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Elektromotor mit Überlastsicherung
Die Erfindung bezieht sich auf einen in zwei Drehrichtungen mit vorwählbarer Drehzahl schaltbaren Elektromotor für Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom, mit einer Gehäuse- oder Ständerwicklung, dem sogenannten Stator, und einem auf dem Motorabtrieb vorgesehenen, als Läufer ausgebildeten Rotor sowie mit einer in bezug auf das abgebbare Drehmoment einstellbaren, innerhalb des Motorgehäuses vorgesehenen Überlastkupplung, die sowohl mit dem Rotor als auch mit der Motorabtriebswelle in Wirkverbindung stehend das Motordrehmoment auf die Abtriebswelle überträgt, wobei nach Überschreiten des eingestellten Drehmomentes der Kraft- oder Antriebsschluss zwischen Rotor und Überlastkupplung unterbro- chen bzw. aufgehoben wird.
Bei der praktischen Anwendung von Elektromotoren als Antriebe treten häufig Fälle auf, in denen der Motor nicht ständig durchläuft, sondern nur eine begrenzte Zeit eingeschaltet bleibt, um über Getriebe, Zahnradgestänge, Kurbeltriebe oder andere mechanische Kraftübertragungsvorrichtungen zeitlich begrenzte mechanische Bewegungen durchzuführen. Diese Bewegungen, z. B. das Öffnen und Schliessen eines Ventiles oder Schiebers, einer Schranke oder eines Tores, sind ihrer Natur nach durch die mechanischen Endzustände begrenzt. Das Ventil oder der Schieber ist entweder zu oder aber offen, während die Schranke oder das Tor entweder geschlossen oder aber geöffnet ist.
Der Übergang der mechanisch zu betätigenden Vorrichtung von der einen zur andern Endstellung wird in der Praxis z. B. durch die Drehung der das erforderliche Drehmoment abgebenden Welle eines Elektromotors bewirkt. Bei Erreichen der jeweiligen Endstellung muss der Elektromotor ausgeschaltet und für die Ausführung der entgegengesetzten Bewegung betriebsbereit geschaltet werden.
Allgemein gebräuchlich und in der Praxis verwendet werden hiezu elektrische Endkontakte, die durch die Bewegung der zu öffnenden oder zu schliessenden oder allgemein nur zu bewegenden Teile, wie Ventile, Schieber, Schranken, Tore od. dgl. mechanisch oder kontaktlos durch Magnetismus oder Lichtschranken oder auf andere bekannte Weise berührungslos betätigt werden. Diese Endkontakte müssen durch elektrische Leitungen mit dem zum Motor gehörenden Schalter oder Schütz verbunden sein.
Sind die Endkontakte nicht in gehöriger Zeit vor Erreichen des Endzustandes durch den zu bewegenden Mechanismus betätigt worden, dann kommt es dazu, dass der Motor nicht rechtzeitig elektrisch abgeschaltet ist und den Mechanismus mit seinem maximalen Drehmoment bei Drehstromasynchronmotoren mit dem vollen Kippmoment in die Endstellung treibt. Beschädigungen des Mechanismus oder des Elektromotors können die Folge hievon sein. In rauhen und schmutzigen Betrieben besteht ferner die Gefahr, dass die Endkontakte nicht immer funktionsfähig bleiben und dass die Steuerleitungen unterbrochen werden.
In andern in der Praxis vorkommenden Fällen wird von dem antreibenden Elektromotor verlangt, dass
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor nach dem Gattungsbegriff zu ichaffen, der einerseits für die vorerwähnten Verwendungszwecke ebenso in vorteilhafter Weise benutzt werden kann, wie er auf der andern Seite auch die Mängel bei bisher verwendeten Motoren ausschaltet.
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Vor allem wird eine gedrungene Bauweise der ganzen Einrichtung und eine höchste Stabilität angestrebt, um die Einrichtung auch weniger störanfällig zu machen.
