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Asynchronmotor mit einer Vorrichtung zur Übertragung eines Bremsmomentes
Die Erfindung betrifft einen Asynchronmotor mit einer Vorrichtung zur Übertragung
eines Bremsmomentes, wobei diese Vorrichtung aus mindestens zwei Elementen besteht,
die sich gegenenander längs der Motorwelle verchieben können und deren eines auf
der Motorwelle derart befestigt ist, daß es mit dieser Welle in Drehung versetzt
wird, während das andere zumindest ein bewegliches Teil hat, von dem mindestens
ein Teil magnetisierbar und der elektromagnetischen Wirkung des Stators derart ausgesetzt
ist, daß es, wenn der Stator mit elektrischem Strom gespeist wird, in eine ausgerückte
Stellung geführt wird, und wobei die Vorrichtung mindestens eine Scheibenfeder aufweist,
die dauernd bestrebt ist, das bewegliche Teil in eine vorbestimmte eingerückte Stellung,
d. h. Bremsstellung, zu führen und es dort zu halten.
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Ein Asynchronmotor mit einer Vorrichtung zur Übertragung eines Bremsmomentes
dieser Art ist an sich bekannt. Er hat jedoch den Nachteil, daß die Kraft, die durch
die Scheibenfeder auf die Bremsvorrichtung ausgeübt wird, nicht regulierbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, durch welche
die Kraft der Scheibenfeder, die auf die Bremsvorrichtung wirkt, regulierbar verstärkt
werden kann. Darüber hinaus soll die Anordnung gemäß der Erfindung die Möglichkeit
geben, die Vorrichtung erforderlichenfalls augenblicklich außer Betrieb zu setzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich der Asynchronmotor gemäß der
Erfindung dadurch aus, daß die Scheibenfeder Wülste aufweist, die auf das genannte
bewegliche Teil einwirken, vorzugsweise mittels einer Scheibe, die ebenso Wülste
trägt, welche mit den genannten Wülsten zusammenarbeiten, wobei die Form und Anordnung
der Wülste hinsichtlich der Motorwelle derart ist, daß eine gegenseitige Winkelveränderung
der Federscheibe hinsichtlich des beweglichen Teiles und vorzugsweise hinsichtlich
der letztgenannten Scheibe eine Veränderung der Verstärkung der durch die Scheibenfeder
ausgeübten Kraft oder sogar die Vorrichtung zur Übertragung eines Bremsmomentes
außer Betrieb zu setzen erlaubt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei auf die Zeichnungen
Bezug genommen wird.
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Fig. 1 ist im Aufriß ein Teilschnitt eines Motors gemäß der Erfindung;
Fig.2 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 dar; Fig.3, 4, 5 und 6 sind
Vorderansichten von in Fig. 1 dargestellten Elementen; Fig. 7 stellt einen Querschnitt
zu Fig. 6 dar; Fig.8 zeigt ein Diagramm, das die Kraft-Weg-Kurve des verwendeten
elastischen Teiles darstellt; Fig. 9 ist ein Aufriß im Schnitt von einer Ausführungsvariante
des verwendeten elastischen Teiles; Fig. 10 und 11 sind Varianten der Fig. 1.
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In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende
Elemente oder Elemente mit entsprechenden Funktionen.
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Der dargestellte Motor ist ein Asynchronmotor, der ein- oder mehrphasig
sein kann, mit einer Vorrichtung zur Übertragung eines Bremsmomentes, also einer
Motorbremse.
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Er besteht aus einem Stator 1 und einem Rotor 2, der festgespannt
auf der Welle 3 montiert ist.
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Der Rotor ist ein normaler Rotor eines Asynchronmotors; das gleiche
gilt für den Stator.
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Der Motor hat außerdem Wicklungen 5, welche die gleichen wie bei einem
normalen Motor sind.
Die Welle 3 wird von zwei Kugellagern wie das
mit 6 bezeichnete Kugellager getragen; diese Kugellager sind in normalen Lagerschilden
wie der mit 7 bezeichnete, der einen Ringkranz 8 trägt, angeordnet.
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Die eigentliche Bremse ist eine Scheibenbremse -könnte aber auch eine
Konusbremse sein - und kann eine oder mehrere bewegliche Scheiben haben.
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In Fig. 1 ist eine bewegliche Scheibe 9 dargestellt, welche in Fig.
