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Elektromagnetisch betätigte Breraslüftvorrichtung für Federdruckbremsen
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Bremslüftvorrichtung für
Federdruckbremsen. Derartige Bremslüftvorrichtungen werden beispielsweise in der
Fördertechnik als Sicherungsvorrichtungen sowie an Werkzeugmaschinen verwendet.
Sie bestehen aus einem mit der Bremse zusammenwirkenden Magnetsystem, bestehend
aus Magnetkörper, Spule und beweglichem Anker. Beim Einschalten der Magnetspule
wird der Anker angezogen und lüftet dabei die Bremse gegen den durch Federn erzeugten
Bremsdruck.
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Man kann für die Anwendung von Bremslüftvorrichtungen zwei Hauptgebiete
unterscheiden, bei denen hinsichtlich der Wirkung der Bremslüftvorrichtung verschiedene
Bedingungen vorliegen. In dem einen Fall handelt es sich in erster Linie darum,
ein möglichst rasches öffnen und Schließen der Bremse zu erzielen, also die beiden
Extremwerte möglichst rasch und unmittelbar zu erreichen. Im anderen Fall handelt
es sich darum, die Zwischenwerte der Bremswirkung zwischen der geöffneten und angezogenen
Bremse beliebig regelbar zu durchlaufen.
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Ein Beispiel für die Anwendungsgebiete der ersten Art sind Werkzeugmaschinen,
bei denen die Aggregate beispielsweise an Elektromotore angebaut werden und Motor
und Bremsgerät mit demselben Schaltschütz geschaltet werden,. Beim Einschalten des
Motors muß die Bremse unverzüglich gelüftet werden. Hierfür sind zahlreiche verschiedene
praktische Beispiele bekanntgeworden. Diese bekannten Hubmagnete arbeiten üblicherweise
nach einer steigenden Hubkraftcharakteristik, d. h. bei einem federbelasteten
Anker, daß bei zunehmender Erregerstromstärke die Federlast durch den Anker mehr
und mehr aufgehoben wird. Wenn dann die Magnetkraft die Anfangskraft der Feder überwiegt,
zieht der Anker bei gleichbleibender Stromstärke plötzlich aus seiner Anfangsstellung
bis in die Endstellung: durch.
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Ein Beispiel für das zweite Anwendungsgebiet sind Hebevorrichtungen,
beispielsweise Krane. Hier ist es erwünscht, daß die zu befördernde Last unter Vermeidung
ruckartiger Bewegungen transportiert wird, wodurch die magnetische Lüftvorrichtung
elektrisch regelbar ausgebildet sein muß.
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Regelbare elektromagnetische Einrichtungen sind bekannt. So ist z.
B. ein Antrieb für Pressen mit einer --lektromagntischen Reibungskupplung bekannt,
deren Anpreßdruck durch Änderung der Erregerstromstärke regelbar ist. Aber auch
bei einer solchen regelbaren Anordnung arbeitet man, im Gebiet steigender Kennlinie,
da der Anker oder das von ihm betätigte Druckglied aus einer Rückstellung stets
erst den vollen Hubweg durchlaufen müssen, bis sie durch dieAnlage der Bremselemente
einen erhöhtenWiderstand erfahren und damit eine Regelung des Anpreßdrucks überhaupt
erst möglich wird.
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Es können, wie oben bereits erwähnt, jedoch auch bei elektromagnetisch
betätigten Bremslüftvorrichtungen Fälle auftreten, in denen eine Regelbarkeit der
Lüftkraft erforderlich ist. Dabei können die für Reibungskupplungen geeigneten Maßnahmen
nicht übernommen werden, da der Reibeingriff bei den Lüftvorrichtungen nicht durch
die magnetische Hubkraft, sondern durch eine fest vorgegebene Federkraft bestimmt
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugunde, eine elektromagnetisch betätigte
Lüftvorrichtung für Federdruckbremsen zu schaffen, bei der die Bremskraft nach Wunsch
nur teilweise oder mit einer vorbestimmten Änderungsgeschwindigkeit aufgehoben und
ein sanftes Einsetzen oder Lüften der Bremse erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Anker
und der mit diesem zusammenwirkende Magnetkörper in der Weise ausgebildet sind,
daß die beim Arbeitshub auf den Anker einwirkenden Anziehungskräfte mit fortschreitendem
Hub abnehmen. Bei der neuen Anordnung weist der magnetische Betätigungsteil also
fallende Kennlinien auf.