Erreicht wird dieses Ziel zunächst in vorteilhafter Weise im wesentlichen dadurch, dass der Motorab- trieb aus zwei koaxialen Wellen gebildet ist, von denen die eine als den Rotor tragende Hohlwelle ausge- bildet ist und ferner den die Überlastkupplung antreibenden Teil trägt, während die eigentliche Motor- abtriebswelle innerhalb der Rotorhohlwelle vorgesehen und mit dem Abtriebsteil der Überlastkupplung verbunden ist.
Zur Bedienung dieser Überlastkupplung kann bei dem Gegenstand der Erfindung die Axialverschie- bung der Rotorwelle dienen, was jedoch nicht ausschliessen soll, dass man bei konstruktiver Umgestaltung unter Umständen auch die Axialverschiebung z. B. der Motorwelle hiefür verwenden kann. Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist hiezu sowohl die Rotorwelle als auch die Motorabtriebs- welle auf einem Teil ihrer Länge als ineinandergreifendes Gewinde bzw. als Spindel und Spindelmutter ausgebildet, wobei die Hohlwelle durch Drehung auf der axial festliegenden Motorabtriebswelle zur Betätigung der Überlastkupplung axial verschiebbar ist.
Im übrigen lässt sich die Erfindung samt ihren Vorteilen und ihrer Wirkungsweise am besten an Hand der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels verstehen.
Es zeigt : Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Motor, wobei sich die Kupplung in der Montage- oder Anlaufstellung befindet, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Motors, wobei sich die Kupplung des Motors in Abbremsstellung für eine Drehrichtung befindet und Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, wobei sich die Kupplung in der Gegenabbremsstellung für eine gegenüber der Fig. 2 entgegengesetzte Drehrichtung befindet.
In einem Motorgehäuse 10 ist eine Ständerwicklung, nämlich der sogenannte Stator 11 eines Drehstrommotors, untergebracht. Der als Läufer ausgebildete Rotor 12 ist fest auf den Motorabtrieb, u. zw. auf einer Hohlwelle 13, aufgepresst, die innen die eigentliche Motorabtriebswelle 14 trägt. Beide Wellen 13,14 sind koaxial ineinander angeordnet und auf einem Teil ihrer Länge als Spindel 15 und Spindelmutter 16 ausgebildet, wobei die Hohlwelle 13 die Spindelmutter 16 und die innen liegende Motorabtriebswelle 14 die Spindel 15 darstellt. Die Motorabtriebswelle 14 ihrerseits ist in beiden Lagerdeckeln 17 des Motorgehäuses 10 gelagert.
Um zu verhindern, dass beim Anlaufen des Rotors 12 dieser sich auf der Motorabtriebswelle 14 über das Spindelgewinde 15, 16 verschiebt, ist zwischen diesen beiden Teilen eine Kupplungsanordnung innerhalb des Motorgehäuses 10 vorgesehen, die anschliessend beschrieben ist.
Auf der hohlen Motorwelle 13 sind mit axialem Abstand zueinander zwei in bekannter Weise als Freilauf in entgegengesetzter Drehrichtung wirkende Rollenlager 18 und 19 angebracht. Diese beiden Rollenlager 18, 19 sind also entgegengesetzt wirksam, d. h. in der einen Drehrichtung läuft ein Lager frei, ohne ein Drehmoment zu übertragen, während das andere Lager in seiner Sperrichtung ein Drehmoment überträgt. In der entgegengesetzten Drehrichtung tritt analog die umgekehrte Wirkung ein.
Über diese beiden Freilaufgetriebe 18,19 ist die Hohlwelle 13 mit zwei aussen auf den Lagern auf- gepressten Kupplungsscheiben 20 und 21 verbunden. Es ist hiebei einleuchtend, dass entsprechend der Drehrichtung nur jeweils die mit dem gesperrten Freilauf verbundene Kupplungsscheibe kraftschlüssig mit der Hohlwelle 13 in Wirkverbindung steht. Da die beiden z. B. als Hohlkörper ausgebildeten Kupplungsscheiben 20, 21 gegenläufige Bewegungen ausführen können bzw. jeweils immer eine ruht, sind beide Kupplungsscheiben durch ein Drucklager 22 voneinander drehungsunabhängig gehalten. Das Drucklager 22 sitzt zwischen zwei Trennscheiben 23, 24, die, radial auf dem Umfang verteilt, abwechselnd einen Mitnahmebolzen 25 und eine Druckfeder 26 tragen. Die Mittelbohrungen in den Trennscheiben 23 und 24 sind so gross gehalten, dass beide Scheiben frei auf der Hohlwelle 13 lagern.
