DE19801334C2 - Elektromagnetische Hysteresebremse, insbesondere als Fadenbremse für Textilmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Hysterese­ bremse, insbesondere als Fadenbremse für Textilmaschinen, mit einem stationären Bremsmagneten, der ein inneres und ein äußeres Polringteil und eine Magnetspule aufweist, und mit einem rotierenden Anker, der mit einem Hysterese­ ring aus dauermagnetischem Material verbunden ist, wobei der Hysteresering in einen ringförmigen Luftspalt des Bremsmagneten ragt, der zwischen dem inneren und dem äußeren Polringteil gebildet ist.

Derartige bekannte Hysteresebremsen (DE 44 24 457 A1) werden z. B. in Textilmaschinen als Fadenbremsen einge­ setzt. Das typische Merkmal solcher Maschinen ist eine Vielzahl von Produktionseinheiten, welche aneinanderge­ reiht sind und parallel den gleichen Prozeßablauf be­ sitzen. Die einzelnen Fadenbremsen werden zentral elektrisch dadurch gesteuert, daß an die Magnetspulen der Hysteresebremsen Strom von einer Gleichspannungs­ quelle angelegt wird. Das Bremsmoment wird hierbei ausschließlich durch den von der Elektromagnetspule im Luftspalt erzeugten Magnetfluß gebildet, der von der Größe des jeweils an die Spule angelegten Stromes abhängt. Ist kein Strom vorhanden, dann ist auch kein Magnetfluß vorhanden und das von der bisher bekannten Hysteresebremse erzeugte Bremsmoment wäre dann in diesem Fall gleich Null. Dies bedeutet, daß bei Ver­ wendung der Hysteresebremse als Fadenbremse bei Aus­ fall der Stromversorgung der Faden spannungslos wird.

Dies kann bei Textilmaschinen fatale Folgen haben. Die Fäden aller Spindeln werden spannungslos. Ist, z. B. beim Cablieren, die Fadenbremse des Außenfadens ohne Brems­ moment, so wird so lange Faden aus dem Gatter nachgezogen, bis der Faden völlig spannungslos ist. Aufgrund der durch den Zwirn- oder Cablierprozeß eingebrachten Drehung haben die Fäden ein inneres Torsionsmoment. Wenn keine Fadenspannung mehr vorhanden ist, dann führt dies dazu, daß sich Schlaufen bilden. Diese können beim Wiederan­ fahren der Maschine nicht mehr gestreckt werden. Es entsteht ein untolerierbarer Fehler im Fertigprodukt. Um solche Fehler zu vermeiden, muß beim Zusammenbrechen der Stromversorgung der Fadenbremsen die Textilmaschine komplett abgeräumt und neu bestückt werden. Halbfertige Spulen können in der Regel nicht weiterverarbeitet werden. Auch die Reste der noch nicht abgearbeiteten Vorlage­ spulen machen Probleme. Neben den hohen Kosten durch unbrauchbare Krüppelspulen von Zwirn und Vorlagematerial entstehen außerdem auch noch hohe Ausfallzeiten der Textilmaschinen. Um diesen durch Stromausfall bedingten Problemen zu begegnen, werden die Textilmaschinen mit einer Notstromversorgung mittels Batterien ausgerüstet. Der Aufwand an Platz, Kosten und Wartung für diese Not­ stromversorgung ist jedoch erheblich. Außerdem bleibt die Notstromversorgung und damit das Bremsmoment der Fadenbremsen nur so lange erhalten, bis die Kapazität der Batterien erschöpft ist, was normalerweise nach etwa 20 Minuten der Fall ist.

Die DE-OS 16 13 034 offenbart ein Magnetsystem für Wirbelstrom- und Hysteresebremsen, bei dem eine Grund­ magnetisierung über Permanentmagneten erzeugt wird.

Die Grunderregung kann durch Spulenwicklungen variiert werden, die jeweils auf einen beweglichen Anker einwirken. Durch Stromimpulse wird der bewegliche Anker in eine Stellung gebracht, in der er die Dauermagneten kurzschließt, bzw. umgekehrt, den Kurzschluß aufhebt. Ein feines Regeln der Magnetkraft ist daher nur über eine entsprechend hohe Anzahl von beweglichen Ankern, deren Spulenwicklungen alle für sich schaltbar sein müssen, zu erreichen. Dies bedeutet einen hohen Kostenaufwand. Trotzdem hat diese Reglung, systembedingt, kein kontinuierliches Verhalten, sondern die Regelung erfolgt entsprechend der Anzahl von Ankern in Stufen. Durch die hohe Anzahl beweglicher Bauteile ist dieses Magnetsystem störanfällig. Die ständige Vibration, die in schnellaufenden Zwirnmaschinen herrscht, verstärkt dieses Problem zusätzlich.

