Elektromagnetische Innenbackenbremse, insbesondere für Bremsmotoren Die Erfindung betrifft eine Innenbackenbremse, insbesondere für Bremsmotoren, bei der die inner halb einer Bremstrommel .angeordneten Bremsele mente zur Bremslüftung elektromagnetisch radial nach innen von der Innenfläche der Bremstrommel abgehoben wenden.
Innenbackenbrernsen der angegebenen Arthaben den Vorteil, @dass sie bei Stromausfall durch Feder kraft ,sofort einfallen. Wenn sie also einem Brems elektromotor zugeordnet werden, der z. B. ein Hebe zeug oder einen Aufzug betätigt, ist bei Abschafung oder Stromausfall ein Stillstand des Hebezeuges be- reits nach 0,1 Sekunden oder auch darunter gewähr leistet.
Dabei :muss ein Kompromiss zwischen .der An sprechzeit der Bremse, welche als Tippzeit bezeich net wird, der erzielbaren Bremsleistung und der auf Grund der Erwärmung des die Bremselemente betätigenden Magneten -begrenzten Schalthäufigkeit je Stunde geschlossen werden. Starke Bremsmomente bedingen, dass -die Bremselamente mit grosser Feder kraft an die Innenfläche :der Bremstrommel :ange drückt werden. Diese Federkraft :muss von dem Ma gneten überwunden werden.
Dabei ist zu Beginn der Lüftung der Bremselemente die auf die Anker aus geübte Magnetkraft am geringsten, da ja ein Luft spalt in der Grössenordnung des Hubes der Brems elemente, also z. B. von 2 mm, überwunden werden muss. Hierzu kommt noch, @dass durch Abnutzung der Bremsbeläge sich der Hubweg und der Luftspalt vergrössern. Am Ende des Lüftungshubels .ist die Ma gnetkraft erheblich grösser, @da die Magnetkraft bei der Schliessung des Luftspaltes erheblich stärker an steigt als die Federkraft.
Bei der Stromabschaltung folgt der Abfall -der Magnetkraft einem zeitlich recht langen Exponen- tialgesetz. Erst wenn die ein Vielfaches der Feder kraft betnagende Zugkraft des Magneten nach der Stromabschaltung bis auf den Wert der Federkraft abgefallen ist, beginnen sich die Bremselemente in Richtung auf die Bremstrommel zu bewegen. Für verschiedene Anwendungszwecke sind jedoch extrem kurze Tippzeiten, z. B. von 0,1 Sekunden, erwünscht, um z.
B. den Weiterlauf einer Werkzeugmaschine nach der Stromabschaltung auf wenige Winkelgrade zu begrenzen.
Es ist nun bekannt, dass ein Magnet einer be stimmten geometrischen Grösse sich um so schneller entregt, je niedriger seine Selbstinduktion und je höher seine Verlustleistung ist. Die Steigerung der Verlustleistung vermindert jedoch infolge der stärke ren Erwärmung die Einschaltzeit je Stunde und damit auchgegebenenfalls .die Schalthäufigkeit. Der Erfindung liegt nun -die Aufgabe zugrunde, eine Innenbackenbremse der in Rede stehenden Art so auszubilden, dass äusserst günstige Werte hinsicht lich :
der Tippzeit, der Schaltzahlen je Stunde und der erreichten Bremsleistungen erzielt werden, ohne dass dadurch bei einem gegebenen Typ die Baugrösse ver grössert werden müsste.
Diese Aufgabe wurde gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass zur elektromagneti- schen Betätigung der Bremselemente ,ein Ringmagnet vorgesehen ist, dessen Kernmaterial einen schlech teren magnetischen Leitwert als Weicheisen hat, aber erst bei etwa gleich hohen Feldstärken wie ein Weich eisenkern gleicher Konfiguration zur Sättigung ge langt.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausfüh rungsform ist :der Kerndes Ringmagneten ein Guss- körper, insbesondere ein Sphärogusskörp.er.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungs form liegen die von den Ringschenkeln gebildeten Polflächen in Kreisrin:gflächen,,die konzentrisch und parallel zur Bremstrommel verlaufen.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungs form liegen die von den Ringschenkeln gebildeten Polflächen in Krei:sningflächen, welche im Axial schnitt schräg zur Bremstrommel:fläche und vorzugs weise auch schräg zueinander verlaufen. Dabei können die Schenkel im Axialschnitt konisch aus gebildet sein.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung er läutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt ,eines mit einer Innenbacken- bremse versehenen Bremsmotors, Fig. 2 ein Diagramm, Fig. 3 Abis 7 Querschnitte verschiedener Aus- führungsformen -des Ringmagneten,
Fig. 8 einen Radalschnitt der Innenbacken bremse.