Mittels der Bolzen 25, die in entsprechenden Löchern 27 der Kupplungsscheiben 20,21 ruhen und darin axial verschiebbar sind, ist jeweils eine Kupplungsscheibe mit der ihr zugehörigen Trennscheibe drehabhängig verbunden. Mittels der Federn 26 dagegen, die ebenfalls in entsprechenden Löchern 28 der Kupplungsscheiben ruhen und an den Trennscheiben unverschieblich befestigt sind, werden die beiden Kupplungsscheiben gegen je einen Bremsbelag 29,30 gepresst. Jeder Bremsbelag 29, 30 ist seinerseits in je einem Teil in einem zweiteiligen Gehäuse 31,32 fest.
Dieses zweiteilige Gehäuse 31, 32 ist einerseits mittels Nut und Feder 33 fest mit der Motorabtriebswelle 14 verbunden und anderseits über die Verbindungs-Schraubbolzen 34 frei auf den Kupplungsscheiben gelagert
Die Wirkungsweise des Motors lässt sich am besten wie folgt verstehen : Wird die Ständerwicklung 11 des Motors eingeschaltet, dann läuft bekanntlich der Rotor 12 in Bruchteilen einer Sekunde auf seine volle Tourenzahl. Infolge der Massenträgheit und der ruhenden Reibung in der hohlen Rotorwelle 13 mit dem
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Spindelgewinde wird die Motorabtriebswelle 14 ebenfalls über die beschriebene Kupplungsvorrichtung mit- genommen, wobei je nach Drehrichtung einer der beiden Rollenfreiläufe sperrt. Der anzutreibende Me- chanismus, ein Schieber, einTorod. dgl., wird beispielsweise geschlossen.
Sobald der Schieber, das Tor od. dgl. in seine Endstellung gelangt, wird die Motorabtriebswelle 14 über die Endlage des Schiebers, Tores od. dgl. mehr oder weniger ruckartig abgebremst. In diesem Augen- blick verdreht sich die in den Rotor 12 eingepresste Hohlwelle 13 auf der Motorabtriebswelle 14, die sich wegen der beiden Drucklager 35 im Lagerdeckel 17 selbst nicht axial verschieben kann. Es tritt jetzt der in Fig. 2 dargestellte Zustand ein, wobei entsprechend der Drehrichtung über den nicht gesperrten Frei- lauf 19 die mit der Hohlwelle 13 bei dieser Drehrichtung drehabhängig verbundene Kupplungsscheibe 21 auf dem Rollenlager 19 um einen geringen Betrag axial verschoben wird, so dass die Bremse 29 der kraft- schlüssig verbundenen Kupplungsscheibe 20 gelüftet wird. Damit ist der Kraftschluss zwischen Motorabtriebswelle 14 und dem Rotor 12 unterbrochen.
Durch die geringe axiale Verschiebung der Hohlwelle 13 wird gleichzeitig der obere Schalter 36 ge- öffnet, so dass die Netzspannung abgeschaltet wird, d. h. der Motor vom Netz getrennt wird. Infolge der Reibung zwischen Spindel 15 und Spindelmutter 16 bleibt die Bremse 29 auch nach dem Stillstand geöffnet, der Motor kann daher in dieser Drehrichtung nicht nochmals eingeschaltet werden und den zu betätigenden Mechanismus unnötig in seiner Endstellung beanspruchen.
