Bewegung in Richtung des Pfeiles 10'seine Endlage erreicht hat, legt er sich gegen eine Klebefläche 18 an, um das Festhalten des Magnetkernes in dem Solenoid durch magnetische Klebewirkung zu erleichtern.
Der Anker 10 wird von einer Feder 20 beeinflusst, die mit ihrem einen Ende an einem feststehenden Anschlag 22 und mit ihrem anderen Ende an einem Bund 24 einer Betätigungsstange 26 des Ankers anliegt. wobei die Feder danach strebt, den Anker 10 gegen die Wirkung der Solenoidwicklungeh 12 - 16 in der Richtung des Pfeiles 10" in die in der Zeichnung dargestellte Stellung zu fuhren, bei welcher Bewegung ein an der Betätigungsstange 26 sitzender Kolben 28 aus einem Hydraulikzylinder 30 durch eine Leitung 32 Druckflüssigkeit in einen Zylinder 34 presst, dessen Kolben 36 in Richtung des Pfeiles 40'eine Bremsbacke 38 gegen ein Rad 40 drückt.
Die Wicklung 12 wird vom Bremsstrom des Motors durchflossen. Dieser Bremsstrom hat einen bestimmten Wert bei verhältnismässig hoher Drehzahl des Motors und nimmt ab, wenn die Drehzahl einen bestimmten niedrigen Wert unterschreitet, wobei auch die vom Bremsstrom erzielte Bremswirkung in gleichem Masse abnimmt. Wenn sich der Bremsstrom verringert, sinkt auch die von ihm über die Wicklung 12 erzeugte Kraftbeeinflussung des Ankers 10 ab, so dass die Federkraft 20 allmählich überwiegt und die Bremsbacke 38 immer kräftiger gegen das Rad 40 gepresst-wird. Die sich verringernde Bremswirkung auf Grund des Abnehmens des Bremsstromes wird somit durch die sich erhöhende Einwirkung der Federkraft 20 auf die Bremsbacke 38 ausgeglichen.
Die Wicklung 14 wird von einem jeweils konstanten, jedoch in mehreren in Abhängigkeit vom Bremsstrom und der Federkraft Stufen einstellbaren Hilfsstrom durchflossen, der dann eingeschaltet wird, wenn die Bremseinrichtung in Betrieb gesetzt werden soll. Der Zweck dieser Wicklung 40 ist, der Federkraft 20. so entgegenzuwirken, dass die den Kolben 28 beeinflussende Kraft - die Ausgangskraft der Bremseinrichtung-kontinuierlich oder in mehreren Stufen verändert werden. kann. Es hat sich. als zweckmässig erwiesen, drei Stufen zu wählen, z. B. entsprechend einem Wert von 100, 67 und 33U der Federkraft 20.
Die Wicklung 16 ist vorgesehen, um den Anker 10 bei gelüfteter Bremsbacke 38 an der Klebefläche 18 anliegend festzuhalten und dadurch Strom zu sparen, wenn die Bremseinrichtung ausser Tätigkeit ist.
Die beim Bremsen des Motors erforderlichen Bremskräfte müssen konstant sein, damit die Bremsung mit der gewünschten Gleichmässigkeit, d. h. ohne Entstehen von ruckweise Bewegungen vor sich gehen kann. Solange der Motor beim Bremsen eine ausreichend hohe Drehzahl hat, so dass die elektrodynamische Bremswirkung auf Grund der Schaltung des Motors als Generator ausgenutzt werden kann, ist die Bremsung gleichmässig. Dagegen kann dieses Bremsprinzip nicht länger angewandt werden, wenn die Drehzahl des Motors auf einen derart niedrigen Wert gesunken ist, dass der gewünschte elektrodynamische Bremsstrom vom Motor nicht mehr länger erzeugt werden kann. Bei dieser geringen Drehzahl muss die elektrodynamische Bremsung nach und nach durch mechanische Reibungsbremsung mittels der Bremsbacke 38 ersetzt werden.
Der Übergang von der elektrodynamischen auf die mechanische Bremsung muss derartig geschehen, dass die Drehzahlverzögerung des Motors im wesentlichen konstant bleibt. Dies bedeutet, dass die von der elektrodynamischen Bremse ausgeübte und allmählich abklingende Bremskraft beim Übergang zusammen mit der anfangenden, von der mechanischen Bremse geleisteten Bremskraft so-
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sein soll.
