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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrodynamische Bremseinrichtung für einen Universalmotor, gemäß dem Patentanspruch 1.
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Elektrodynamische Bremseinrichtungen sind in unterschiedlichen Auslegungen bekannt.
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US 6 236 177 B1 beschreibt eine Brems- und Steuerschaltung für einen Universalmotor, bei der einerseits ein Schaltmittel (
66) (Triac) zum Betreiben des Motors in Reihe mit dem Motor geschaltet ist, und andererseits ein Schaltmittel (
74) (Triac) zum Bremsen des Motors dem Anker parallel geschaltet ist, wobei der Anker zwischen der Feldwicklung (
62) angeordnet ist.
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Während des Motorbetriebes ist das Schaltmittel (74) parallel zum Anker nicht leitend, und während des Bremsbetriebes wird sowohl das Schaltmittel (66) und das Schaltmittel (74) angesteuert.
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EP 0 578 366 A2 beschreibt eine Bremseinrichtung für Universalmotoren, bei der Schaltmittel (
15,
18) zum Einsatz kommen, um die Feldwicklung (
12) und die Läuferwicklung (
11) mit dem Netz zu verbinden und/oder zu trennen, wobei die Schaltmittel Positionen aufweisen, bei der in der ersten Position die Läuferwicklung und die Feldwicklung mit dem Netz verbunden sind, und in der zweiten Position die Läuferwicklung kurzgeschlossen ist und das Netz nur mit der Feldwicklung verbunden ist.
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DE 103 17 636 A1 beschreibt eine Bremseinrichtung für einen Universalmotor, bei der zum Kurzschließen der Ankerwicklung (
18) während des Bremsbetriebes ein Kurzschlußschalter (
30) (Triac) vorgesehen ist, wobei der Kurzschlußschalter zur Ermittlung seines Schaltzustandes einen Steuereingang aufweist, und der Steuereingang des Kurzschlußschalters (
30) ist mit einer Steuereinheit (
28) verbunden, um während des Bremsbetriebes zur Vermeidung von Bürstenfeuer eine Phasenanschnittsteuerung des Kurzschlußschalters (
30) durchzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effektive und kostengünstige elektrodynamische Bremseinrichtung für einen Universalmotor zu schaffen, mit der eine gute Bremsung bei reduziertem Bürstenfeuer und geringem Bürstenverschleiß erzielt werden kann, um eine solche Bremseinrichtung bei einer mit einem gefährlichen Werkzeug bestückten Maschine einsetzen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung dargelegt.
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Die Vorteile der Erfindung werden im besonderen darin gesehen, daß ohne Umpolung einer Feldwicklung oder eines Ankers eine sanfte Schnellbremsung des Universalmotors bei einer guten Bürstenstandzeit erzielt wird. Der Anker ist während des Bremsbetriebes kurzgeschlossen, und die Feldwicklung ist durch eine spezielle Ansteuerung während des Bremsbetriebes aus einem Netz erregt. Eine sanfte Schnellbremsung wird vorwiegend über eine einfache Hardware und eine spezielle Software erreicht, wodurch die elektrodynamische Bremseinrichtung kostengünstig ist.
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Das Bürstenfeuer am Kollektor des Ankers wird während des Bremsbetriebes im besonderen dadurch reduziert, daß der Controller der Steuerelektronik ein Programm beinhaltet, womit ein schädlicher Aufbau eines erhöhten Lichtbogens am Kollektor unterbunden wird.
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Des weiteren besitzt die Bremseinrichtung eine Einrichtung für ein sicheres Erkennen des Motorbetriebes und des Bremsbetriebes, sowie eine Überwachung für die Betriebssicherheit der Steuerelektronik und der Schaltungsanordnung.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 und 2 Schaltungsanordnungen der elektrodynamischen Bremseinrichtung für einen Universalmotor,
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3 bis 5 Aufzeichnungen über Stromverläufe während eines Motorbetriebes und während eines Bremsbetriebes.
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1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der ein erster Triac 1 in einem ersten Netzanschluß a angeordnet ist und in Reihe mit dem Universalmotor liegt, und ein zweiter Triac 1' ist dem Anker 2 parallel geschaltet, wobei dem zweiten Triac 1' ein Umschaltglied S vorgeschaltet ist und in Reihe mit dem zweiten Triac liegt. Der Anker 2 ist zwischen der Feldwicklung 3, 3' geschaltet, und das Umschaltglied S ist an der einen Seite des Ankers angeschlossen, und der zweite Triac ist mit der einen Seite an einen Bremsbetriebskontakt e des Umschaltgliedes S, und mit der anderen Seite an der anderen Seite des Ankers angeschlossen, und ein Erkennungskontakt f des Umschaltgliedes S ist über eine Leitung 4 mit einer Steuerelektronik 5 verbunden. Während des Motorbetriebes ist das Umschaltglied S zum Erkennungskontakt f geschlossen, und der Motorbetrieb erfolgt über den ersten Triac 1, und während des Bremsbetriebes ist das Umschaltglied S zum Bremsbetriebskontakt e geschlossen, und der Bremsbetrieb erfolgt sowohl über den ersten Triac 1 als auch über den zweiten Triac 1'.