Die Innenbaokenbremse kann unmittelbar :an die Welle 1 eines Elektromotors 2 angebaut werden, dergestalt, @dass -die auf -die Welle 1 aufgekeilte und Lüfterflügel 3 tragende Bremstrommel 4 umläuft, während eininnerhalb der Bremstrommel angeordne ter Ringmagnet 5 feststehend :angeordnet ist.
Der Ringmagnet 5 betätigt - wie -dies dnsbeson- dere aus Fig. 8 ersichtlich ist - Brsmselemente 6, welche je aus einem Bremsbelag 7 und einem Anker blech 8 bestehen und ,die mittels Schrauben 9 an -den Enden einer Blattfeder 10 befestigt sind. Die Blattfeder 10 ist wiederum mittels mehrerer Schrau ben 11 ,an dem Ringmagneten: 5 befestigt.
Der Ring- magnet 5 :besteht aus einem Sphärogusskörper, wo durch seine Herstellung und Bearbeitung wesentlich verbilligt wird. Darüber hinaus ergibt sich gemäss der Erfindung ;das tin Fig. 2 dargestellte und für den vorliegenden Zweck besonders günstige @magnetische Verhalten.
Ein Weicheisenkern würde ein magneti sches Verhalten entsprechend der in Fig. 2 gestri chelt :dargestellten Linie haben, @d. h. es würde relativ rasch die magnetische Sättigung erreicht. Ringma- gnete :aus Sphäroguss und ;mit einer :
der ,in Aden Fig. 3 bis 7 dargestellten Konfigurationen zeigen dagegen ein .magnetisches Verhalten entsprechend der @ausge- zogenen Linie.
Der Kern hat einen erheblich schlech teren magnetischen Leitwert .als Weicheisern. - 'die Kurve verläuft wesentlich .flacher. Wenn nun beim Abschalten des Stromes das Magnetfeld zusammen bricht, wird entsprechend -der flacheren Kurve erheb lich früher der Punkt erreicht, .bei welchem die Kraft der Feder 10 überwunden wird und ;dementsprechend die Bremselement;. 6 .mit ihrer Bewegung :
in Richtung ;auf ;die Innenfläche der Bremstrommel anfangen.
Die Verbesserung erfolgt talso nicht durch Steige rung Ader Verlustleistung, wodurch wiederum !die Er wärmung sich vergrössern würde, sondern durch Ab- flachung der magnetischen Kennlinie. Bei glei cher Verlustleistung und dementsprechend ;gleicher Schaltzahl .im Vergleich zu normalen Eisenkernen ergibt sich eine Verkürzung der Tippzeit. Bei glei cher Tippzeit kommt :man mit einer geringeren Ver lustleistung aus, so dass man dementsprechend höhere Schaltzahlen je Stunde erreicht.
Es scheint so, dass dieses magnetische Verhalten darauf zurück zuführen ist, @dass :im Sphäroguss .Strecken schlechten Leitwertes innerhalb eines Kreises gutleitenden Eisens angeordnet sind.
Die in den Fig. 3 und 4 -dargestellten Quer- schnitisformen des Ringmagneten werden am meisten bevorzugt. Die von den Stirnflächen :der Schenkel des Ringmagneten gebildeten Polflächen 13 und 13 bzw. 14, 15 und 16 sind Ringflächen, welche konzen trisch und parallel zu der Innenfläche der Brems trommel 4 verlaufen.
Die in Fig. 3 dargestellte Aus- führungsform besitzt eine einzige Magnetspule 17, während,b.ei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungs- form zwei Magnetspulen 18 und 19 vorgesehen sind..
Die Magnetspulen werden mit Gleichstrom betrieben, und zwar bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 im .gegensinnigen Stromdurchfluss. Die Ausführungs form gemäss Eig. 4 hat -dementsprechend den Vorteil, dass die Aussenschenkel 14 und 16 beispielsweise den Südpolbilden, während der mittlere Schenkel 15 :den Nordpol bildet (oder umgekehrt).
