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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten einer elektromagnetischen
Bremse sowie eine elektromagnetische Bremse.
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Elektromagnetische
Bremsen sind beispielsweise derart ausgebildet, dass das Öffnen der
Bremse durch Anlegen einer Spannung oder eines Stroms erfolgt und
die Bremse in strom- bzw. spannungslosem Zustand geschlossen ist.
Hierdurch kann eine hohe Sicherheit erzielt werden, die beispielsweise bei
Not-Aus-Schaltern
erforderlich ist. Beispielsweise sind derartige Bremsen auch bei
sicherheitsrelevanten Maschinen zweckmäßig, da, sobald ein Stromausfall
auftritt, automatisch ein Bremsvorgang eingeleitet wird. Prinzipiell
ist jedoch auch eine Umkehrung der Funktion möglich.
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Derartige
Bremsen, die in stromlosem Zustand geschlossen sind, weisen beispielsweise
eine Bremsscheibe sowie eine gegenüber der Bremsscheibe verschiebbare
Ankerscheibe auf. Durch das Verschieben der Ankerscheibe erfolgt
ein Schalten der Bremse, wobei die Bremse, sobald ein Abstand zwischen
der Ankerscheibe und der Bremsscheibe besteht, gelöst ist.
Zum Verschieben der Ankerscheibe ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen,
die eine elektrische Spule aufweist. Durch Anlegen einer Spannung
an die Spule fließt
in der Spule ein Strom, der ein Magnetfeld erzeugt, durch das die
Ankerscheibe angezogen wird. Hierdurch erfolgt ein Lösen der
Bremse, da durch das Anziehen der Ankerscheibe diese von der Bremsscheibe
entfernt wird. Ferner wirkt auf die Ankerscheibe eine Druckfeder
in Richtung der Bremsscheibe. Die Druckfeder bewirkt, dass, sobald
die Spule abgeschaltet und somit das Magnetfeld abgebaut wird, die
Ankerscheibe in Richtung der Bremsscheibe gedrückt wird und somit ein Schließen der
Bremse bewirkt. Ferner ist eine Umkehrung der Funktionsweise durch
Verwenden eines Permanentmagneten möglich.
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Aus
DE 195 48 517 B4 ist
es zum dosierten Aufbringen einer Bremskraft bekannt, beim Einleitung
einer Bremsung die Stromstärke
zunächst
zu verringern und den Strom sodann nach Ablauf einer Verzögerungszeit
vor dem ersten Berühren
des Bremsbelages mit der Bremsscheibe wieder zu erhöhen. Hierdurch
soll ein rückfreies
Bremsen ermöglicht
werden.
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Durch
Anlegen der Spannung an die Spule zum öffnen der Bremse steigt der
Spulenstrom. Ab einem bestimmten Spulenstrom und einer damit verbundenen
vorgegebenen Größe des Magnetfelds löst sich
die Ankerscheibe von der Bremsscheibe und bewegt sich in Richtung
der Spule. Die Größe des Magnetfeldes,
die zum Lösen
der Ankerscheibe von der Bremsscheibe erforderlich ist, ist insbesondere von
der durch die Feder aufgebrachte Druckkraft abhängig. Auf Grund der Änderung
der Spuleninduktivität
und der Arbeit, die gegen die Feder verrichtet werden muss, steigt
der die Spule durchfließende
Strom nach dem Lösen
der Ankerscheibe von der Bremsscheibe nur noch langsam an. Während der
sogenannten Flugzeit, unter der der Zeitraum verstanden wird, in
dem die Ankerscheibe den Weg von der Bremsscheibe zum Spulenkörper zurücklegt,
verringert sich der Spalt zwischen Ankerscheibe und Spulenkörper. Dies
hat zur Folge, dass der Strom am Ende der Flugzeit wieder schneller
ansteigt. Die Ankerscheibe wird während der Flugzeit auf Grund
des sich verringernden entsprechenden Luftspaltes immer stärker beschleunigt.
Am Ende der Flugzeit schlägt
die Ankerscheibe auf den Spulenkörper
auf. Auf Grund der inzwischen erreichten, relativ großen Geschwindigkeit
der Ankerscheibe kommt es hierbei zu störenden Geräuschentwicklungen. Dies ist
beispielsweise beim Einsatz derartiger Bremsen in Theatern und dgl.
störend.
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Zur
Reduzierung der Geräuschentwicklung beim öffnen einer
elektromagnetischen Bremse ist es bekannt, mechanische Dämpfer vorzusehen,
um den Aufprall der Ankerscheibe auf dem Spulenkörper abzufedern und die Geräuschentwicklung
zu verringern. Bei derartigen Maßnahmen handelt es sich jedoch
um relativ aufwändige
Konstruktionen. Ferner ist es erforderlich, die Bremsen einzustellen.