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Auf das Umschaltglied S kann verzichtet werden, wenn ein Signalgeberschaltglied der Steuerelektronik 5 zugeordnet ist. Vorzugsweise besitzt ein solcher Signalschalter zum sicheren Erkennen des Motorbetriebes und des Bremsbetriebes drei Anschlüsse.
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Zur Reduzierung des Bürstenfeuers während des Bremsbetriebes wird der erste und der zweite Triac 1, 1' speziell mit einem Programm eines Controllers der Steuerelektronik 5 angesteuert, wobei das Programm des Controllers so ausgelegt ist, daß während des Bremsbetriebes zuerst der erste Triac 1 angesteuert wird, womit der Motorbetrieb aktiviert ist, wobei durch eine vorgegebene Bürstenstellung eine optimale Kommutierung vorhanden ist, und nach einem vorbestimmten Zeitverzug wird jeweils innerhalb einer Halbwelle der zweite Triac 1' angesteuert, womit der Anker 2 kurzgeschlossen ist. Nun fließt das Netz direkt über die Feldwicklung 3, 3' und über den ersten und den zweiten Triac 1, 1', wobei der induzierte Strom des kurzgeschlossenen Ankers 2 mit über den zweiten Triac 1' fließt, und durch die Umkehrung des Feldes am Anker während des Bremsbetriebes ist durch die vorgegebene Bürstenstellung eine unzureichende Kommutierung am Anker vorhanden.
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Da jeweils innerhalb einer Halbwelle während des Bremsbetriebes vor dem tatsächlichen Bremsbetrieb kurzzeitig noch ein Motorbetrieb vorhanden ist, wird das Bürstenfeuer während der Kurzschließung des Ankers unterdrückt, und somit der Bürstenverschleiß verringert.
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Der Zeitverzug für die Ansteuerung des zweiten Triacs 1' ist so bemessen, daß der Motorbetrieb in einer jeweiligen Halbwelle während des Bremsbetriebes für eine bürstenschonende Stromwendung am Kollektor des Universalmotors ausreichend ist, und für einen Antrieb des Ankers 2 nicht ausreichend ist.
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Der Zeitverzug für die Ansteuerung des zweiten Triacs 1' ist vorzugsweise während der gesamten Bremszeit konstant. Der Zeitverzug kann aber auch jeweils innerhalb einer Halbwelle während des Bremsbetriebes variabel sein, so daß hiermit eine Bremszeit verringert ist und das Bürstenfeuer reduziert ist. Es kann auch am Anfang des Bremsbetriebes ein entsprechend hoher Zeitverzug vorhanden sein, wobei der Zeitverzug im weiteren Verlauf des Bremsbetriebes kontinuierlich abnehmen kann, und am Ende der Bremszeit der zweite Triac 1' unmittelbar nach dem ersten Triac 1, oder zeitgleich, oder vor dem ersten Triac 1 gezündet werden kann.
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Der Universalmotor kann auch beidseitig vom Netz getrennt sein.
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2 zeigt eine solche Lösung, bei der ein dritter Triac 1'' in einem zweiten Netzanschluß b angeordnet ist. Der erste und der dritte Triac 1, 1'' werden stets zeitgleich angesteuert. Hier ist der Steuerelektronik 5 ein Signalschalter S' zur Bestimmung des Motorbetriebes und des Bremsbetriebes zugeordnet. Der zweite Triac 1' der dem Anker 2 parallel geschaltet ist, kann über einen Shunt 6 überwacht werden. Wird nach dem Anschalten des Universalmotors ein zu hoher Stromfluß ermittelt, ist voraussichtlich der zweite Triac 1' leitend, und der Universalmotor wird sofort vom Netz getrennt. In einem solchen Fall kann eine Warnleuchte blinken.
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Die zuvor beschriebene elektrodynamische Bremseinrichtung ist besonders gekennzeichnet durch eine gute Stromwendung unter den Bürsten am Kollektor des Universalmotors während des Bremsbetriebes. Dieser besondere Vorteil wird dadurch erzielt, daß der parallel zum Anker 2 geschaltete Triac 1' mit einem speziellen Zeitverzug zu dem mit dem Universalmotor in Reihe geschalteten ersten Triac 1 angesteuert wird.
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Anhand der 3 bis 5 soll das zuvor beschriebene Verfahren näher erläutert werden, wobei stets die gleiche Phasenanschnittwinkelkurve zur Ansteuerung der Triacs 1, 1' zur Anwendung kommt.