Damit ergibt sich ein geschlossener Magnetfluss; es treten keine Stre:.u- feldter auf, die sich beispielsweise über die Welle 1 ,des Elektromotors 2 schliessen würden.
Bei der :in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die ringförmigen Polflächen 20 und 21 dach- förmig nach aussen abgeschrägt. Bei :der in Fig. 6 :dargestellten Ausführungsform sind die Polflächen 22 und 23 :dachförmig nach ,innen abgeschrägt, wäh rend bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungs- form die Polflächen 24 und 25 konisch sind.
Die Querschnittsverhältniss emüssen entspre chend -abgestimmt sein, d. h. die Rotationsquer- schnittsfläche des Joches im Radialschnitt muss der Querschnittsfläche des aus den Polen austretenden Magnetfeldes entsprechen.
Die etwas aufwendigere, schräge Ausbildung der Polflächen 20, 21, 22, 23, 24 -und 25 kann bei entsprechender Ausbildung der Bremselemente 6 ,und .der Halterung für ;dieselben Vorteile in ider Richtung haben, @dass seine grössere Anzugskraft oder Brems- elemente bei der Einschaltung des Stromes erzielt wird.
Brei der Ausführungsform .gemäss Fig. 6 kann ein relativ günstiger Verlauf des Magnetfeldes mit geringer Streuung erreicht werden, insbesondere wenn de Blattfeder 10 und gegebenenfalls .auch die Anker- fläche 8 mit ,ihren Seitenrändern etwas .hochgebogen werden.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 7 hat den Vor teil, @dass die Anlagefläche der Feder 10 auf den oberen Schmalflächen der konischen Pole 24 und 25 schmäler ist, so @dass dementsprechend ein rascheres Lösen bei oder Stromabschaltung erreicht wird.
Die in Fig. 8 :dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil, dass .die Blattfeder 10 drei verschiedene Funktionen erfüllt, nämlich sie liefert eine Führung der Bremselemente 6 bei deren Hub, die Andruck kraft für dieselben an die Innenfläche :der Brems trommel 4 ,und sie überträgt .ausserdem noch die bei der Bremsung .auftretenden Ta:ngentialkräfte un abhängig davon, ob die Welle 1 indem einen Dreh sinn oder in dem anderen Drehsinn rotiert, auf den Ringmagneten 5.
Selbstverständlich können jeder dieser Funktionen getrennte Elemente zugeordnet werden.
Besonders günstig ist es weiterhin, wenn :durch entsprechende Ausbildung des oder :der Federele mente oder durch Einschalten .zusätzlicher Feder elemente gegen Ende des Lüftungshubes der Brems- elemente 6 eine starke Zusatzfederkraft vorgesehen wird.
Bei der in Fig. 8 ,dargestellten Ausführungs- form wird dies dadurch gewährleistet, @dass die .unter halb der Bremselemente (7) befindlichen Bezirke der Blattfeder 10 beim Anzug auf die Polflächen aufschlagen, ida die Schraube 9 in die Höhlung !des U-Profiles eintritt.
Es wird dementsprechend die Blattfeder 10 beispielsweise beiden letzten 2/10 mm des Hubes etwas gestreckt, was die entsprechende Zusatzkraft liefert. Welche der .in Fig. 3 bis 7 dar gestellten Ausführungsformen gewählt wird, hängt unteranderem auch von der Wahl der Federmittel ab. Die Zusatzfederkraft kann auch dadurch ent stehen, ;dass (die Feder unter den Magnetkräften im Bestreben einer satten Anlage an den Polflächen etwas verwunden wird.
Zur Veranschaulichung der praktisch erreich baren Ergebnisse bei einer Ausführüngsform gemäss Fig. 8 unter Verwendung des in F.ig. 3 dargestellten Ringmagnetquerschnittes :szien folgende speziellen Angaben angegeben: Tippzeit: 0,01 bis 0,05 Sek.
Schaltungen bis zur Auswechslung der Bremselemente: 20-50 000 000 Hub der Bremselemente: 2 mm Bremsmoment bei Leerlaufdrehzahl: 3000 U/min 1-1,6 PS: 1,0 mkg Bremsmoment bei Leerlaufdrehzahl: 3000 U/min 10-15,7 PS: 8,5 mkg Anzahl der zulässigen Schaltungen je .Std.: 2000.
