DE10060925A1 - Innere Bremskonstruktion für Asynchronmotoren geringer Leistung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine innere Bremskonstruktion für Asynchronmotoren geringer Leistung, bei der im Schild (2) des Asynchronmotors bogenförmige Bremsbeläge (4) befestigt sind und diesen Bremsbelägen (4) gegenüber in den Rotor (1) ein Bremsbecher (5), eine fluxusleitende Scheibe (6) mit einer Keilbahn (10) und eine Stützfeder (8) eingebaut sind. DOLLAR A Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß im Kranzkörper (15) eine gestreckte Ausfräsung (9) ausgebildet ist, in der ein Fluxusleitrohr (7) angeordnet ist, dessen eines Ende mit dem Kranzkörper (15) und dessen anderes Ende mit der eine Keilbahn aufweisenden fluxusleitenden Scheibe (6) verbunden ist, und im Inneren des Fluxusleitrohrs (7) eine Stützfeder (8) derart angeordnet ist, daß ihr eines Ende mit dem Kranzkörper (15) und ihr anderes Ende mit dem eine Keilbahn (10) aufweisenden Kurzschlußring (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine innere Bremskonstruktion für Asynchronmotoren geringer Leistung.

Das Wesen der erfindungsgemäßen inneren Bremskonstruktion besteht darin, daß im Inneren des Asynchronmotors ein Bremssystem ausgebildet ist, welches befestigte Bremsbeläge, einen Bremsbecher, eine fluxusleitende Scheibe und eine Keilbahn enthält, an die sich in der gestreckten Ausfräsung des Kranzkörpers ein Fluxusleitrohr und eine Stützfeder anschließen.

In Fachkreisen ist bekannt, daß es beim Antrieb von Werkzeugmaschinen oftmals erforderlich ist, den Motor nach Beendigung einer Arbeitsphase so schnell wie möglich anhalten zu können. Diese Aufgabe besteht nicht nur beim Antrieb von Werkzeugmaschinen, sondern zum Beispiel auch bei von Hand gelenkten tragbaren Vorrichtungen und bei in zwei oder drei Dimensionen betriebenen kleinen Maschinen. Diese kleinen Maschinen sind oftmals mechanischen Aufbaus, und ihr Antrieb erfolgt mit Hilfe von Asynchronmotoren. Derartige Geräte dienen im all­ gemeinen der Gartenpflege, wie zum Beispiel Rasenmäher oder Kreissägen usw.

Der Betrieb derartiger kleinen Maschinen ist im allgemeinen dort verbreitet, wo eine elektrische Energiequelle unmittelbar zur Verfügung steht beziehungsweise das Legen einer Leitung keine Schwierigkeiten macht. Für das Betreiben dieser kleinen Maschinen ist es eine grundlegende Anforderung, daß nach dem Abschalten des Stromes der Motor innerhalb sehr kurzer Zeit zum Stehen kommen muß.

Gegenwärtig kann nach allgemeiner Fachansicht das Bremsen der beweg­ lichen Masse des Motors auf mechanische und auf elektrische Weise erfolgen. Bei letzteren Lösungen werden gerade diejenigen Eigenschaften der Asynchronmotoren ausgenutzt, daß sie in zwei Fällen ein Bremsmoment ausüben.

Eines dieser beiden Verfahren ist die Methode des sog. Gegenstrombremsens. Das Wesen dieses Verfahrens besteht darin, daß bei einem mit dem Slip von s ≈ 0 laufenden Dreiphasenmotor zwei seiner Klemmen vertauscht werden, wodurch sich die Drehrichtung des Drehfeldes umkehrt, s wird ≈ 2, und der Motor bleibt durch das entstehende Bremsmoment stehen. Bei diesem Verfahren ist es allerdings sehr wichtig, daß eine automatische Schalteinrichtung verwendet wird, weil sich der Motor anderenfalls nach dem Stillstand in die entgegengesetzte Richtung drehen würde.

Die andere Methode beruht darauf, daß ein Bremsmoment auch dann entsteht, wenn der Slip der Maschine negativ ist, d. h. wenn sie mit einer Drehzahl, die größer ist als die Synchrondrehzahl, als Generator arbeitet.