3 in Vorderansicht zu sehen ist. Diese Scheibe zeigt eine Innenverzahnung 10, die
mit einer auf der Außenseite eines Kernes 11 angeordneten entsprechenden Verzahnung
zusammenarbeitet, wobei der Kern 11 derart durch eine Mitnehmerverkeilung 12 mit
der Welle einstöckig ist, daß die Scheibe 9 von der Welle 3 bei ihrer Drehbewegung
mitgenommen wird, daß- sie jedoch in Längsrichtung der Welle auf dem Kern 11 gleiten
kann.
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Beiderseits der beweglichen Scheibe 9 sind zwei Scheiben 13 und 13'
angeordnet, deren eine Scheibe 13 in Fig:4 in Vorderansicht zu sehen ist. Diese
Scheiben 13 und 13' tragen an ihrer Außenseite fünf Nuten 14, in die vier Montageschrauben
15 des Motors und ein Bolzen 16 zum Eingriff kommen. Diese Scheiben werden durch
ihren äußeren Rand im Lagerschild 7 geführt, haben aber ausreichend Spiel, um sich
leicht bewegen zu können.
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Daraus ergibt sich, daß die Scheiben 13 und 13' sich nicht drehen
können, wohl aber frei in dem Lagerschild 7 geführt sind.
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Die Scheiben 9, 13 und 13' sind die Bremsscheiben. Sie können auf
den zum Bremsen bestimmten Seiten Bremsbeläge tragen oder aus einem geeigneten Metall
hergestellt sein.
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Die dargestellte Vorrichtung hat weiterhin eine Scheibe 17 aus getriebenem
Stahl, deren Vorderansicht in Fig. 5 zu sehen ist. Diese Scheibe trägt einen Wulst
18 in Form eines Ringkranzes und auf der gegenüberliegenden Seite eine bestimmte
Anzahl (im vorliegenden Beispiel vier) Wülste 19, die so wie dargestellt angeordnet
sind. Ihr äußerer Rand trägt außerdem ein Stück Verzahnung 20, die mit einem gezahnten
Ritzel 21 zusammenarbeitet, das einstöckig mit dem Bolzen 16 ist. Die Scheibe 17
ist mit ihrem inneren Rand auf einem Zylinder 22 aus magnetisierbarem Metall geführt.
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Der Zylinder 22 ist in Längsrichtung beweglich; er wird von einer
Federscheibe 23 gehalten, die in Fig. 6 in Vorderansicht und in Fig. 7 im Schnitt
dargestellt ist.
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Diese Federscheibe 23, die zuvor zusammengedrückt wurde, um ihr eine
bestimmte Federung zu geben, trägt auf ihrem äußeren Rand vier Nuten 24, in welche
die vier Montageschrauben 15 des Motors zum Eingriff kommen. Sie wird im Lagerschild
7 mit ihrem äußeren Rand geführt und legt sich in demselben gegen einen Stellring
25 an. Sie hat dieselbe Zahl Wülste 26 wie die Scheibe 17, aber diese Wülste sind
radial angeordnet. Ihr innerer Rand legt sich gegen einen Ansatz 30 am beweglichen
Zylinder 22 an.
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Wenn der Stator 1 des Motors nicht mit Strom gespeist wird, übt die
Federscheibe 23, die sich gegen den Stellring 25 anlegt, mit ihren Wülsten 26 (Fig.
2) auf die Wülste 19 der Scheibe 17 einen Druck aus. Die Scheibe 17 überträgt diesen
Druck mittels ihres Wulstes 18 auf die ihr benachbarte Bremsscheibe 13.
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Daraus folgt, daß die Gesamtheit der Scheiben 13, 13' und 9 zwischen
der Scheibe 17 und dem Ringkranz 8 des Lagerschilds 7 zusammengedrückt wird. Der
Druck der Federscheibe 23 erzeugt also ein Bremsmoment und hält die Scheibe 9, die
sich drehen kann, zwischen den Scheiben 13 und 1.3', die sich nicht drehen können,
eingepreßt.
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Die Welle 3 des Motors ist also auf diese Weise durch ein Bremsmoment
unbeweglich gemacht. Sobald man die Statorwicklungen wie bei einem normalen Motor
unter Strom setzt, erzeugt der Einschaltstrom einen starken magnetischen Fluß; der
sich im Rotor 2 schließt und das Anlaßmoment erzeugt, das bestrebt ist, den Rotor
in Drehung zu versetzen. Solange dieser unbeweglich ist, oder beim Anlassen, setzt
er dem Kraftfluß einen großen Widerstand entgegen; daraus folgt, daß ein Teil dieses
Flusses bestrebt ist, sich über die Enden der Statorbleche im Zylinder 22 zu schließen.