In der vorgenannten Druckschrift sind auch Reibungsbremsen bzw. -kupplungen erwähnt, bei denen die Anpreßkraft durch Dauermagnete hervorgerufen wird, die unter dem Einfluß von mit Gleichstrom gespeisten Wicklungen stehen, deren Magnetfeld dem durch die Dauermagnete erzeugten Feld entgegenwirkt, um die Anpreßkraft in der Ausschaltstellung aufzuheben. Es ist nur reines Ein- oder Ausschalten mit Hilfe des Elektromagneten vorgesehen. Eine Möglichkeit der Regelung wird nicht angesprochen. Im übrigen erfordert dieses System im ausgeschalteten Zustand einen hohen Strombedarf, weil die Wicklungen im ausgeschalteten Zustand der Reibungsbremse bzw. -kupplung stromdurchflossen sein muß.

In der DE 36 28 285 A1 wird eine elektromagnetisch erregte Hysteresekupplung gezeigt, die in eingeschaltetem Zustand eine Motorwelle mit einer Spindel eines Stellantriebes verbindet. Parallel zur Hysteresekupplung ist eine elektromagnetische Reibungsbremse angeordnet, die durch einen Dauermagneten eine Grunderregung bekommt. Bei eingeschalteter Hysteresekupplung ist auch die Spule der Reibungsbremse eingeschaltet, wodurch das magnetische Feld des Dauermagneten geschwächt und die Reibungsbremse gelöst wird. Wird nach erfolgter Einstellung der Stellantrieb abgeschaltet, dann werden die Spulen der Hysteresekupplung und der Reibungsbremse stromlos. Damit wird die Hysteresekupplung gelöst und in der Reibungsbremse wirkt das Magnetfeld des Dauermagneten ungeschwächt auf die Reibscheibe und schließt diese, so daß der Stellantrieb in der eingestellten Position abgebremst ist. Bei dieser Konstruktion hat der Dauermagnet keinerlei Einfluß auf die Hysteresekupplung. Er wirkt nur auf die Reibungsbremse, die ihrerseits jedoch nicht mit Hystereseeffekt arbeitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Hysteresebremse, insbesondere als Fadenbremse für Textilmaschinen, der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der auch ohne Notstromversorgung bei Stromausfall ein ausreichend großes Bremsmoment vor­ handen ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß im Nebenschluß zum Magnetkreis der Magnetspule mindestens ein Dauermagnet so angeordnet ist, daß das Magnetfeld im Luftspalt durch Zusammenwirken der Magnetflüsse von Elektromagneten (Magnetspule) und Dauermagneten gebildet wird, und daß der Magnetfluß des Elektromagneten der Größe nach und durch entsprechende Polung der Richtung nach im Spalt so einstellbar ist, daß er den Magnetfluß des Dauermagneten unterstützt oder diesem entgegenwirkt.

Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, den Magnet­ fluß im Luftspalt teils durch die Magnetspule des Elektromagneten und teils durch den Dauermagneten zu erzeugen und die vom Elektromagneten und vom Dauer­ magneten erzeugten Magnetfelder einander zu überlagern. Durch entsprechende Einstellung des am Elektromagneten angelegten Stromes kann die Überlagerung im Bereich des Hystereseringes dabei so erfolgen, daß sich der Gesamt­ magnetfluß im Spalt gegen Null geht oder nur teilweise genutzt wird oder im Spalt komplett gebündelt wird. Durch entsprechende Strombeaufschlagung des Elektromagne­ ten läßt sich somit an der Hysteresebremse jedes gewünsch­ te Bremsmoment zwischen 0 und 100% einstellen. Entscheidend ist jedoch, daß bei Stromausfall zwar der Elektromagnet unwirksam wird, aber durch den Dauermagneten ein Magnet­ feld beliebig lange aufrechterhalten bleibt, welches zur Erzeugung des ausreichend hohen Bremsmomentes beim Auslaufen der Maschine oder beim Stillstand derselben völlig ausreicht. Zum Straffhalten der Fäden im Falle eines Stromausfalles ist die Bremskraft unbedeutend, es reicht schon ein kleines Bremsmoment, da ja nicht gegen die Fadenspannungen während des Produktions­ prozesses gearbeitet werden muß. Dies bedeutet, daß bei Stromausfall nur ein Bremsmoment von wenigstens 20% vorhanden sein muß, was durch den Dauermagneten ohne weiteres erreichbar ist. Es kann somit auf eine Notstromversorgung völlig verzichtet werden und dem­ entsprechend entfällt auch eine Wartung der Notstrom­ versorgung. Im Nebeneffekt entlastet der Dauermagnet während der normalen Produktion den Elektromagneten. Dadurch muß dieser nicht mit so hohem Strom beauf­ schlagt werden. Die Ausgangsleistung der normalen Stromversorgung des Elektromagneten kann kleiner gestaltet werden. Dies betrifft die Gleichspannungs­ quelle, die Leistungsausgänge der Steuerung und die Kabelquerschnitte durch die Maschine.