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Maßnahmen zum Erregen von Hubmagneten mit fallenden Kennlinien sind
seit langem bekannt. Dies ist durch entsprechende Ausbildung des aus Magnetkörper
und Anker bestehenden Magnetkreises ohne Schwierigkeit möglich. Durch die Erfindung
wird diese bekannte Tatsache vorteilhaft für die Lösung der gestellten Aufgabe ausgenutzt.
Die Federkaft der Breinsfedern, die von einem Anfangswert in der Bremsstellung bis
auf einen Maximalwert in der Lüft-Stellung mehr oder weniger linear ansteigt, steht
eine
von einem Maximalweit in der der Bremsstellung entsprechenden
Hubanfangsstellung des Ankers auf kleinere Werte während des Hubs abnehmende magnetische
Lüftkraft entgegen. Durch die Wahl einer entsprechenden Erregerstronistärke. kann
man nicht nur bei stillstehendem Anker die Federkraft bis auf jeden gewünschten
Wert aufheben, sondern auch den Anker in jeder gewählten ZwischensteRung auf seinem
Lüftweg irL stabiler Lage anhalten.
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Die Erfindung läßt sich besonders einfach verwirklichen, wenn man
als Magnet einen Schubmagaeten wählt, der im fallenden Teil seiner Hubkraftcharakteristik
arbeitet. Derartige Schubmagnete, sind allgemein bekannt. Hierunter werden Hubmagnete
mit einem kolbenförmigen Anker verstanden, der bei seinem Hub in eine zylindrsche
Führung des Ankergegenstäcks einläuft. Der Schubmagnet besitzt also in der Regel
seinen Arbeitsluftspalt an seinem Umfang und nicht auf seiner Stirnseite. Auf seinem
Weg nimm die Hubkraft zunächst bis zu einem Maximum zu, um danach wieder,abzufallen.
Man muß lediglich z. B. durch entsprechende Hubbegrenzung dafür sorgen, daß der
Anker nur im abfallenden Teil arbeitet, um den Schubmagneten für die Zwecke der
Erfindung einsetzen zu können.
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Bei Vorrichtungen, bei denen zwischen der Bremse und dem Magnetkörper
ein Ringanker angeordnet ist, ist dieser Ringanker vorteilhaft als an sich bekannter
Stufenanker ausgebildet, der mit einem entsprechend abgestuften Ringteil als Magnetkörper
zusammenwirkt.
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Damit die Vorrichtung genau und rasch auf die feinfühlige Regelung
ansprechen kann, ist es vorteilhaft, wenn der Ringanker auf Wälzkörpern innerhalb
des Magnetkörpers gelagert ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung; Fig. 2 veranschaulicht im Teilschnitt nach Linie II-II der Fig.
1 die Wälzkörperlagerung des Ankers; Fig. 3 ist ein Federkraft-Magnetkraft-Diagramm;
Fig. 4 zeigt eine typische Regelkennlinie.
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Bei der Bremslüftvorrichtung nach Fig. 1 und 2 besteht das
Magnetsystem aus dem U-förmigen Magnetkörper 1, der Magnetspule 2 und dem
ringförmigen Anker 3. Der Anker 3 ist innerhalb des Magnetkörpers
1 auf Wälzkörpern 14 gelagert, die in entsprechenden Aussparungen
15 des Ankers angeordnet sind.
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Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Federdrackbremse vorgesehen.
Diese, Bremse enthält - wie an sich bekannt - einen äußeren Lamellensatz
4, der in einem Ring 6 außenverzahnt gelagert ist, sowie einen inneren Lamellensatz
5, der auf einer Nabe 16
innenverzahnt verschiebbar ist. Den Abschluß
bildet eine Gegendruckscheibe 7.
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Die durch den Magnetkörper 1 hindurchtretenden Federn
8 drücken über den Anker 3 auf das Lamellenpaket 4, 5. Mittels
eines Nachstellrings 9 kann die Anpreßkraft der Federn 8 eingestellt
werden.
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Der Magnetkörper 1, 2 ist mit dem Ring 6 und der Gegendruckscheibe
7 durch mehrere am Umfang angeordnete Schrauben 10 zusammengehalten.