Für beide dieser natürlichen Methoden zum inneren Bremsen des Motors ist charakteristisch, daß sie in der Ausführung zu kompliziert und für den betrachteten Fall nicht anwendbar sind, weil sie wegen der Gebrauchsbedingungen der Maschinen nur auf höchst komplizierte Weise realisierbar wären. Infolgedessen ist es zweckmäßiger, das innere Abbremsen der Asynchronmotoren auf mechanischem Wege zu lösen.

In der Fachliteratur sind die Verfahren des mechanischen Bremsens und ihre konstruktiven Ausführungen weniger beschrieben, ihre Anwendung ist nur in einem engeren Kreis der unmittelbar interessierten Herstellerwerke bekannt.

Eine moderne Lösung des Problems ist in dem europäischen Patent EP 0 136 282 (angemeldet am 29.08.1984) beschrieben. Die mechanische Abbremsung wird dort an Hand eines Beispiels beschrieben. Die bremsenden Elemente befinden sich auch hier im Inneren des Motors. Die rotierenden Bremselemente sind auf dem Rotorkäfig angebracht, während im Schild des Motors Bremsbeläge befestigt sind. An einem Ende des auf dem Bremskörper angeordneten Kurzschlußringes sind schrägwandige Ausläufer ausgebildet, welche während des Bremsens in die Ausfräsungen des ihnen gegenüber angeordneten Elementes eingreifen. Der Bremskörper wird im Stillstand durch eine Feder an die befestigten Bremsbeläge gedrückt. Im weiteren werden in der zitierten Patentschrift unterschiedliche Ausführungen der Bremsbahnen vorgeschla­ gen.

Eine im wesentlichen ähnliche Lösung ist in dem Patent EP 0 360 779 (ange­ meldet am 21.09.1988) beschrieben, unterschiedlich ist hier die Ausführung der ineinander eingreifenden Konstruktionselemente.

Eine weitere Lösung ist aus dem ungarischen Patent HU 195 934 (angemeldet am 19.09.1985) beschrieben. Bei dieser Lösung zur Ausgestaltung einer inneren Bremse für Zwergasynchronmotoren ist der im Innenraum des Motors befindliche Rotor mit einer Bremsvorrichtung zusammengebaut, bei der dem im Schild des Motors befestigten Bremsbelag ein an seiner ferromagnetischen Innenfläche durch eine Feder abgestützter Becher zugeordnet ist, in welchem sich eine mit einer Keilbahn versehene Scheibe befindet. Die Scheibe ist so angeordnet, daß die am Kurzschlußring ausgebildeten Nocken, Zapfen in die Keilbahn eingreifen und die Scheibe auf der Innenfläche des unteren Bodens des Bechers aufliegt.

Beim heutigen Stand der Technik erfolgt auf den bereits genannten Anwendungsgebieten das Bremsen der Motoren von kleinen Maschinen fast ausschließlich mittels mechanischen Bremsens.

Aus der angeführten Fachliteratur ist eindeutig zu erkennen beziehungsweise aus der Konstruktion der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann gefolgert werden, daß sämtliche Lösungen einen gemeinsamen Nachteil haben, nämlich den, daß zum Bremsen das Streufeld des Rotors verwendet werden, wodurch die Bremsleistung des Motors bescheidener, seine Funktion unsicherer wird.

In Kreisen der Benutzer von kleinen Maschinen der beschriebenen Art ist ein Bedürfnis dafür vorhanden, daß die Abbremsung der Asynchronmotoren zuverlässiger und stabiler sein sollte.

Dieses Bedürfnis wird von der erfindungsgemäßen Lösung befriedigt. Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß die Bremswirkung zwischen der Rotorbremsscheibe und den im Schild des Motors angeordneten Bremsbelägen ent­ steht, und wenn man sie - neben einer neuartigen Ausgestaltung der Konstruktions­ elemente in diesem Innenraum - mit einem abgelenkten Teil des die Bremse bewegenden Hauptmagnetfeldes erzeugt, die genannte Zielstellung erreicht werden kann.

