DE102007025081B4

DE102007025081B4 - Motorbremse

Info

Publication number: DE102007025081B4
Application number: DE200710025081
Authority: DE
Inventors: Frank Eckert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: WO2008145633A2; DE102007025081A1; WO2008145633A3

Abstract

Bremse für einen Motor, bei der ein Anker (10) durch ein Magnetsystem (20, 22) gegen einen Bremskörper (16, 18) ziehbar ist, um dort durch Reibschluss eine Bremswirkung erzielen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (10) unter der Wirkung eines durch das Magnetsystem (20, 22) erzeugten Magnetfelds verformbar ist und der Bremskörper (14) so ausgebildet ist, dass sich bei verformtem Anker (10) Formschluss des Ankers (10) mit dem Bremskörper (14) ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremse für einen Motor, insbesondere einen rotatorisch laufenden Motor. Zu derartigen Bremsen gehören üblicherweise Anker. Diese werden mit Hilfe eines Magnetfeldes, welches ein Magnetsystem der Bremse erzeugt, gegen einen Bremskörper gezogen. Eine Bremswirkung wird dann durch Reibschluss erzeugt. Durch die ausschließliche Verwendung von Reibschluss gilt eine solche Motorbremse nicht als „sichere Bremse". Formschluss scheidet nach bisherigen Überlegungen jedoch aus, weil Motorbremsen im Notstoppfall, der z. B. bei einem Ausfall der Versorgungsspannung eintritt, auch dynamische Bremsvorgänge ausführen können müssen. Bisher wird dies Problem dadurch gelöst, dass es zwei Bremseinheiten gibt, eine für einen dynamischen Bremsvorgang und eine reine Haltebremse. Eine übliche Motorbremse kann auch durch eine Steck-/Klemmeinrichtung erweitert werden.
Die Norm DIN EN 954-1, Kategorie 3 stellt bestimmte Anforderungen an Motorbremsen, die durch bisherige Bremsen nicht erfüllt werden.
So zeigt die DE 10 2004 042 820 A1 ein elektromagnetisches Bremssystem mit einer Bremsscheibe, die mit einer Welle gekoppelt ist, und einer in Bezug auf einen Grundkörper fixierten Bremsplatte. Die Bremsscheibe und die Bremsplatte weisen jeweils drei Plateaubereiche mit Rampen an jedem Ende auf. Diese Plateaubereiche sind derart gestaltet, dass die Plateaubereiche der Bremsscheibe in die Vertiefungen zwischen den Plateaubereichen der Bremsplatte hineinpassen und umgekehrt. Dadurch kann ein Bremsvorgang nach einer Gleitphase über die Oberseiten der Plateaubereiche mit einem formschlüssigen mechanischen Eingriff zwischen den Plateaubereichen der Bremsscheibe und der Bremsplatte enden, wodurch eine weitere Drehung der Welle verhindert wird. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn die Oberseiten der Plateaubereiche der Bremsschei be am Ende der Gleitphase über den Oberseiten der Plateaubereiche der Bremsplatte liegen.
Die DE 198 51 196 A1 beschreibt eine elektromagnetisch betätigte Bremse. Diese besteht aus einer verdrehsicher, aber axial bewegliche geführten Nockenscheibe, die ferromagnetisch ist und eine Mehrzahl von Nocken aufweist, die beim Bremsvorgang formschlüssig in die Aussparungen eines zu bremsenden drehbaren Teils eingreifen können. Hierzu wird die Nockenscheibe axial von einer kreisförmigen Blattfeder gegen das drehbare Teil gedruckt.
Als nachteilig bei einer derartigen Bremse ist jedoch der Umstand anzusehen, dass der dynamische Bremsvorgang durch Reibschluss je nach Drehzahl und Massenträgheitsmomente sehr kurz ist bzw. völlig fehlt und der Übergang zwischen Rotation und Stillstand des rotierenden Teils extrem kurz dauert.
Schließlich zeigt die DE 198 56 069 A1 eine elektromagnetisch betätigte Einflächenkupplung oder Einflächenbremse mit einem drehfest gekuppelten, metallischen Bremskörper, welcher eine erste Reibfläche aufweist, und mit einer mit dem zu bremsenden Bauteil verbundenen metallischen Ankerscheibe, die eine zweite Reibfläche aufweist. Zwischen der ersten und der zweiten Reibfläche ist eine dünne, leicht gewellte Lamelle aus Federstahl angeordnet, um Schaltgeräusche, die beim Ein- und Ausschalten der Bremse entstehen, zu reduzieren. Dabei findet der Bremsvorgang ausschließlich durch Reibschluss statt, und eine Haltebremsefunktion ist nicht vorhanden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bremse für einen Motor bereitzustellen, die besonders sicher ist, insbesondere wenn z. B. der Reibschluss wegen Verölens versagt.
Die Aufgabe wird durch eine Bremse mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Somit ist erfindungsgemäß der Anker der Bremse unter der Wirkung eines durch das Magnetsystem erzeugten Magnetfelds verformbar. Der Bremskörper ist so ausge bildet, dass sich bei verformtem Anker Formschluss des Ankers mit dem Bremskörper ergibt.
Durch das Bereitstellen eines verformbaren Ankers tritt somit zum Reibschluss Formschluss hinzu, und die erfindungsgemäße Bremse arbeitet als sichere Haltbremse.
Bevorzugt ist der Anker federgelagert und wird bei einer ersten, von dem Magnetsystem erzeugten Magnetfeldstärke gegen die Federkraft zu dem Bremskörper gezogen. Bei einer zweiten, von dem Magnetsystem erzeugten Magnetfeldstärke, die größer als die erste Magnetfeldstärke ist, wird dann der Anker verformt. Somit kann bei einem dynamischen Bremsen die erste Magnetfeldstärke erzeugt werden, und durch den Reibschluss entsteht dann die Bremswirkung. Steht das System, kann die Magnetfeldstärke erhöht werden, und der Anker verformt sich, so dass durch Formschluss ein sicherer Halt gewährleistet ist.