Es ist aber in diesem Zusammenhang auch ohne weiteres möglich, durch Phasenumkehr beim Drehstrommotor im vorgewählten Beispiel den Motor entgegengesetzt einzuschalten und den geschlossenen Schieber, das Tor od. dgl. wieder zu öffnen, da die andere Bremse 30 kraftschlüssig mit der andern Kupplungsscheibe 21 geblieben ist und auch der untere Schalter 37 geschlossen ist. Ist der Schieber, das Tor od. dgl. dann wieder geöffnet, wiederholt sich der Abschaltvorgang, indem jetzt die bisher kraftschlüssige Bremse 30 geöffnet und die andere Gegenbremse 29 gleichzeitig wieder geschlossen wird, so dass der in Fig. 3 gezeichnete Zustand eintritt.
Es wird im Rahmen der Erfindung noch darauf hingewiesen, dass man durch entsprechende Wahl der Druckfedern 26 und deren Vorspannung die Möglichkeit hat, das abgebbare Drehmoment des Motors unter seinem Kippmoment zu halten, es kann auch unter dem Nenndrehmoment gehalten werden, so dass der Motor elektrisch nie überlastet wird.
Überdies wird durch die Begrenzung der Drehung zwischen Spindel 15 und Spindelmutter 16 infolge der nachgiebigen Druckfedern 26 vermieden, dass sich das Spindelgewinde in seiner Endstellung festlaufen kann. Durch die Druckfedern wird im Gegenteil die Anschlagbegrenzung des zu betätigenden Mechanismus elastisch im Motor aufgefangen.
Auch ist es ohne weiteres möglich, als Schalter 36,37 kleine Schaltkontakte hoher Schaltleistung zu verwenden, die sich bequem im Motorgehäuse 10 unterbringen lassen. Es ergibt sich bei nicht zu gro- ssen Motorleistungen der weitere erhebliche Vorteil, dass es möglich ist, vor allem kleinere derartige Motoren, als Drehstrom- oder Gleichstrommotoren über einen einfachen Paketschalter für Rechts- und Linkslauf zu schalten, ohne dass hiezu ein Wendeschütz notwendig ist. Dies bedeutet eine einfachere Montage und eine nicht unwesentliche Verbilligung der Gesamtanlage.
Auch könnte man Schaltkontakte z. B. in Form von Mikroschaltern verwenden, die durch die sich ver- schiebend hohle Rotorwelle 13 betätigt werden, um dann damit den Betriebszustand fernzumelden und bzw. oder weitere automatische Vorgänge auszulösen.
Es ist im Zusammenhang mit der Beschreibung der Wirkungsweise des Motors verständlich, dass der eingeschaltete Motor und der durch diesen bewegte Mechanismus vor dem Erreichen der Endstellung zwischendurch vorübergehend angehalten werden kann, so dass auch Zwischenstellungen durch einfache Betätigung des Motorschalters erreicht werden können.
Eine besonders empfindliche Drehmomentbegrenzung, wie sie im Eingang der Beschreibung für Wikkel-und Spulmaschinen als vorteilhaft beschrieben ist, ergibt sich bei diesem neuen Motor, wenn die Reibung zwischen der Spindelmutter 16 und der Spindel 15 sehr klein gehalten wird. Dies kann erreicht werden, wenn hiefür an sich bekannte Spindelgewinde mit umlaufenden Kugeln verwendet werden, wie sie beispielsweise auch im Kraftfahrzeugbau für Lenkungen verwendst werden. Durch eine geringe Reibung in derSpindelmutterdes Rotors 12 wird die Hohlwelle 13 dann infolge des Druckes der Federn 26 elastisch in ihrer Mittellage gehalten.
Erst dann, wenn das an der Abtriebswelle 14 abgenommene Drehmoment einen durch den Federdruck definierten Wert überschreitet, wird die Hohlwelle 13 auf der Motorabtriebswelle 14 in der beschriebenen Weise verschoben und entkuppelt über die sich öffnenden Bremsen 29,30 beide Kupplungsteile 20,21 und schaltet über die Schaltkontakte 36,37 den Motor ab. Nach diesem Vorgang wird aber jetzt infolge der geringen Reibung zwischen Spindel 15 und Spindelmutter 16 durch
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den Druck der Federn 26 der Rotor 12 mit seiner Hohlwelle 13 wieder in die Mittellage geschoben. Die
Bremse schliesst sich wieder und der Schaltkontakt geht in seine Ruhestellung zurück.
