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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanordnung und eine Bremsanordnung, insbesondere elektromagnetisch betätigbare Bremsanordnung, mit Welle.
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Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromagnet einen Magnetkörper zum Bündeln der von einer Spulenwicklung erzeugten magnetischen Feldlinien aufweist.
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Aus der
DE 26 01 121 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ist eine elektromagnetisch betätigte Bremse bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren zum Betreiben einer Bremsanordnung mit hohem Wirkungsgrad auszubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer Bremsanordnung, insbesondere elektromagnetisch betätigbaren Bremsanordnung, mit Welle, insbesondere mit abzubremsender Welle, sind, dass die Bremsanordnung einen Magnetkörper aufweist, insbesondere wobei der Magnetkörper aus ferromagnetischem Material ausgeführt ist,
wobei Ringwicklungen im Magnetkörper, insbesondere in zwei voneinander bezogen auf die Drehachse der Welle radial beabstandeten Ringnuten des Magnetkörpers, aufgenommen sind,
- - wobei die Ringachsen der Ringwicklungen jeweils mit der Drehachse der Welle zusammenfallen, insbesondere also ihr gleich sind,
und/oder
- - wobei die Ringwicklungen konzentrisch zueinander und/oder zur Drehachse der Welle ausgeführt sind
und/oder
- - wobei die Ringwicklungen koaxial zueinander und/oder zu der Drehachse der Welle ausgeführt sind,
insbesondere wobei die Ringwicklungen einen jeweils zueinander entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen,
wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Ringwicklungen elektrisch parallel geschaltet werden, insbesondere für einen ersten Zeitabschnitt, insbesondere zum schnellen Aufbauen eines Stroms,
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in einem auf den ersten Verfahrensschritt nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt die Ringwicklungen elektrisch in Reihe geschaltet werden, insbesondere dauerhaft, insbesondere zum energiesparenden dauerhaften Lüften der Bremsanordnung.
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Von Vorteil ist ein schnelles Lüften der Bremse und ein dauerhaft energiesparendes Halten im gelüfteten Zustand.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Windungszahl der beiden Ringwicklungen gleich groß
und/oder
der Querschnitt des Wicklungsdrahtes der ersten Ringwicklung ist größer als der Querschnitt des Wicklungsdrahtes der zweiten Ringwicklung, wobei die erste Ringwicklung radial außerhalb der zweiten Ringwicklung angeordnet ist,
insbesondere wobei die Querschnitte derart ausgeführt sind, dass der Ohm'sche Widerstand der ersten Ringwicklung dem Ohm'schen Widerstand der zweiten Ringwicklung gleicht oder um weniger als 20% davon abweicht. Von Vorteil ist dabei, dass der Übergang vom ersten Zeitabschnitt in die nachfolgende Zeit mit einem glatten Spannungsverlauf und auch Stromverlauf ausführbar ist.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Bremsanordnung, insbesondere elektromagnetisch betätigbare Bremsanordnung, mit Welle, insbesondere mit abzubremsender Welle, sind, dass i die Bremsanordnung einen Magnetkörper aufweist,
insbesondere wobei der Magnetkörper aus ferromagnetischem Material ausgeführt ist,
wobei Ringwicklungen im Magnetkörper aufgenommen sind,
- - wobei die Ringachsen der Ringwicklungen jeweils mit der Drehachse der Welle zusammenfallen, insbesondere also ihr gleich sind,
und/oder
- - wobei die Ringwicklungen konzentrisch zueinander und/oder zur Drehachse der Welle ausgeführt sind
und/oder