Üblicherweise ist bei einem rotatorischen Motor der Anker (wie auch der Bremskörper) ringförmig. Der Ring wird durch einen Außenkreis und einen Innenkreis definiert. Von dem Innenkreis des Rings des Ankers ausgehend sind bevorzugt Schlitze ausgebildet, und bevorzugt sind diese radial. Durch die radialen Schlitze ergeben sich zwischen Schlitzpaaren jeweils zungenartige Abschnitte des Ankers, die sich verbiegen können. Die Zungen sind besonders dann wohldefiniert, wenn die radialen Schlitze in regelmäßigen Winkelabschnitten angeordnet sind.
Die radialen Schlitze können sich durchaus recht weit in den Ring hinein erstrecken, z. B. in mehr als die Hälfte und bevorzugt in mehr als zwei Drittel der Breite des Rings hinein, wobei als Breite der Abstand zwischen Innenkreis und Außenkreis definiert ist.
Der Bremskörper kann in an sich bekannter Weise einen ringförmigen Außenpol und einen ringförmigen Innenpol aufweisen. Anders als üblich, stehen Außenpol und Innenpol jedoch nicht gleich weit in Richtung zu dem Anker hervor. Vielmehr soll der Innenpol, zumindest über einen vorbestimmten Winkelbereich, gegenüber dem Außenpol in der Ziehrichtung des Ankers zurückgesetzt sein. Damit bewegt sich der Anker bei der ersten Magnetfeldstärke lediglich gegen den Außenpol, wo der Reibschluss erzeugt wird. Die Zungen zwischen den radialen Schlitzen bewegen sich dann bei erhöhtem Magnetfeld gegen den Innenpol, wobei durch geeignete Definition des vorbestimmten Winkelbereichs der Formschluss erzeugt wird. Bei regelmäßigem Winkelabstand der radialen Schlitze ist es beispielsweise zweckmäßig, den vorbestimmten Winkelbereich, über den der Innenpol im Vergleich zum Außenpol zurückgesetzt ist, über mehr als zwei Winkelabstandseinheiten auszubilden, bevorzugt geringfügig mehr.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
1 bis 3 einen ausschnittsweisen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Motorbremse in unterschiedlichen Stadien des Bremsvorgangs darstellen,
4 eine Draufsicht auf den bei der Erfindung verwendeten Bremskörper darstellt und
5 eine Draufsicht auf den bei der Erfindung verwendeten Anker darstellt.
In einem rotatorischen Motor ist üblicherweise eine Welle durch einen Durchlass geführt. Eine Bremse ist aus Elementen gebildet, welche den Durchlass umgeben. Die Elemente sind somit in aller Regel ringförmig. Die 1 bis 3 zeigen einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines solchen Rings, 4 zeigt einen ringförmigen Bremskörper und 5 einen ringförmigen Anker.
Mit einer Motorwelle üblicherweise gekoppelt ist ein im Ganzen mit 10 bezeichneter ringförmiger Anker. Dieser ist federgelagert, wobei symbolisch eine Spiralfeder 12 dargestellt ist, in der Realität aber Blattfedern verwendet werden. Die Feder 12 erzeugt eine Federkraft F_F.
Ein Bremskörper 14 (vgl. 4) besteht aus einem Außenpolkörper 16 und einem Innenpolkörper 18. Zwischen beiden Kör pern 16 und 18 ist ein Dauermagnet 20 angeordnet. Ein zusätzliches Magnetfeld ist durch eine Spule 22 erzeugbar.
Im in 1 gezeigten Grundzustand ist der Anker 10 von dem Bremskörper 14, d. h. sowohl von dem Außenpolkörper 16 und dem Innenpolkörper 18 beabstandet. Wie in 4 gezeigt, umfasst der Innenpol 18 einen Bereich 24, der gegenüber dem Außenpol 16 zurückgesetzt ist. In 1 ist dieses Zurücksetzen daran zu erkennen, dass der Abstand 26 zwischen dem Anker 10 und dem Außenpol 16 kleiner ist als der Abstand 28 zwischen dem Anker 10 und dem Innenpol 18 (zumindest wenn der Querschnitt gemäß 1 durch den Bereich 24 verläuft).
Zur Erzeugung einer Bremswirkung wird durch Dauermagnet 20 und Spule 22 ein Magnetfeld mit einer Magnetkraft F_M erzeugt, welches den Anker 10 gegen die Kraft der Feder 12 in Richtung zu dem Bremskörper 14 zieht. Wegen des Zurückgesetztseins des Innenpols 18 kommt der Anker 10 zwar in Anlage an den Außenpol 16, nicht aber in Anlage an den Innenpol 18. Bei der so definierten Magnetkraft F_M bremst die Bremse ausschließlich reibschlüssig. Der Anker 10 ist nun, wie in 5 gezeigt, mit Schlitzen 30 versehen, welche ausgehend von dem Innenkreis 32 des ringförmigen Ankers 10 radial in Richtung zum Außenkreis 34 verlaufen. Die Schlitze erstrecken sich über mehr als Dreiviertel des Abstands zwischen Innenkreis 32 und Außenkreis 34. Die Schlitze sind um einen Winkel α beabstandet, gezeigt sind vorliegend Winkelabschnitte der Schlitze 30 von 45°. Der Bereich 24 ist somit so gewählt, dass er einen Winkelbereich überstreckt, der größer ist als der zweifache Winkelabstand der Schlitze 30. Vorliegend erstreckt sich der Bereich 24 somit über einen Winkel von mehr als 90°, bevorzugt von ca. 95° bis 105°.
Durch Erhöhen des durch die Spule 22 fließenden Stroms kann die Magnetkraft F_M erhöht werden. Unter der Wirkung dieser Magnetkraft F_M verbiegt sich nun der Anker 10, und zwar bewegen sich die zwischen den Schlitzen 30 ausgebildeten Zungen 36 in Richtung zum Innenpol 18. Es ergibt sich eine form schlüssige Verbindung zwischen den Zungen 36 und dem Innenpol 18, wodurch die Bremse zu einer besonders sicheren Haltebremse wird.
Die Feder 12 kann bei einer späteren Verringerung der Magnetfeldstärke der Spule 22 den Anker 10 wieder in die in 1 gezeigte Grundposition zurückverbringen.