Man kann nun je nach dem Anschluss des Motors an das Netz bewirken, dass entweder der Motor selbsttätig über den sich wieder schliessenden Schalter wieder anläuft oder stehen bleibt, bis er erneut über ein Schaltschütz eingeschaltet wird. Diese Wiedereinschaltung kann sowohl von Hand als auch au- tomatisch nach einem vorgegebenen Programm gesteuert werden.
Ferner vereinfacht sich der Motoraufbau dann, wenn er nur für eine Drehrichtung vorgesehen sein soll, so dass die Kupplungsvorrichtung nur für diese Drehrichtung wirksam werden muss, wobei z. B. dann nur der in Fig. 2 dargestellte Teil, dessen Bremse 29 geöffnet ist, benötigt wird. Das Freilaufgetriebe kann dann ebenso wegfallen, wie die Kupplungsscheibe ihrerseits fest mit der Hohlwelle verbunden sein kann.
DieTrennscheibe mit dem Drucklager würde sich dann zweckmässig unmittelbar gegen einen entsprechend geformten Körper an der Lagerdeckelseite abstützen. Um hiebei den für die Mittellage des Rotors 12 er- forderlichen Gegendruck gegen die Federn 26 zu erreichen, kann in diesem Fall eine zusätzliche Feder zwischen dem Lagerdeckel an der Kontaktseite und dem Ansatz der Hohlwelle 13, der die Kontakte be- tätigt, angeordnet sein. Diese Druckfeder würde sich auf der Motorabtriebswelle mitdrehen und daher sich gegen ein Drucklager vor dem Lagerdeckel abstützen.
Schliesslich ist die dargestellte und beschriebeneAusführungsform eines inzwei Drehrichtungen schalt- baren. Motors nur ein Beispiel für die praktische Verwirklichung der Erfindung und diese ist nicht allein hierauf beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei andere Ausführungen sowie Anwendungen möglich.
Dies bezieht sich nicht nur allein auf konstruktiv abgewandelte Merkmale, sondern auch darauf, dass man diesen Motor auch nur für eine Drehrichtung verwenden kann. Auch die Betätigung der Kupplung so- wie der Schalter oder Schaltkontakte könnte abweichend von der Ausführung auch durch die Motorabtriebs- welle erfolgen.
Damit man bei Ausfall der Netzspannung auch den durch den erfindungsgemässen Motor anzutreiben- den Mechanismus von Hand z. B. öffnen oder schliessen kann, ist die Motorabtriebswelle 14 auf der Kupp- lungsseite durch den Lagerdeckel 17 herausgeführt und kann z. B. mittels einer mit einem Sechskant ver- sehenen Kurbel an dem auf der Welle angebrachten Sechskant 38 gedreht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. In zwei Drehrichtungen mit vorwählbarer Drehzahl schaltbarer Elektromotor für Gleich-, Wech- sel-oder'Drehstrom mit einer Gehäuse- oder Ständerwicklung, dem sogenannten Stator, und einem auf dem Motorabtrieb vorgesehenen, als Läufer ausgebildeten Rotor, sowie mit einer in bezug auf das abgeb- bare Drehmoment einstellbaren, innerhalb des Motorgehäuses vorgesehenen Überlastkupplung, die, so- wohl mit dem Rotor als auch mit der Motorabtriebswelle in Wirkverbindung stehend, das Motordrehmo- ment auf die Abtriebswelle überträgt, wobei nach Überschreiten des eingestellten Drehmomentes der Kraft- oder Antriebsschluss zwischen Rotor und Überlastkupplung unterbrochen bzw.
aufgehoben wird, da- durch gekennzeichnet, dass der Motorabtrieb aus zwei koaxialen Wellen (13,14) gebildet ist, von denen die eine als den Rotor (12) tragende Hohlwelle (13) ausgebildet ist und ferner den die Überlastkupplung antreibenden Teil trägt, während die eigentliche Motorabtriebswelle (14) innerhalb der Rotorhohlwelle vorgesehen und mit dem Abtriebsteil der Überlastkupplung verbunden ist.