Insbesondere tritt Verschleiß auf,
der ein Nachjustieren erforderlich macht. Des Weiteren ist die Konstruktion und
Herstellung mechanisch gedämpfter
Bremsen kostenintensiv.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Geräuschentwicklung
beim Schalten elektromechanischer Bremsen zu verringern.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Schalten
einer elektromagnetischen Bremse gemäß Anspruch 1 bzw. eine elektromagnetische
Bremse gemäß Anspruch
8.
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Eine
Betätigungseinrichtung
der elektromagnetischen Bremse, die zum Verschieben der Ankerscheibe
relativ zu der Bremsscheibe dient, weist eine elektrische Spule
sowie eine mit der Spule verbundene Steuereinrichtung auf. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zum Betätigen
der Ankerscheibe die Spule mit einer Spannung bzw. Strom beaufschlagt.
Während
des Verschiebens der Ankerscheibe, insbesondere während der
gesamten Flugzeit der Ankerscheibe, wird die Stromaufnahme der Spule
gemessen. Hierbei kann die Messung kontinuierlich oder diskontinuierlich,
insbesondere nur zu interessierenden Zeitpunkten erfolgen. Hinsichtlich
der Stromaufnahme kann beispielsweise die tatsächliche Stromstärke oder
die Änderung
der Stromstärke
gemessen werden.
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Erfindungsgemäß wird in
Abhängigkeit
der Stromaufnahme die an der Spule anliegende Spannung und/oder
der die Spule durchfließende
Strom mit Hilfe der Steuereinrichtung verändert. Dies hat eine Änderung
der Bewegung der Ankerscheibe zur Folge. Durch eine geeignete Veränderung
der Spannung und/oder des Stroms in der Spule kann somit erzielt
werden, dass die Ankerscheibe insbesondere am Ende der Flugzeit,
d. h. insbesondere vor dem Auftreffen auf der Spule bzw. dem Spulenkörper abgebremst
wird. Ebenso ist es möglich,
durch Ändern der
Spannung und/oder des Stroms an der Spule die Bewegungsgeschwindigkeit
der Ankerscheibe während
der gesamten Flugzeit im Wesentlichen konstant zu halten. Um beispielsweise
ein schnelles öffnen
der Bremse zu ermöglichen,
ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung auch
möglich, zu
Beginn eine hohe Spannung an der Spule anzulegen, so dass sich die
Ankerscheibe schnell von der Bremsscheibe löst und die Kraft einer Spiralfeder oder
eines anderen Druckelements schnell überwunden werden kann. Nach
dem Lösen
der Ankerscheibe von der Bremsscheibe kann die Spannung und/oder
der Strom derart verändert
werden, dass zumindest am Ende der Flugzeit die Ankerscheibe eine
relativ geringe Geschwindigkeit aufweist. Das Verringern der Geschwindigkeit
der Ankerscheibe am Ende der Flugzeit hat zur Folge, dass die beim Aufprall
entstehenden Geräusche
erheblich reduziert werden können.
Das Vorsehen von mechanischen Dämpfungselementen
ist daher erfindungsgemäß nicht
mehr erforderlich. Ggf. zusätzlich
zu dem erfindungsgemäßen Vorsehen
einer entsprechenden Steuereinrichtung vorgesehene Dämpfungselemente
können
konstruktiv einfacher ausgebildet sein. Da durch das Vorsehen des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
das über
eine Steuereinheit einfach in vorhandene elektromagnetische Bremsen
integriert werden kann, die mechanische Konstruktion deutlich vereinfacht
ist, kann eine Kostenersparnis erzielt werden. Durch Verringerung
der Aufprallgeschwindigkeit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ferner der Verschleiß verringert
und somit die Lebensdauer der Bremsen erhöht.
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Erfindungsgemäß ist es
möglich,
den Zeitraum zwischen dem Anschalten der Spule, d. h. dem Beaufschlagen
der Spule mit Spannung und dem Anschlagen der Ankerscheibe an der
Spule bzw. dem Spulengehäuse
in unterschiedliche Bereiche zu unterteilen und nur den hier relevanten
zeitlich mittleren Bereich zu betrachten. Insbesondere ist eine
Einteilung in drei Bereiche vorteilhaft. Hierbei ist ein zeitlich erster
Bereich derjenige Bereich, in dem der Strom relativ schnell ansteigt.