Electromagnetic inner shoe brake, in particular for brake motors The invention relates to an inner shoe brake, in particular for brake motors, in which the brake elements arranged inside a brake drum are lifted electromagnetically radially inwards from the inner surface of the brake drum for brake release.
Inner jaw brakes of the specified type have the advantage that they fall on immediately in the event of a power failure due to spring force. So if they are assigned to a brake electric motor, the z. If, for example, a hoist or an elevator is operated, the hoist will come to a standstill after 0.1 seconds or less in the event of a shutdown or power failure.
Thereby: a compromise has to be made between the response time of the brake, which is referred to as the tip time, the achievable braking power and the switching frequency per hour, which is limited due to the heating of the magnet actuating the brake elements. Strong braking torques mean that -the brake elements are pressed against the inner surface: the brake drum: with great spring force. This spring force: must be overcome by the magnet.
At the beginning of the ventilation of the brake elements, the magnetic force exerted on the armature is the lowest, since there is an air gap in the order of magnitude of the stroke of the brake elements, e.g. B. of 2 mm must be overcome. In addition, @ wear of the brake pads increases the stroke and the air gap. At the end of the ventilation stroke, the magnetic force is considerably greater, since the magnetic force increases considerably more than the spring force when the air gap is closed.
When the power is switched off, the drop in magnetic force follows a long exponential law. Only when the tensile force of the magnet, which is a multiple of the spring force, has dropped to the value of the spring force after the power has been switched off, the braking elements begin to move in the direction of the brake drum. However, extremely short typing times, e.g. B. of 0.1 seconds, desirable to e.g.
B. to limit the continued running of a machine tool after the power cut to a few degrees.
It is now known that a magnet of a certain geometrical size de-energizes the faster the lower its self-induction and the higher its power loss. However, the increase in power loss reduces the switch-on time per hour and thus also, if necessary, the switching frequency due to the stronger heating. The invention is now based on the object of designing an inner shoe brake of the type in question in such a way that extremely favorable values with regard to Lich:
the typing time, the number of switching operations per hour and the braking power achieved can be achieved without the size having to be increased for a given type.
This object was achieved according to the present invention in that a ring magnet is provided for the electromagnetic actuation of the brake elements, the core material of which has a poorer magnetic conductance than soft iron, but only at about the same high field strengths as a soft iron core with the same configuration for saturation achieved.
According to a particularly preferred embodiment: the core of the ring magnet is a cast body, in particular a nodular cast iron body.
According to a first preferred embodiment, the pole faces formed by the ring legs lie in circular rings, which run concentrically and parallel to the brake drum.
According to another preferred embodiment, the pole faces formed by the ring legs lie in circles which, in the axial section, run obliquely to the brake drum surface and preferably also obliquely to one another. The legs can be formed from conical in axial section.
The invention is explained using the drawing. 1 shows a section through a brake motor provided with an inner shoe brake, FIG. 2 shows a diagram, FIGS. 3 to 7 cross-sections of different embodiments of the ring magnet,
Fig. 8 is a radial section of the brake inner jaws.
The internal brake can be attached directly to the shaft 1 of an electric motor 2 in such a way that the brake drum 4 wedged onto the shaft 1 and carrying fan blades 3 rotates, while a ring magnet 5 arranged inside the brake drum is stationary.
The ring magnet 5 actuates - as can be seen in particular from FIG. 8 - brake elements 6, which each consist of a brake lining 7 and an armature plate 8 and which are attached to the ends of a leaf spring 10 by means of screws 9. The leaf spring 10 is in turn by means of several screws ben 11, attached to the ring magnet: 5.
The ring magnet 5: consists of a spheroidal cast iron body, which is significantly cheaper due to its manufacture and processing. In addition, according to the invention, the @magnetic behavior shown in FIG. 2 and which is particularly favorable for the present purpose results.
A soft iron core would have a magnetic behavior corresponding to the dashed line in Fig. 2: shown, @d. H. magnetic saturation would be reached relatively quickly. Ring magnets: made of nodular cast iron and; with one:
On the other hand, the configurations shown in FIGS. 3 to 7 show a magnetic behavior corresponding to the solid line.