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3 zeigt eine Aufzeichnung über einen Stromverlauf während eines Bremsbetriebes. Ein Leerlaufbetrieb des Universalmotors ist durch angeschnittene Vollwellen 7 eines Netzes dargestellt. Nach einer kurzen Pause beginnt der Bremsbetrieb, wobei der erste und der zweite Triac 1, 1' zeitgleich mit der Phasenanschnittwinkelkurve des Controllers der Steuerelektronik 5 angesteuert sind. In einem ersten zweidrittel Bereich 8 einer Bremszeit ist die Stromaufnahme der Feldwicklung 3 annähernd gleich. Dieses hat zur Folge, daß am Anfang des Bremsbetriebes die Bürsten stark feuern, wodurch die Bürsten abbrennen und der Kollektor beschädigt wird. In einem letzten drittel Bereich 9 der Bremszeit steigt die Stromaufnahme zu gering an.
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Aus der aufgezeichneten Linie des Drehzahlverlaufs 10 geht hervor, daß am Anfang des Bremsbetriebes die Bremsung zu stark ist und am Ende zu schwach ist.
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4 zeigt eine Aufzeichnung über einen Stromverlauf während des Bremsbetriebes, bei dem der zweite Triac 1' mit einem entsprechenden Zeitverzug nach dem ersten Triac 1 angesteuert ist, so daß in einer jeweiligen Halbwelle des Netzes zuerst ein Motorbetrieb, und danach ein Bremsbetrieb erfolgt. Die Triacs 1, 1' sind mit der gleichen Phasenanschnittwinkelkurve betrieben wie in der 3.
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Am Anfang 11 der Bremszeit ist die Stromaufnahme der Feldwicklung 3 in Bezug zu der 3 deutlich niedriger, wobei die Stromaufnahme im weiteren Verlauf leicht ansteigt und im letzten Drittel 12 der Bremszeit stark ansteigt.
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Mit einem Zeitverzug der Ansteuerung des zweiten Triacs 1' ist eine Kommutierung am Kollektor des Universalmotors deutlich verbessert und der Abbrand der Bürsten schon beachtlich reduziert. Aus dem Drehzahlverlauf 10 ist zu ersehen, daß am Anfang des Bremsbetriebes die Bremsung schwächer ist und danach verstärkt ist.
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5 zeigt eine Aufzeichnung über einen Stromverlauf während des Bremsbetriebes, bei dem der zweite Triac 1' mit einem optimalen Zeitverzug nach dem ersten Triac 1 angesteuert ist, so daß in einer jeweiligen Halbwelle des Netzes zuerst ein Motorbetrieb vorhanden ist und im Anschluß der Bremsbetrieb erfolgt, wobei der Zeitverzug so gewählt ist, daß die Stromwendung unter den Bürsten von der ablaufenden Kante der Bürsten hin zu der auflaufenden Kante verlegt ist, und hierdurch das Bürstenfeuer erheblich gesenkt ist, und der Zeitverzug so gewählt ist, daß der Anker während des Bremsbetriebes im Prinzip nicht angetrieben wird.
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Auch hier werden die Triacs 1, 1' mit der gleichen Phasenanschnittwinkelkurve betrieben, wobei am Anfang 13 der Bremszeit die Stromaufnahme der Feldwicklung 3 noch niedriger ist wie bei der 4, und im weiteren Verlauf steigt die Stromaufnahme kontinuierlich mäßig an, und zum letzten Drittel 14 hin steigt die Stromaufnahme zur Beschleunigung des Bremsverlaufs entsprechend hoch an. Zum Ende der Bremszeit wird die Feldwicklung mit Halbwellenpaketen 15 beaufschlagt.
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Aus dem Drehzahlverlauf 10 geht hervor, daß eine optimale Bremskurve erzielt ist. Am Anfang des Bremsbetriebes wird die Bremsung sanft eingeleitet und fortwährend überproportional verstärkt, und am Ende des Bremsbetriebes läuft die Bremsung sanft aus.
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Durch den Zeitverzug der Ansteuerung des zweiten Triacs 1' ist es von Vorteil einen ungeregelten Bremsbetrieb einzusetzen, und somit eine festeingestellte Phasenanschnittwinkelkurve zu verwenden, da bei einem geregelten Bremsbetrieb ein unruhiger Stromverlauf vorhanden ist, und hierdurch ein feuern der Bürsten verstärkt wird.
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Damit die Stromsprünge während des Bremsbetriebes gering gehalten werden können, und hiermit das Bürstenfeuer reduziert wird, betragen die Phasenanschnittwinkelschritte der Phasenanschnittwinkelkurve vorzugsweise einen halben Prozent (0,5%).
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Bei kürzer werdenden Bürsten kann der Andruck der Bürsten auf den Kollektor für eine vorgegebene Bremszeit nicht mehr ausreichend sein, da die Spannung des kurzgeschlossenen Ankers hierfür nicht ausreichend ist.
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Damit die Bremszeit wieder eingehalten werden kann, schaltet das Programm des Controllers der Steuerelektronik 5 auf eine weitere Phasenanschnittwinkelkurve um, bei der der Anschnitt der Halbwellen des Netzes geringer ist.
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Die elektrodynamische Bremseinrichtung kann alternativ auch mit Gleichstrom betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6236177 B1 [0003]
- EP 0578366 A2 [0005]
- DE 10317636 A1 [0006]