- - wobei die Ringwicklungen koaxial zueinander und/oder zu der Drehachse der Welle ausgeführt sind.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Betrieb der Bremsanordnung mit hohem Wirkungsgrad ausführbar ist. Denn infolge der Mehrzahl von Ringwicklungen ist durch unterschiedliche Bestromung eine Verringerung von Streufeldern erreichbar und somit schon bei geringem Strombedarf eine starke Magnetkraft erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ringwicklungen in, insbesondere bezogen auf die Drehachse der Welle, radialer Richtung jeweils voneinander beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass der Magnetkörper an vielen Bereichen weniger in die Sättigung kommt und somit das Austreten von Streufeld verringerbar ist. Die Bereiche tragen dabei wesentlich zum Umlenken der Feldlinien bei. Im radialen Zwischenbereich zwischen den Ringwicklungen ist hingegen eine Verstärkung erreichbar, die zu einer Vergrößerung der anziehenden Kraft führt, welche auf eine vor dem Magnetkörper sich befindende Ankerscheibe wirkt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anzahl der Ringwicklungen gerade. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad und/oder eine hohe Effizienz erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überlappen die von den jeweiligen Ringwicklungen in axialer Richtung überdeckten Bereiche miteinander oder gleichen einander. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst verlustarme und effiziente Feldführung im Magnetkörper erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ströme von in radialer Richtung nächstbenachbarte Ringwicklungen in Umfangsrichtung zueinander entgegengesetzt bestromt, insbesondere in Umfangsrichtung entgegengesetzte jeweilige Stromrichtungen aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass in den Bereichen, in welchen die Umlenkung der Magnetfeldlinien vorherrscht, eine Verringerung der Felddichte, insbesondere Feldliniendichte erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der jeweilige Wickelsinn von in radialer Richtung zueinander nächstbenachbarten Ringwicklungen zueinander entgegengesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass die Stromrichtung der beiden Ringwicklungen zueinander entgegengesetzt ist und somit eine Verringerung der Feldstärke in den Bereichen, in welchen die Feldlinien umgelenkt werden, bewirkbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Anzahl der Ringwicklungen zwei oder mehr als zwei. Von Vorteil ist dabei, dass eine Optimierung des Feldflusses im Magnetkörper erreichbar ist, so dass noch geringere Verluste auftreten und somit der Wirkungsgrad, also das Verhältnis von in einer Ankerscheibe erzeugter Magnetkraft zum dafür vorgegebenen Strom, möglichst hoch wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Drahtquerschnitt des Wicklungsdrahtes einer ersten Ringwicklung größer als der Drahtquerschnitt des Wicklungsdrahtes einer zweiten Ringwicklung, wobei die zweite Ringwicklung auf größerem Radialabstand zur Drehachse der Welle angeordnet ist als die erste Ringwicklung. Von Vorteil ist dabei, dass die von den jeweiligen Ringwicklungen erzeugte Flussdichte gleich groß gewählt werden kann, obwohl die umwickelten Flächen der Ringwicklungen unterschiedlich sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ringwicklungen in Vertiefungen des Magnetkörpers angeordnet und/oder aufgenommen,
insbesondere welche in axialer Richtung, insbesondere zur Ankerscheibe hin geöffnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine schnelle und einfache Fertigung sowie möglichst geringe Streufelder erreichbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Ankerscheibe, insbesondere aus einem ferromagnetischen Material, mit dem Magnetkörper drehfest verbunden und in axialer Richtung bewegbar angeordnet,
insbesondere wobei an dem Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Bremsbelagträger drehfest mit der Welle verbunden und in axialer Richtung relativ zur Welle verschiebbar angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine effiziente Betriebsweise erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein oder der Bremsbelagträger eine Innenverzahnung auf, welche auf eine Außenverzahnung der Welle oder auf eine Außenverzahnung eines ringartigen Mitnehmers, der drehfest mit der Welle verbunden ist, aufgeschoben ist und mit der Außenverzahnung im Eingriff ist, insbesondere so, dass der Bremsbelagträger drehfest mit der Welle verbunden ist und in axialer Richtung relativ zur Welle verschiebbar angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Bremsbelagträger von der Ankerscheibe auf eine Bremsfläche aufdrückbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf der von der Ankerscheibe abgewandten Seite des Bremsbelagträgers eine Bremsfläche angeordnet,