The core has a considerably worse magnetic conductance than soft iron. - 'the curve is much flatter. If the magnetic field collapses when the current is switched off, the point at which the force of the spring 10 is overcome and, accordingly, the braking element, is reached correspondingly -the flatter curve considerably earlier. 6. With their movement:
towards; on; the inner surface of the brake drum.
The improvement is not achieved by increasing the power loss, which in turn would increase the warming, but by flattening the magnetic characteristic. With the same power loss and, accordingly, the same number of operations, compared to normal iron cores, the typing time is shortened. With the same typing time: you get by with a lower power loss, so that you achieve a correspondingly higher number of operations per hour.
It seems that this magnetic behavior is due to the fact that: in nodular cast iron, sections of poor conductivity are arranged within a circle of good-conducting iron.
The cross-sectional shapes of the ring magnet shown in FIGS. 3 and 4 are most preferred. The pole faces 13 and 13 or 14, 15 and 16 formed by the end faces: the legs of the ring magnet are annular faces which are concentric and parallel to the inner surface of the brake drum 4.
The embodiment shown in FIG. 3 has a single magnetic coil 17, while two magnetic coils 18 and 19 are provided in the embodiment shown in FIG.
The magnetic coils are operated with direct current, specifically in the embodiment according to FIG. 4 in the opposite direction of current flow. The execution form according to prop. 4 accordingly has the advantage that the outer legs 14 and 16 form the south pole, for example, while the middle leg 15: forms the north pole (or vice versa).
This results in a closed magnetic flux; there are no stress fields that would close via shaft 1 of electric motor 2, for example.
In the embodiment shown in FIG. 5, the ring-shaped pole faces 20 and 21 are beveled towards the outside in the shape of a roof. In the embodiment shown in FIG. 6, the pole faces 22 and 23 are beveled in the shape of a roof towards the inside, while in the embodiment shown in FIG. 7 the pole faces 24 and 25 are conical.
The cross-sectional ratios must be adjusted accordingly, i.e. H. the rotational cross-sectional area of the yoke in the radial section must correspond to the cross-sectional area of the magnetic field emerging from the poles.
The somewhat more complex, inclined design of the pole faces 20, 21, 22, 23, 24 -and 25 can, with a corresponding design of the braking elements 6 and the holder for; have the same advantages in the same direction, such as its greater tightening force or braking elements is achieved when the current is switched on.
With the embodiment according to FIG. 6, a relatively favorable course of the magnetic field with little scatter can be achieved, especially if the leaf spring 10 and possibly also the armature surface 8 with their side edges are slightly bent up.
The embodiment according to FIG. 7 has the advantage that the contact surface of the spring 10 on the upper narrow surfaces of the conical poles 24 and 25 is narrower, so that a faster release or power cut-off is accordingly achieved.
The embodiment shown in Fig. 8: has the advantage that .the leaf spring 10 fulfills three different functions, namely it provides a guide for the brake elements 6 during their stroke, the pressure force for the same on the inner surface: the brake drum 4, and they In addition, it transfers the tangential forces that occur during braking to the ring magnet 5, regardless of whether the shaft 1 rotates in one direction of rotation or in the other direction of rotation.
Of course, separate elements can be assigned to each of these functions.
It is also particularly favorable if: by appropriately designing the spring elements or by switching on additional spring elements towards the end of the ventilation stroke of the braking elements 6, a strong additional spring force is provided.
In the embodiment shown in FIG. 8, this is ensured by the fact that the areas of the leaf spring 10 located below the braking elements (7) strike the pole faces when tightened, i.e. the screw 9 is inserted into the cavity! Profiles occurs.
The leaf spring 10 is accordingly stretched somewhat, for example the last 2/10 mm of the stroke, which provides the corresponding additional force. Which of the embodiments shown in FIGS. 3 to 7 is chosen depends, among other things, on the choice of the spring means. The additional spring force can also arise because (the spring is slightly twisted under the magnetic forces in an effort to make a full contact with the pole faces.
To illustrate the practically achievable results in an embodiment according to FIG. 8 using the in F.ig. 3 ring magnet cross-section shown: The following special information is given: Tip time: 0.01 to 0.05 sec.
Switching operations up to replacement of the braking elements: 20-50,000,000 Stroke of the braking elements: 2 mm Braking torque at idle speed: 3000 rpm 1-1.6 PS: 1.0 mkg Braking torque at idle speed: 3000 rpm 10-15.7 PS: 8.5 mkg Number of permissible operations per hour: 2000.