Der Stator verhält sich also wie der feststehende Teil eines Elektromagneten, dessen
beweglicher Teil durch den Zylinder 22 dargestellt wird.
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Die so erzeugte Anziehungskraft auf den Zylinder ist größer als der
entgegenwirkende Druck der Federscheibe 23, so daß der Zylinder derart angezogen
wird, daß sein Ende 27 an die Statorbleche herangezogen und daran festgehalten wird.
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Bei dieser Bewegung nimmt der Ansatz 30 des Zylinders 22 den inneren
Rand der Federscheibe 23 mit und drückt diese zusammen, wobei die Federzusammendrückung,
die ihr anfänglich gegeben wurde, noch vergrößert wird. Die nicht mehr dem Druck
der Federscheibe 23 ausgesetzte Scheibe 17 hört auf, die Bremsscheiben 13, 13' und
9 gegeneinanderzudrücken; diese entfernen sich also voneinander, wobei die Scheibe
9 sich auf dem mit der Weile 3 einstöckigen Kern 11 längsbewegt und die Scheiben
13 und 13' längs im Lagerschild 7 gleiten. Die Welle 3 des Motors ist dann nicht
mehr gebremst und kann wie diejenige eines normalen Motors anlaufen.
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Im selben Maße, in dem sich die Geschwindigkeit des Rotors steigert,
verringert sich die auf den Zylinder 22 ausgeübte magnetische Anziehungskraft bis
auf einen bestimmten Wert.
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Die sich ergebende Wirkung auf die Scheibe 17 hängt also von der Charakteristik
der Federscheibe 23 ab.
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Im Diagramm der Fig. 8 sind in der Abszisse der Federweg und in der
Ordinate die Kräfte dargestellt. Man erreicht eine besonders günstige Arbeitsweise,
wenn man die Dicke dieser Federscheibe 23, das Verhältnis ihrer nutzbaren Durchmesser,
die Form ihrer Ausschnitte und das Material, aus dem sie hergestellt ist, so wählt,
daß sich eine Kraft-Weg-Kurve von entsprechend dem in Fig. 8 dargestellten Verlauf
ergibt, und zwar so, daß die Kraft a, die sie ausübt, wenn der Motor nicht gespeist
wird, dem geforderten Bremsmoment entspricht.
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Die Längsentfernung zwischen -den Ebenen der Aufstützpunkte der Scheibe
einerseits auf dem Stellring 25 und andererseits durch die Berührung der Wülste
26 und 19 wird s_ ä gewählt, daß sie den Wert a' (Fig. 8) hat, wenn die Bremskraft
auf neue Bremsscheiben ausgeübt wird.
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Der Kurvenpunkt beim Arbeiten wird in diesem Augenblick also A sein,
und die Federscheibe 23 wird bei der Montage der Anordnung auf einen Wert
ei vorweg zusammengedrückt.
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Wenn die Bremse unwirksam ist, d. h., wenn der Zylinder 22 an den
Statorblechen festgehalten wird,
ist der Kurvenpunkt beim Arbeiten
B; der ungefähr an der Stelle sitzt, wo die Kurve ein Minimum durchläuft. Es ist
zu erkennen, daß an dieser Stelle einem Federweg b' eine schwache Kraft
b entspricht, die genügt, um die Bremse unwirksam zu halten, während eine
viel bedeutendere Kraft a nötig war, um sie beim Anlaufen des Motors zu lösen.
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Es wurde oben gezeigt, daß die Kraft n auf die Federscheibe mittels
der Scheibe 17 übertragen wurde. Die Fig. 2, die noch einmal vergrößert die Federscheibe
23, die Scheibe 17 und die Scheiben 13 und 13' darstellt, zeigt einerseits, daß
die Kraft a verstärkt wird, bevor sie von der Federscheibe 23 auf die Bremsscheibe
13' übertragen wird, und andererseits, daß diese Verstärkung regelbar ist.
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In der Tat kann man die Scheibe 23 als einen Hebel ansehen, der um
seinenAufstützpunkt auf dem Stellring 25 schwenkt; von ihrem inneren Rand wird die
Kraft a mit dem Hebelarm E ausgeübt, während sie auf die Berührungspunkte zwischen
den Wülsten 26 und 19 mit dem Hebelarm F übertragen wird. Nennt man die auf die
Scheibe 13' an dieser Stelle übertragene Kraft ci', so erhält man: c@
' = _a E
F Die die Bremsung bewirkende Kraft ci ' ist also größer als die
Kraft a, die durch die magnetische Anziehung des Stators beim Lösen der Bremse überwunden
werden muß.