Wenn die auf den Kolben 28 - und somit auf die Bremsbacke 38 - einwirkende mechanische Kraft mit Pm bezeichnet wird, die Federkraft mit Pf, die stufenweise einstellbare, von der Wicklung 14 entwickelte Kraft mit Ps und die von dem elektrodynamischen Bremsstrom mittels der Wicklung 12 bewirkte Kraft mit Pb, wobei Pb gleich einer Konstanten mal Bremsstrom Ib ist, kann approximativ geschrieben werden.
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Die mechanische Kraft Pm darf hiebei selbstverständlich so lange keinen positiven Wert annehmen, wie die elektrodynamische Bremskraft ausreichend ist. Die auf das Rad einwirkende Gesamtbremskraft, bezeichnet mit Pt, ist bei in Tätigkeit gesetzter Bremseinrichtung im wesentlichen gleich der elektrodynamischen Bremskraft Pe vermehrt um die mechanische Bremskraft Pm.
Die in der Zeichnung dargestellte
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Bremseinrichtung kann-wie aus obigen Gleichungen hervorgeht - also einerseits an den abnehmenden elektrodynamischen Bremsstrom ! b angepasst werden, wobei die Solenoidwicklung 12 so bemessen wird, dass die abnehmende elektrodynamische Bremskraft von der durch die Wicklung 12 bewirkten allmählichen Einwirkung der Federkraft 20 ausgeglichen wird, was leicht deshalb durchgeführt werden kann, weil der Strom des bremsenden Motors Ib mit dem Strom lb in der Wicklung 12 identisch ist.
Anderseits kann die Bremseinrichtung auch an den gemäss dem gewünschten Verzögerungsgrad eingestellten Anfangswert des Bremsstromes angepasst werden - welcher Bremsstrom mit Hilfe einer besonderen Regeleinrichtung konstant gehalten wird, u. zw. solange der als Generator gekoppelte Motor beim Bremsen eine Spannung (EMK) von derartiger Höhe erzeugt, welche diese Konstanthaltung erlaubt-wobei der Strom durch die
Wicklung 14 in Abhängigkeit von dem genannten Anfangswert des konstantgehaltenen Bremsstromes ge- wählt wird. Die in der Zeichnung dargestellte Schalteinrichtung ermöglicht somit eine praktisch gleich- mässige Verzögerung, anfangend mit dem Lauf des Motors bei hoher Drehzahl und aufhörend, wenn der
Motor zum Stillstand gekommen ist.
Dies hat sich als sehr bedeutungsvoll beim Bremsen von in Bewegung befindlichen schweren Massen gezeigt, wie beispielsweise Fahrzeuge aller Art und bei Hebezeugen, wo eine ruckweise Bremsung nicht zugelassen werden kann.
Das Ein- und Ausschalten der für die Speisung der Wicklungen 12 - 16 erforderlichen Ströme kann selbstverständlich mit Hilfe von automatischen Schalteinrichtungen erfolgen, so dass die auf die Bremsbacke 38 einwirkenden Kräfte in jedem Bremsungsaugenbl1ck gut ausgeglichen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromechanische Bremseinrichtung für elektrische Motoren mit einem Solenoid und einem von einer Feder beeinflussten Magnetanker, der auf eine Bremsbacke einwirkt, welches Solenoid eine vom Motorbremsstrom durchflossene, in den Motorbremsstromkreis eingeschaltete Wicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacke (38) mit dem Magnetanker (10) starr gekuppelt und bei stromloser Wicklung (12) von der Feder (20) an das Rad (40) gedrückt ist, während bei bremsstromdurchflossener Wicklung (12) die auf die Bremsbacke ausgeübte Kraft (40') gleich der Federkraft (10") abzüglich der durch die Wicklung (12) auf den Magnetanker (10) ausgeübten Kraft (10') ist,
so dass die abnehmende elektrodynamische Bremswirkung bei kurz vor Erreichen des Motorstillstandes vermindertem und infolge zu geringer Generatorspannung nicht mehr konstanthaltbarem Bremsstrom durch zunehmende, auf die Bremsbacken ausgeübte Kraft (40') ausgeglichen wird.