Zweckmäßig ist der Dauermagnet so ausgelegt, daß das durch ihn allein erzeugbare Bremsmoment etwa 50% des maximalen Bremsmomentes beträgt. Der Elektromagnet muß dann nur noch die Differenz an Magnetfluß erzeugen, die nötig ist, um das jeweilige Bremsmoment zu erreichen. Wenn weniger als das mittlere Bremsmoment gefordert werden, dann arbeitet der Elektromagnet durch Umpolung in den Dauermagneten. Wenn ein zwischen 50% und 100% liegendes Bremsmoment erforderlich ist, dann verstärkt der Elektromagnet bei entsprechender Polung den Magnet­ fluß des Dauermagneten. Im Normalbetrieb der Textil­ maschine wird also das Bremsmoment durch den Magnet­ fluß beider Magneten erzeugt. Die Einstellung des erforderlichen Bremsmomentes wird durch Abdrängen oder Bündeln der Magnetflüsse des Dauermagneten und des Elektromagneten bewirkt. Nur bei Stromausfall und entsprechendem Stillstand der Textilmaschine wird das Bremsmoment ausschließlich durch den Dauermagneten bestimmt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungs­ beispieles der Hysteresebremse nach der Linie I-I der Fig. 3,

Fig. 2 einen Teil-Axialschnitt dieses Ausführungsbei­ spieles,

Fig. 3 einen Radialschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Axialschnitt eines zweiten Ausführungs­ beispieles,

Fig. 5 einen Teil-Axialschnitt dieses Ausführungsbei­ spieles.

Es gibt planare Systeme von Hysteresebremsen, in denen der Magnetfluß weitgehend achsparallel durch eine Hysteresescheibe geführt wird und radiale Systeme, bei denen der Magnetfluß in radialer Richtung durch den Hysteresering hindurchgeht. Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert, die nach dem radialen System arbeiten.

Die Hysteresebremse besteht zunächst aus einem stationären oder feststehenden Bremsmagneten 1, der ein inneres Pol­ ringteil 2 und ein äußeres Polringteil 3 aufweist. Das innere Polringteil 2 trägt eine Magnetspule 4, die von einem ringförmigen Dauermagneten 5 umgeben ist. Der innere Polringteil 2 weist Pole 2a auf, die gegenüber den Polen 3a des äußeren Polringteiles 3 in Umfangsrich­ tung versetzt sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Zwischen den Polen 2a des inneren Polringteiles 2 und den Polen 3a des äußeren Polringteiles 3 ist ein ring­ förmiger Luftspalt 6 vorgesehen. In diesen Luftspalt 6 taucht der Hysteresering 7 aus dauermagnetischem Material ein. Der Hysteresering 7 wird von einem Anker 8 getragen, der mittels der Kugellager 9, die auf einem Zapfen 10 des inneren Polringteiles 2 angeordnet sind, gegenüber dem Dauermagneten 5 drehbar ist. Der Anker 8 wird mit dem abzubremsenden Teil, insbesondere einer Rolle oder dgl., verbunden, die von dem zu bremsenden Faden um­ schlungen ist. Die Rolle ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Über eine Leitung 11 ist die Magnetspule 4 an eine Gleich­ spannungsquelle angeschlossen. Über eine nicht dargestellte Steuerung kann die Stromstärke reguliert und durch ent­ sprechende Polung die Stromrichtung eingestellt werden.