Zur Realisierung dieser Zielstellung und dem Beweis der experimentellen Ergebnisse wurde eine innere Bremsvorrichtung für Asynchronmotoren geringer Leistung ausgearbeitet, bei der im Schild des Asynchronmotors Bremsbeläge bogenförmig befestigt sind. Die Bremsbelägen gegenüberliegend sind in den Rotor ein Bremsbecher, eine fluxusleitende Scheibe mit einer Keilbahn und eine Stützfeder eingebaut. Im Kranzkörper ist eine gestreckte Ausfräsung ausgebildet, in welcher ein luxusleitrohr angeordnet ist, dessen eines Ende mit dem Kranzkörper und dessen anderes Ende mit der eine Keilbahn aufweisenden fluxusleitenden Scheibe verbunden ist.

Den Aufbau der erfindungsgemäßen Bremskonstruktion zeigen die Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt die Bremskonstruktion im Schnitt, während in

Fig. 2 eine zweckmäßige Ausführungsform der Keilbahn veranschaulicht.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind im Schild 2 des Asynchronmotors in Bogenform Bremsbeläge 4 befestigt. Gegenüber den Bremsbelägen 4 sind in den Rotor 1 ein Bremsbecher 5, eine fluxusleitende Scheibe 6 mit einer Keilbahn 10 und eine Stützfeder 8 eingebaut. In dem Kranzkörper 15 ist eine gestreckte Ausfräsung 9 ausgebildet, in der ein Fluxusleitrohr 7 angeordnet ist, dessen eines Ende mit dem Kranzkörper 15 und dessen anderes Ende mit der die Keilbahn 10 aufweisenden fluxusleitenden Scheibe 6 verbunden ist. Im Inneren des Fluxusleitrohres 7 befindet sich die Stützfeder 8, deren eines Ende mit dem Kranzkörper 15 und deren anderes Ende mit dem Kurzschlußring 3 verbunden ist.

In Fig. 2 ist die Verbindung zwischen der Keilbahn 10, der Fluxusschließ­ platte 11, dem Nocken 12 und dem Kurzschlußring 13 dargestellt. Im weiteren werden noch die folgenden Konstruktionselemente bezeichnet: ein Plattenpaket 14 und der Rotor 16.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Bremskonstruktion kann an Hand der Fig. 1 und 2 verfolgt werden. Wird der Asynchronmotor unter Spannung gesetzt, so wird sich durch die Wirkung des entstehenden Fluxus der Bremsbecher 5 zusammen mit den sämtlichen anderen Konstruktionselementen entgegen der Kraft der Stützfeder 8 um etwa 2 mm von den am Motorschild 2 befestigten Bremsbelägen entfernen. Diese Entfernung besteht, so lange der Motor arbeitet, eine Bremswirkung entsteht nicht. Die zwischen dem Fluxusleitrohr 7 und der fluxusleitenden Scheibe 6 bestehende magnetische Kraftwirkung macht sich als Anziehung bemerkbar. Das Magnetfeld kann sich im Rotor an der Stelle der gestreckten Ausfräsung 9 nicht schließen. Das Fluxusleitrohr 7 leitet dieses Magnetfeld dadurch, daß es die fluxusleitende Scheibe mit der Keilbahn 10 an sich zieht, aus dem Rotor heraus. Wird die Speisespannung des Asynchronmotors abgeschaltet, hört wegen des Verschwindens der magnetischen Kraftwirkung das Magnetfeld auf zu bestehen. Die Stützfeder 8 bewegt an dem sich noch drehenden Rotor 16 die fluxusleitende Scheibe 6 mit der Keilbahn 10 in Richtung der Achse und drückt sie an die Bremsbeläge 4. Die durch die Federkraft verursachte Bremswirkung bremst die fluxusleitende Scheibe 6 bezogen auf den Rotor 1 ab. Der auf dem Kurzschlußring 3 befindliche Nocken 12 stößt auf die schräge Keilbahn 10 der fluxusleitenden Scheibe 6, und dadurch entsteht eine bedeutende, in Achsrichtung wirkende Kraft. Diese Kraft drückt die fluxusleitende Scheibe 6 mit einer die Federkraft um ein Mehrfaches übersteigenden Stärke mit der Keilbahn 10 gegen die Bremsbeläge 4. Das auf diese Weise entstehende Bremsmoment vermindert die Drehung des Rotors 1 sehr wirksam bis zum völligen Stillstand. Mit dem Sinken der Drehzahl des Asychronmotors wird die bremskraftverstärkende Wirkung der sich aufeinander bewegenden, schrägen Keilbahnelemente kontinuierlich schwächer und verschwindet beim Stillstand des Rotors 1 völlig.