insbesondere wobei die Bremsfläche an einem Gehäuseteil oder an einem mit einem Gehäuseteil verbundenen Metallblech ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Bremsbelagträger mit seinen axial beidseitig angeordneten Bremsbelägen Reibkraft erzeugt. Ein erster Bremsbelag ist in Reibkontakt bringbar mit der Ankerscheibe und ein zweiter Bremsbelag des Bremsbelagträgers ist in Reibkontakt bringbar mit der Bremsfläche.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ankerscheiben in axialer Richtung zwischen dem Magnetkörper und dem Bremsbelagträger angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Ankerscheibe zum Magnetkörper hin beim Lüften und zum Bremsbelagträger hin beim Einfallen der Bremse bewegbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ringwicklungen elektrisch in Reihe geschaltet,
wobei zumindest eine der Ringwicklungen mittels eines steuerbaren Schalters, insbesondere mittels eines steuerbaren elektronischen Halbleiterschalters, kurzschließbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass für eine schnelle Erregung das Kurzschließen aktivierbar ist, da somit ein hoher Strom schnell aufbaubar ist und nachfolgend ein energiesparendes Halten des gelüfteten Zustands durch Öffnen des Schalters ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Windung einer jeweiligen Ringwicklung einen jeweiligen, im Wesentlichen konstanten Radialabstand zur Drehachse der Welle auf.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Windung einer jeweiligen Ringwicklung oder jede Ringwicklung jeweils um die Drehachse der Welle herumgewickelt und/oder läuft um die Drehachse der Welle vollständig um. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringwicklungen um die Drehachse der Welle herumlaufend ausgebildet sind und somit eine große umwickelte Fläche aufweisen.
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Wichtige Merkmale bei dem Elektromotor mit Bremsanordnung sind, dass die Welle die Rotorwelle des Elektromotors ist und das Gehäuseteil ein ein Lager der Rotorwelle aufnehmender Lagerflansch,
insbesondere wobei die Bremsfläche als fein bearbeiteter Oberflächenabschnitte des Gehäuseteils ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Bremsanordnung die Rotorwelle abbremsbar macht. Außerdem ist die Bremsanordnung im Elektromotor integriert anordenbar. Insbesondere ist die Bremsfläche an einem Gehäuseteil des Motors ausbildbar und somit Reibwärme der Bremsanordnung an die Umgebung über dieses Gehäuseteil abführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor einen Winkelsensor aufweist, der in axialer Richtung vom Magnetkörper beabstandet,
insbesondere wobei der kleinste Abstand zwischen dem Winkelsensor und dem Magnetkörper größer ist als der kleinste Abstand zwischen dem Winkelsensor und der Bremsfläche. Von Vorteil ist dabei, dass durch die erfindungsgemäße Verringerung des aus dem Magnetkörper austretenden Streufeldes der Winkelsensor eine fehlerarme Erfassung der Winkellage ausführt. Zur Ankerscheibe hin treten jedoch erfindungsgemäß Feldlinien mit einer hohe Dichte aus. Somit ist ein effizientes Betreiben der Bremse, also möglichst große Bremskraft bei möglichst kleinem Aufwand an Strom, ermöglicht.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist eine erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Bremse eines Elektromotors schematisch im Längsschnitt skizziert. Der gezeigte Schnitt ist auch als Grundflächenanordnung eines Rotationskörpers zu verstehen, der durch Rotation der gezeigten Grundflächenanordnung um die gestrichelt dargestellte Drehachse einer Rotorwelle des Elektromotors entsteht.
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Wie in 1 dargestellt, weist der Motor die Rotorwelle 1 auf, die über in Gehäuseteilen des Motors aufgenommenen Lagern drehbar gelagert ist.