In diesem Bereich liegt die Ankerscheibe noch an der Bremsscheibe
an. Es wird eine Kraft zum Lösen
der Ankerscheibe, d. h. insbesondere zum Überwinden der durch die Federelemente
aufgebrachten Druckkraft aufgebaut. In dem zweiten Bereich erfolgt
ein relativ langsamer Anstieg des Stroms bzw. eine geringe zeitliche Änderung
des Stroms. Während dieses
Bereichs durchläuft
die Ankerscheibe nach dem lösen
den Raum zwischen Bremsscheibe und Spule bzw. Spulenanschlag und wird
hierbei beispielsweise stetig beschleunigt, solang keine Veränderung
der an der Spule anliegenden Spannung erfolgt. In dem dritten Bereich
erfolgt sodann ein schneller Anstieg des Stroms bzw. eine schnelle
zeitliche Änderung
der Stromaufnahme. In den zweiten bzw. mittleren Bereich erfolgt
die erfindungsgemäße Steuerung
bzw. Regelung des der Spule zugeführten Stroms bzw. der an der
Spule anliegenden Spannung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens erfolgt ein Verändern
der Spannung bzw. des Stroms durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit
der gemessenen Änderung
des Stromanstiegs während
der Bewegung der Ankerscheibe. Hierbei wird vorzugsweise die Änderung
des Stromanstiegs nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne berücksichtigt.
Insbesondere ist diese Zeitspanne hierbei derart gewählt, dass
nur eine Berücksichtigung
des Stromanstiegs in der letzten Phase der Bewegung der Ankerscheibe,
d. h. unmittelbar vor dem Auftreffen bzw. Aufschlagen der Ankerscheibe
auf der Spule bzw. dem Spulenkörper
erfolgt. Die Messung der Stromaufnahme erfolgt somit erfindungsgemäß vorzugsweise
nur während
kritischer Zeitpunkte bzw. Zeitspannen. Ferner ist es auch möglich, die
Stromaufnahme erst nach Überschreiten
des Stroms einer vorgegebenen Stromgrenze bzw. Stromschwelle durchzuführen. Ferner
ist auch eine kontinuierliche Messung des Stroms bzw. der Spannung
möglich. Aus
der Strom- bzw. der Spannungsform kann sodann auf den Bewegungsverlauf
geschlossen werden. Der Strom bzw. die Spannung wird sodann in Abhängigkeit
des Bewegungsverlaufes variiert.
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Vorzugsweise
wird, nachdem die Ankerscheibe an dem Anschlag bzw. der Spule anliegt,
die Spannung und/oder der Strom erhöht, um ein dauerhaftes sicheres
Anliegen der Ankerscheibe sicherzustellen. Hierbei kann das Anliegen
der Ankerscheibe an dem Anschlag dadurch bestimmt werden, dass eine
gewisse Zeitspanne abgelaufen ist, ein Grenzstrom überschritten
wurde und/oder eine signifikante Stromänderung erfolgte. Das Erhöhen der
Spannung der Spule hat ferner den Vorteil, dass ein sicheres Schalten
der Bremse gewährleistet
ist. Es könnte
der Strom u. U. zu stark abgesenkt werden und die Bremse nicht öffnen. Durch
die kurzzeitige Erhöhung
des Stromes würde
die Bremse sicher schalten. Falls die Bremse ohnehin schon geöffnet hat,
entstehen keine zusätzlichen
Schaltgeräusche.
Die Absenkung des Stroms dient zur Leistungsreduzierung.
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Ebenso
kann das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren zum Lösen der
Bremse entsprechend auch beim Schließen einer elektromagnetischen
Bremse eingesetzt werden, um auftretende Geräuschentwicklungen zu verringern.
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Eine
erfindungsgemäß ausgebildete
elektromagnetische Bremse, die insbesondere zur Durchführung des
vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist,
weist eine Bremsscheibe und eine Ankerscheibe auf, die relativ zueinander
verschiebbar sind. Ferner ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen,
die zum Verschieben der Ankerscheibe und/oder der Bremsscheibe dient.
Die Betätigungseinrichtung
weist eine elektrische Spule und eine mit der Spule verbundene Steuereinrichtung
auf. Erfindungsgemäß ist die
Steuereinrichtung der elektromagnetischen Bremse derart mit der
Spule verbunden, dass eine Stromaufnahme der Spule von der Steuereinrichtung
gemessen wird und in Abhängigkeit
der Stromaufnahme der Spule zur Änderung
der Bewegung der Ankerscheibe die an der Spule anliegende Spannung
und/oder den die Spule durchfließende Strom verändert.