Claims

Bremse für einen Motor, bei der ein Anker (10) durch ein Magnetsystem (20, 22) gegen einen Bremskörper (16, 18) ziehbar ist, um dort durch Reibschluss eine Bremswirkung erzielen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (10) unter der Wirkung eines durch das Magnetsystem (20, 22) erzeugten Magnetfelds verformbar ist und der Bremskörper (14) so ausgebildet ist, dass sich bei verformtem Anker (10) Formschluss des Ankers (10) mit dem Bremskörper (14) ergibt.
Bremse nach Anspruch 1, bei der der Anker (10) federgelagert ist und bei einer ersten, von dem Magnetfeldsystem (20, 22) erzeugten Magnetfeldstärke der Anker (10) gegen die Federkraft zu dem Bremskörper (14) gezogen wird, wobei bei einer zweiten, von dem Magnetsystem (20, 22) erzeugten Magnetfeldstärke, die größer als die erste Magnetfeldstärke ist, der Anker (10) verformt wird.
Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (10) ringförmig ist, wobei von einem Innenkreis (32) des Rings ausgehend radiale Schlitze (30) ausgebildet sind.
Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Schlitze (30) in regelmäßigem Winkelabstand (α) angeordnet sind.
Bremse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Schlitze (30) über mehr als die Hälfte und bevorzugt mehr als Zweidrittel der Breite des Rings verlaufen.
Bremse nach einem der Anspruche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper einen ringförmigen Außenpol (16) und einen ringförmigen Innenpol (18) aufweist, wobei der Innenpol (18) über zumindest einen vorbestimmten Winkelbereich (24) gegenüber dem Außenpol (16) in der Ziehrichtung des Ankers zurückgesetzt ist.
Bremse nach Anspruch 6 im Rückbezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vorbestimmte Winkelbereich (24) über mehr als zwei Winkelabstandseinheiten erstreckt.