Im abgeschalteten Zustand des Asynchronmotors wirkt auf den Rotor nur das von der Stützfeder 8 stammende Bremsmoment. Wird der Motor wieder unter Spannung gesetzt, so löst die magnetische Anziehungskraft die Kraft der Stützfeder 8 wieder auf die bereits beschriebene Weise.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremskonstruk­ tion sind der Bremsbecher 5 und der Kurzschlußring 3 mit der Keilbahn 10 durch Punktschweißung miteinander verbunden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Fluxusleitrohr 7 aus ferromagnetischem Material ausgebildet. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung­ form ist das Fluxusleitrohr 7 in der gestreckten Ausfräsung 9 durch eine Schrumpfbindung angeordnet.

Die erfindungsgemäße Bremskonstruktion verfügt im Vergleich mit Anord­ nungen ähnlicher Zweckbestimmung über zahlreiche Vorteile. Der bedeutendste Vorteil ist, daß mit Hilfe der Konstruktionselemente, die in der gestreckten Ausfräsung des Rotors angeordnet sind, der Fluxus, der ich im Rotor nicht schließen kann, in Achsrichtung herausgeleitet wird. Der auf diese Weise in Achs­ richtung herausgeleitete Fluxusteil kann sich in der fluxusleitenden Scheibe schließen, d. h. die die Bremse bewegende Kraft wird durch einen abgeleiteten Teil des magnetischen Hauptfeldes des Asynchronmotors erzeugt.

Beim Einschalten der Spannung zeigt diese Anordnung eindeutig eine Mehrwirkung, weil der in der vorgeschlagenen Weise aufgebaute Asynchronmotor zuverlässiger funktioniert.

Aus diesem Aufbau folgt die neuartige Funktionsweise, gemäß der ein Teil des Hauptfeldes - und nicht wie bei den bekannten Lösungen das Streufeld des Rotors - zum Betätigen der Bremse herangezogen wird.

Claims (4)

1. Innere Bremskonstruktion für Asynchronmotoren geringer Leistung, bei der im Schild (2) des Asynchronmotors bogenförmige Bremsbeläge (4) befestigt sind und diesen Bremsbelägen (4) gegenüber in den Rotor (1) ein Bremsbecher (5), eine fluxusleitende Scheibe (6) mit einer Keilbahn (10) und eine Stützfeder (8) eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Kranzkörper (15) eine gestreckte Ausfräsung (9) ausgebildet ist, in der ein Fluxusleitrohr (7) angeordnet ist, dessen eines Ende mit dem Kranzkörper (15) und dessen anderes Ende mit der eine Keilbahn (10) aufweisenden fluxusleitenden Scheibe (6) verbunden ist, und im Inneren des Fluxus­ leitrohres (7) eine Stützfeder (8) derart angeordnet ist, daß ihr eines Ende mit dem Kranzkörper (15) und ihr anderes Ende mit dem eine Keilbahn (10) aufweisenden Kurzschlußring (3) verbunden ist.

2. Bremskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsbecher (5) und der Kurzschlußring (3) mit der Keilbahn durch Punktschweißung aneinander befestigt sind.

3. Bremskonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluxusleitrohr (7) aus ferromagnetischem Material besteht.

4. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fluxusleitrohr (7) in der gestreckten Ausfräsung (9) durch Schrumpfbindung angeordnet ist.