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Vorzugsweise
ist die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Bremse derart
ausgebildet, dass mit Hilfe der Steuereinrichtung das vorstehend
beschriebene Verfahren durchgeführt
werden kann.
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Ferner
weist die elektromagnetische Bremse vorzugsweise ein elastisches
Element, insbesondere ein oder mehrere Druckfedern auf, die die
Ankerscheibe bei ausgeschalteter Spule gegen die Bremsscheibe drücken. Ebenso
können
die elastischen Elemente auch die Bremsscheibe gegen die Ankerscheibe
drücken.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer
elektromagnetischen Bremse mit erfindungsgemäßer Steuereinrichtung,
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2 eine
schematische Darstellung eines Stromdiagramms über die Zeit sowie eines Spannungsdiagramms über die
Zeit bei nach dem Stand der Technik betriebenen elektromagnetischen
Bremsen, und
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3 eine
schematische Darstellung eines Stromdiagramms über die Zeit sowie eines Spannungsdiagramms über die
Zeit am Beispiel einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen, elektromagnetischen
Bremse.
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Eine
ruhestrombetätigte,
elektromagnetische Bremse weist Bremsbeläge 10 auf, die im
dargestellten Ausführungsbeispiel
an einem Rotor 12 befestigt sind. Der Rotor 12 ist über eine
Zahnnabe 14 drehfest mit einer nicht dargestellten Welle
verbunden.
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Eine
Ankerscheibe 16 wird durch mehrere am Umfang verteilt angeordnete
elastische Elemente 18, bei denen es sich im dargestellten
Ausführungsbeispiel
um Druckfedern handelt, in Richtung der Bremsscheiben 10 gedrückt. In
unbestromtem Zustand ist somit die Bremse in Eingriff, da die Ankerscheibe 16 gegen
die Bremsscheibe 10 gedrückt wird.
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Zum
Lösen der
Bremse wird an eine Spule 20 Spannung angelegt. Dies erfolgt
durch eine Steuereinrichtung 22 sowie eine nicht dargestellte
Energiequelle. Durch das Anlegen von Spannung an die Spule 20 steigt
der in der Spule fließende
Strom an und es wird durch die Spule 20 ein Magnetfeld
aufgebaut. Von dem Magnetfeld wird die Ankerscheibe angezogen und
in Richtung der Spule 20 bewegt. Die Bewegung der Ankerscheibe 16 erfolgt
solange, bis die Bremsscheibe 10 vollständig freigegeben ist und die
Ankerscheibe 16 an einem Spulenträger 24 bzw. einem
Anschlag anliegt, wobei der Spulenträger 24 im dargestellten
Ausführungsbeispiel
einerseits als Anschlag für
die Ankerscheibe 16 und andererseits zur Aufnahme der Spule 20 dient.
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Die
Steuereinrichtung 22 ist über elektrische Leitungen 26 mit
der Spule verbunden. Hierdurch ist es möglich, den in der Spule 20 fließenden Strom bzw.
die Stromaufnahme der Spule 20 in Abhängigkeit der Zeit zu detektieren.
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Der
Spannungs- und Stromverlauf bei einer elektromechanischen Bremse
nach dem Stand der Technik ist in 2 dargestellt.
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Aus
der Spannungs-Kurve ist ersichtlich, dass zum Schalten der Bremse
zum Zeitpunkt t0 eine Spannung U eingeschaltet
wird. Diese konstante Spannung liegt an der Spule an bis die Bremse
wieder geschlossen und die Spannung zu einem Zeitpunkt t1 wieder auf "0" gesetzt
wird.
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Nach
dem Einschalten der Spannung zu dem Zeitpunkt t0 steigt
der in der Spule fließende Strom
bis zu einem Zeitpunkt t2 an, zu dem sich
die Ankerscheibe von der Bremsscheibe löst. Anschließend steigt
der Strom in der Spule während
der Bewegung der Ankerscheibe, d. h. während der Flugzeit, nur noch
langsam an. Erst am Ende der Flugzeit, d. h. kurz bevor die Ankerscheibe 16 den
Anschlag 24 berührt,
erfolgt ein stärkeres
Ansteigen des Stroms I, wobei die Ankerscheibe an dem Anschlag zu
einem Zeitpunkt t3 anschlägt.
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Dem
in 3 dargestellten Diagramm ist als Beispiel ein
Verlauf der Spannung sowie des Stroms über der Zeit dargestellt, wobei
die Spannung zur Verringerung der Geräuschentwicklung beim Aufschlag
der Ankerscheibe 16 auf den Anschlag 24 zu einem
Zeitpunkt t4 verringert ist.