Der Dauermagnet 5 ist zweckmäßig so ausgelegt, daß das durch ihn allein erzeugbare Bremsmoment etwa 50% des maximalen Bremsmomentes beträgt.

In Fig. 1 und 2 sowie Fig. 4 und 5 der Zeichnung sind die Magnetflußlinien in verschiedenen Betriebszuständen der Hysteresebremse mit dicken schwarzen Linien angedeutet.

Wenn ein mittleres Bremsmoment von etwa 50% des maximalen Bremsmomentes benötigt wird, ist die Magnetspule 4 strom­ los. Vom Dauermagneten 5 wird ein Magnetfluß erzeugt, der gemäß Fig. 1, rechts, zum Teil durch den Luftspalt 6 und zum Teil durch den inneren Polringteil 2 und den äußeren Polringteil 3 verläuft. Wird ein geringeres Bremsmoment als 50% erreicht, dann wird die Magnetspule 4 zugeschaltet und zwar mit einer solchen Polung, daß der Magnetfluß der Magnetspule 4 dem Magnetfluß des Dauermagneten 5 entgegen­ wirkt. Je größer die Stromstärke eingestellt wird, desto geringer wird der durch den Luftspalt 6 hindurchgehende Gesamtmagnetfluß. Gemäß Fig. 1, links, wirkt der Dauer­ magnet 5 als Rückschluß zur Magnetspule 4 und es er­ folgt praktisch kein Magnetfluß mehr über den Luftspalt 6. Damit ist das über den Hysteresering 7 auf den Anker 8 ausgeübte Bremsmoment gleich Null. Wenn hingegen mehr als 50% Bremsmoment gefordert werden, kann dies durch Umpolung der Magnetspule 4 und durch Einregulierung der Stromstärke erreicht werden. Der Magnetfluß des Elektro­ magneten durch den Luftspalt 6 hindurch erfolgt nunmehr in gleicher Richtung wie der Magnetfluß des Dauermagneten 5, so daß sich die Wirkungen der beiden Magnetflüsse addieren. Je höher die Stromstärke am Elektromagneten eingestellt wird, desto größer wird das auf den Anker 8 ausgeübte Bremsmoment. Der Elektromagnet wird durch den Dauermagneten 5 unterstützt und braucht praktisch nur 50% des maximalen Bremsmomentes zu erzeugen.

Das in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nur durch die Anordnung von Dauer­ magneten 5 und Elektromagnetspule 4 zueinander. Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Magnetspule 4 des Elektromagneten und der Dauermagnet 5 axial hintereinander angeordnet, wobei der Dauermagnet 5 benachbart zum Hysteresering 7 vor­ gesehen ist. Im übrigen entspricht der Rufbau der Hysteresebremse und die Betriebsweise derselben dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugs­ zeichen verwendet worden sind und die vorstehende Beschreibung sinngemäß auch auf das in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zutrifft.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Hysteresebremse, insbesondere als Fadenbremse für Textilmaschinen, mit einem stationären Bremsmagneten, der ein inneres und ein äußeres Polringteil und eine Magnetspule aufweist, und mit einem rotierenden Anker, der mit einem Hysteresering aus dauermagnetischem Material ver­ bunden ist, wobei der Hysteresering in einen ring­ förmigen Luftspalt des Bremsmagneten ragt, der zwischen dem inneren und dem äußeren Polringteil gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Neben­ schluß zum Magnetkreis der Magnetspule (4) mindestens ein Dauermagnet (5) so angeordnet ist, daß das Magnet­ feld im Luftspalt (6) durch Zusammenwirken der Magnetflüsse von Elektromagneten (4) (Magnetspule) und Dauer­ magneten (5) gebildet wird und daß der Magnetfluß des Elektromagneten der Größe nach und durch ent­ sprechende Polung der Richtung nach im Spalt so einstellbar ist, daß er den Magnetfluß des Dauer­ magneten unterstützt oder diesem entgegenwirkt.

2. Hysteresebremse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dauermagnet (5) so ausgelegt ist, daß das durch ihn allein erzeugbare Brems­ moment etwa 50% des maximalen Bremsmoments beträgt.

3. Hysteresebremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (4) des Elektro­ magneten konzentrisch innerhalb des Dauermagneten (5) angeordnet ist.

4. Hysteresebremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetspule (4) des Elektromagneten und der Dauermagnet (5) axial hintereinander angeordnet und dabei der Dauermagnet (5) benachbart zum Hysterese­ ring (7) angeordnet ist.