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Mit einem der Gehäuseteile des Motors ist ein Magnetkörper fest, insbesondere drehfest, verbunden, in welchem zur Drehachse der Rotorwelle koaxial angeordnete Ringwicklungen (5, 6) aufgenommen sind.
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Mit der Rotorwelle 1 ist ein Mitnehmer 2 drehfest verbunden. Der Mitnehmer 2 ist ringartig ausgeführt und auf die Rotorwelle 1 aufgesteckt. Vorzugsweise ist eine Passfederverbindung zwischen dem Mitnehmer 2 und der Rotorwelle 1 vorgesehen.
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Der Mitnehmer 2 weist an seinem radialen Außenumfang eine Außenverzahnung auf.
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Auf den Mitnehmer 2 ist ein eine Innenverzahnung aufweisender Bremsbelagträger 3 derart aufgesteckt, dass die Außenverzahnung des Mitnehmers 2 mit der Innenverzahnung des Bremsbelagträgers 3 im Eingriff ist. Somit ist der Bremsbelagträger mit dem Mitnehmer 2 drehfest verbunden, wobei der Bremsbelagträger 3 trotzdem in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.
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Ein Magnetkörper 4 ist mit einem eine Bremsfläche aufweisenden Teil fest verbunden, insbesondere über Bolzen, die mit dem Magnetkörper 4 und dem Teil verbunden sind.
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Das Teil ist entweder als Metallblech ausgeführt, das an einem Gehäuseteil, insbesondere an einem ein Lager der Rotorwelle des Elektromotors aufnehmenden Lagerflansch, befestigbar ist oder das Teil ist als Gehäuseteil, insbesondere als ein Lager der Rotorwelle des Elektromotors aufnehmender Lagerflansch, ausgeführt, wobei das Gehäuseteil die Bremsfläche als fein bearbeiteter Oberflächenbereich aufweist.
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Eine in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse der Rotorwelle, zwischen dem Bremsbelagträger 3 und dem Magnetkörper 4 angeordnete Ankerscheibe ist drehfest mit dem Magnetkörper 4 und in axialer Richtung relativ zum Magnetkörper 4 verschiebbar angeordnet.
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Die Ankerscheibe 7 ist aus ferromagnetischem Material ausgeführt.
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Die Ankerscheibe 7 weist zwei zueinander koaxial angeordnete ringförmige Vertiefungen auf, die in axialer Richtung zur Ankerscheibe 7 hin geöffnet sind.
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Am Magnetkörper abgestützte Federelemente drücken auf die Ankerscheibe 7.
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In einer ersten dieser Vertiefungen ist eine erste Ringwicklung 5 aufgenommen. In der zweiten dieser Vertiefungen ist eine zweite Ringwicklung 6 aufgenommen.
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Die zweite Ringwicklung 6 umgibt die erste Ringwicklung 5 radial, wobei die zweite Ringwicklung 6 von der ersten Ringwicklung 5 radial beabstandet ist und in dem radialen Zwischenbereich zwischen der ersten Ringwicklung 5 und der zweiten Ringwicklung 6 Material des Magnetkörpers angeordnet ist.
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Der von der ersten Ringwicklung 5 in axialer Richtung überdeckte Bereich umfasst den von der zweiten Ringwicklung 6 in axialer Richtung überdeckten Bereich oder gleicht ihm.
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Die erste Ringwicklung 5 überdeckt in Umfangsrichtung den gesamten Umfangswinkelbereich um die Drehachse der Rotorwelle. Die erste Ringwicklung 5 ist also um die Drehachse der Rotorwelle herum ausgeführt.
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Ebenso ist die zweite Ringwicklung 6 überdeckt in Umfangsrichtung den gesamten Umfangswinkelbereich um die Drehachse der Rotorwelle. Die zweite Ringwicklung 6 ist also um die Drehachse der Rotorwelle herum ausgeführt.
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Die Ringachse der ersten Ringwicklung 5 gleicht der Ringachse der zweiten Ringwicklung 6.