In dem Ring 6 sind je ein verschließbarer Öleinlaß 11 und
1
Ölauslaß 12 vorgesehen. Die Gegendruckscheibe 7 ist gegenüber der
Nabe 16 durch eine Gummimanschette 13 abgedichtet. Die Vorrichtung
arbeitet so, daß bei Erregung des Magnetkörpers 1, 2 der Anker
3 von dem Magnetkörper angezogen wird. Das Magnetsystem ist so gestaltet,
daß seine Zugkraftkennlinien bei verschiedenen Stromstärken entsprechend den Kurven
1, bis 1" der Fig. 3 verlaufen. Die Ankerstellung in Fig. 1 entspricht
der Stellung 0 des Ankers bei stromloser Spule, also vor Beginn des Ankerhubs.
I-Eerbei beträgt die Druckkraft der eingebauten Feder P..
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Der für die Bremslüftvorrichtung nutzbar gemachte Arbeitsbereich
S liegt im Bereich fallender Hubkraftcharakteristiken, wie Fig.
3 zeigt.
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Der Normalstrom muß beim Einschalten der Spule am Netz eine Zugkraft
ZO hervorrufen, die erheblich größer ist als P,; es möge sich z. B. im Verlauf des
durch die Strecke S gegebenen Ankerhubs eine Zugkraftkurve im Magnetsystem
nach der Linie 1, ergeben, während die Federkraft längs der Linie F hnear ansteigt.
Hierbei überwiegt die Magnetkraft stets die Federkraft. In dieser Form arbeitet
die Bremslüftvorrichtung für einfaches Ein- und Ausschalten, wie es beispielsweise
bei Werkzeugmaschinen üblicherweise verlangt wird, um bei Beendigung der Arbeit
ein schnelles Stillsetzen der Maschine zu erreichen.
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Für Verwendung der Bremslüftvorrichtung in Förderanlagen und für Anwendungszwecke,
bei denen eine regelbare Bremswirkung erwünscht ist, kann durch Änderung der Strombeaufschlagung
der Spule (Zugkraftkurven 11 bis 1.) im Zusammenhang mit der fallenden Kennlinie
der Zugkrafteharakteristik im Arbeitsbereich S des Ankers 3 eine regelbare
Bremswirkung erzielt werden.
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Wie Fig. 3 zeigt, hebt die den eingebauten Federn
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entgegenwirkende Zugkraft des Magnetkörpers bei einer Stronifbeaufschlagung
i, in der Ankerstellung 0
nur einen Teil der Anpreßkraft der Federn auf die
Lamellen auf. Bei Steigerung des Stroms auf den Wert 1, wird bereits ein erheblich
größerer Teil der Anpreßkraft der Federn auf die Lamellen durch die entgegengesetzt
wirkende Zugkraft des Magnetkörpers aufgehoben. Bei weiterer Stromsteigerung (i.
bis Q verringert sich entsprechend der wirksam bleibende Anteil des Federdrucks.
Die fallende Zugkraftkennlinie gewährleistet hierbei, daß der Anker keine Lüftbewegung
gegenüber den Lamellen ausführt, sondern daß lediglich die Druckkraft der eingebauten
Federn allmählich unwirksam wird.
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Fig. 4 veranschaulicht die Abhängigkeit des Bremsmoments vom Spulenstrom.
Das Diagramm zeigt die stufenlose Regelung des Drehmoments in Abhängigkeit vom Spulenstrom
1, wobei mit steigender Stromstärke eine asymptotische Annäherung des Drehmoments
an den Wert 0 vorliegt.
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Die Ausbildung der für die Bremse und für die Lüftvorrichtung notwendigen
Bauteile in der Form eines in sich geschlossenen Gehäuses ermöglicht es, die Bremslamellen
in öl laufen zu lassen, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Bauaufwand erforderlich
ist. Dies ist nicht nur wegen der niedrigen Erstellungskosten, sondern auch wegen
des geringen Raumbedarfs und der guten Wärineabfuhr von Vorteil.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ankerform ist nur ein Beispiel.
Je nach den Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalls kann man andere Formen
von Anker und Magnetkörper verwenden. Der Anker kann auch nachträglich ausgetauscht
oder angepaßt werden, was die Typenhaltung vereinfacht.
Für Anwendungsfälle,
bei denen eine Regelung des Bremsmoments nicht erforderlich ist, kann man an Stelle
des abgestuften Ankers einen flachen Ringanker vorsehen, der mit einem entsprechend
geformten Magnetkörper zusammenarbeitet.