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Andererseits ist die Gestalt der Wülste 26 und 19 und ihre Anordnung
in bezug auf die Welle 3 so, daß man durch Veränderung der gegenseitigen Winkelstellung
der Scheiben 17 und 23 die Entfernung der Berührungspunkte der Wülste 19 mit den
Wülsten 26 zur Welle 3 verändert. Infolgedessen verschiebt man durch Verdrehen des
Balzens 16, der mit dem in die äußere Verzahnung der Scheibe 17 eingreifenden Ritzel
21 einstückig ist, den Berührungspunkt der Wülste 26 mit den Wülsten 19 und verändert
demzufolge die Länge des Hebelarmes F.
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Auf diese Weise kann man die Größe des Bremsmomentes in ausreichend
großem Verhältnis über und unter dem anfänglich gewählten Moment einstellen.
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Dreht man die Scheibe 17 so weit, daß die Wülste 19 außerhalb der
Wülste 26 zu liegen kommen, dann entspannt sich die Feder 23 und übt keinen Druck
mehr auf die Bremsscheiben aus, wodurch die Bremse augenblicklich außer Betrieb
gesetzt werden kann.
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Zurückkommend auf das Diagramm der Fig. 8, ist festzustellen, daß,
wenn die Bremsscheiben 9; 13 und 13' sich abzunutzen beginnen, sich der Punkt A
nach links verschiebt, um nach einer beträchtlichen Zahl von Einsätzen den Punkt
A 1 zu erreichen. Die Charakteristik der Federscheibe 23 wird demgemäß so gewählt,
daß dieser Punkt A 1 vollständig verbrauchten Bremsscheiben entspricht und daß der
Wert C, der die Änderung der Bremskraft zwischen dem Neuzustand und dem Außerbetriebnehmen
der Bremse darstellt, nur einen sehr geringen Prozentsatz des Wertes a ausmacht,
so daß man die Größe der Kraft, also des Bremsmomentes, als im wesentlichen trotz
der Abnutzung konstant bleibend betrachten kann.
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Während der Punkt A nach links wandert, bleibt der Punkt B unverändert.
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Hier ist noch darauf hinzuweisen, daß man auch mehrere zueinander
parallel angeordnete Bremsscheiben (Fig.9) verwenden kann, wodurch der Federweg
nicht verändert wird, aber der Druck um die Zahl der verwendeten Scheiben vervielfacht
wird: in diesem Falle trägt nur die mit der Scheibe 17 in Berührung stehende Scheibe
die Wülste 26.
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Es ist offensichtlich, daß man so für einen Motor mit gegebener Leistung
immer das gewünschte Bremsmoment erreichen kann.
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Der Stator braucht sich in nichts von einem normalen Stator zu unterscheiden,
und seine Wicklungen sind mit denen eines normalen Motors identisch, aber man kann
ihn durch einige zusätzliche Bleche 4 verlängern, deren innerer Rand leicht abgeschrägt
ist, wie in Fig. 10 gezeigt; in diesem Falle ist das Ende 27 des Zylinders 22 ebenfalls
abgeschrägt. Diese Anordnung kann die vom Stator 1 auf den Zylinder 22 ausgeübte
magnetische Anziehung vergrößern, und zwar sowohl beim Anziehen, wenn er in Bremsstellung
ist, als auch, um ihn angezogen zu halten.
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Fig. 11 stellt eine andere, vereinfachte Variante dar, die sich auf
eine sogenannte Konusbremse bezieht, wobei das bewegliche Teil 22 ein konisches
Teil 35 trägt, das sich, wenn der Stator nicht gespeist wird, an eine konische Scheibe
28 andrückt, welche mit der Motorwelle sowohl bezüglich der Drehbewegung als auch
hinsichtlich der Längsbewegung einstückig ist.
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In diesem Falle hindert eine mit dem Lagerschild 7 einstückige Verzahnung
29 das bewegliche Teil 22 daran, von der Motorwelle in Drehrichtung mitgenommen
zu werden und erlaubt zugleich seine seitliche Verschiebung.
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Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung keineswegs durch die
beschriebene Ausführungsform abgegrenzt wird und daß eine Vielzahl von Veränderungen
an derselben angebracht werden können, ohne aus dem Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung herauszugehen. So wurde hier vorausgesetzt, daß es um die übertragung
eines Bremsmomentes geht, aber man könnte selbstverständlich die Scheiben 13 und
die Ringkrone 8 nicht auf einem feststehenden Teil, sondern ebenso auf einer anderen
sich drehenden Welle so anordnen, daß ein Moment auf eine andere Maschine übertragen
wird.