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Die Ringachse der ersten Ringwicklung 5 gleicht der Drehachse der Rotorwelle. Die Ringachse der zweiten Ringwicklung 6 gleicht der Drehachse der Rotorwelle.
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Die Bestromungsrichtung in der ersten Ringwicklung 5 ist umgekehrt zu der Bestromungsrichtung in der zweiten Ringwicklung 6.
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Somit wird bei Bestromung der beiden Ringwicklungen (5, 6) die Ankerscheibe 7 entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper 4 hingezogen, insbesondere also die Bremse gelüftet, da somit der Bremsbelagträger 3 frei drehen kann.
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Bei Nichtbestromung der beiden Ringwicklungen (5, 6) hingegen wird die Ankerscheibe 7 von den Federelementen vom Magnetkörper 4 weg zum Bremsbelagträger 3 hingedrückt und somit der Bremsbelagträger 3 auf die Bremsfläche, die auf der von der Ankerscheibe 7 axial abgewandten Seite des Bremsbelagträgers 3 angeordnet ist.
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Wie in 1 gezeigt, ragen die Feldlinien nicht aus dem Magnetkörper 4 heraus, insbesondere nicht zum Winkelsensor 9, der axial vom Magnetkörper 4 beabstandet angeordnet ist, insbesondere auf der von der Ankerscheibe 7 abgewandten Seite des Magnetkörpers 4.
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Der Winkelsensor 9 ist geeignet zur Erfassung der Winkellage der Rotorwelle 1. Hierzu weist der Winkelsensor einen Rotor auf, der drehfest mit der Rotorwelle 1 des Elektromotors verbunden ist und relativ zu einem Stator des Winkelsensors 9 drehbar ist. Dieser Stator des Winkelsensors 9 ist drehfest, insbesondere fest, verbunden mit dem Gehäuseteil des Elektromotors, insbesondere über eine zwischengeordnete Haube. Vorzugsweise ist der Stator des Winkelsensors 9 hierzu mittels einer Drehmomentstütze des Winkelsensors 9 mit der Haube verbunden und diese Haube mit dem Gehäuseteil des Elektromotors.
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Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist auch die Reduktion von Streufeldern. Der Feldfluss wird konzentriert in die Ankerscheibe eingeleitet und somit effizient zur Erzeugung magnetischer Anziehungskraft genutzt.
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Vorzugsweise werden die beiden Ringwicklungen anfangs parallelgeschaltet, um einen Magnetfluss schnell aufzubauen, und danach in Reihe geschaltet, um ein stromsparendes dauerhaftes Lüften der Bremse zu bewirken.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden eine oder mehr weitere Ringwicklungen vorgesehen, die alle koaxial zu der ersten und/oder zweiten Ringwicklung ausgerichtet sind. Insbesondere sind diese eine oder mehr weiteren Ringwicklungen ebenfalls in einer jeweiligen Vertiefung des Magnetkörpers 4 aufgenommen. Die in radialer Richtung jeweils zueinander nächstbenachbarten Ringwicklungen weisen dabei eine zueinander entgegengesetzte Bestromungsrichtung auf.
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Bei einer geraden Anzahl von Ringwicklungen ist eine höhere Effizienz und ein höherer Wirkungsgrad erreichbar als bei einer ungeraden Anzahl, insbesondere die sich nur um Eins unterscheidet von der geraden Anzahl.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorwelle
- 2
- Mitnehmer
- 3
- Bremsbelagträger
- 4
- Magnetkörper
- 5
- erste Ringwicklung
- 6
- zweite Ringwicklung
- 7
- Ankerscheibe
- 8
- Feldlinien
- 9
- Winkelsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2601121 A1 [0003]
- DE 102016201271 A1 [0004]
- DE 29510168 U1 [0005]
- DE 102013203401 A1 [0006]
- DE 102013000603 A1 [0007]
