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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bremsung von zumindest einer Walze und eine Gummi- oder Kunststoffmaschine mit einer solchen Vorrichtung.
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Gummi- oder Kunststoffmaschinen dienen zur Mischung von elastischem Material wie einer Gummi- oder Kunststoffmasse durch Kneten der Masse mittels zweier parallel verlaufender Walzen. Dabei wird das elastische Material durch zwei Walzen eingezogen und verbleibt meist an den Walzen haften. Die elastische Masse wird durch die Walzen, ähnlich eines Walzwerkes, durch Formveränderung einzelner Lagen und unregelmäßiges Teilen der Masse durchmengt.
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Nach derzeitigem Stand der Technik werden die Walzen in einem Notfall, insbesondere bei Betätigen eines Not-Aus-Schalters, regelmäßig mit einer mechanischen Bremsvorrichtung gebremst. Eine mechanische Bremse ist jedoch störanfällig und kostenaufwendig in der Wartung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Bremse für Walzen einer Gummi- oder Kunststoffmaschine bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung zur Bremsung von zumindest einer Walze gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird weiter durch eine Kunststoff- oder Gummimaschine, ausweisend eine solche Vorrichtung gelöst.
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Unter einer Bremsung einer Walze versteht man die Reduktion der Drehzahl der Walze auf eine Winkelgeschwindigkeit von Null. Die Walze ist in einer Wirkverbindung mit dem Motor. Als Motor kommt ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor in Betracht. Der Motor oder die Motoren für die Walze oder die Walzen werden während des Betriebes des zumindest einen Motors durch zumindest einen Frequenzumrichter mit einer Wechselspannung versorgt.
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Bei Betätigung des Not-Aus-Schalters wird die Spannungsversorgung des Motors unterbrochen. Der Motor wird sodann durch zumindest ein Bremssystem zum Stillstand gebracht.
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Als Schalteinrichtung kommen ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter, wie ein Relais oder ein IGBT, in Betracht. Im Zwischenkreis wird ein solcher Schalter auch als Zwischenkreischopper bezeichnet.
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Der Zwischenkreis weist meist einen oder mehrere Zwischenkreiskondensatoren auf. Es kann aber auch eine Spule oder eine Kombination aus mehreren Bauteilen als Zwischenkreis vorliegen.
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Der Frequenzumrichter weist einen Zwischenkreis auf, wobei bei dem ersten Bremssystem bei Betätigung des Not-Aus-Schalters die Spannung, die am Zwischenkreis gespeichert ist, über den Widerstand abfällt und somit die elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das erste Bremssystem ist insbesondere für Asynchronmotoren geeignet.
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Beim zweiten Bremssystem wird die Versorgungspannung zum Motor unterbrochen. Für ein schnelles Anhalten des Motors und damit der Walze wird zumindest einer der Elektromagnete des Motors mit einer Gleichspannung, insbesondere aus dem Zwischenkreis, beaufschlagt. Das statische elektrische Feld sorgt für ein schnelles Anhalten des Motors und somit der Walze.
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Beim dritten Bremssystem wird ebenfalls die Wechselspannungsversorgung des Motors unterbrochen. Weiter wird die Bewegungsenergie des Motors über Widerstände geleitet. Die vom Motor im Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie wird dabei durch die Widerstände in Bewegungsenergie umgewandelt.
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Das dritte Bremssystem eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Synchronmotoren.
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Der Not-Aus-Schalter steht vorteilhaft durch eine Wirkverbindung mit der Steuereinrichtung des Frequenzumrichters und/oder mit dem Frequenzumrichter selbst in Kontakt. Eine solche Wirkverbindung ist beispielsweise ein Kabel oder eine technische Datenverbindung, insbesondere auch eine drahtlose Verbindung.
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Anstelle von Widerständen zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wärmeenergie kann auch ein Verbraucher, beispielsweise eine Alarm-Einrichtung (Sirene) mit Spannung versorgt werden.
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Zusätzlich können die Bremssysteme im Zusammenspiel oder einzeln noch durch eine mechanische Bremsvorrichtung ergänzt werden. Als mechanische Bremsvorrichtung eignet sich eine Scheibenbremse.
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Vorteilhaft ist eine solche Vorrichtung aus folgenden Gründen:
- – Die mechanischen Bremsen müssen erheblich seltener gewartet werden, insbesondere falls regelmäßig Bremsversuche zur Sicherheitsüberwachung durchgeführt werden.
- – Die Bremswirkung der erfindungsgemäßen Bremssysteme ist wesentlich höher im Vergleich zu einer mechanischen Bremsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
- – Mit einem erfindungsgemäßen Bremssystem ist eine Einhaltung der neuen europäischen Norm EN 1417 ohne komplizierten Umbau einer bestehenden Gummi- oder Kunststoffmaschine möglich.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt bei Betätigung des Not-Aus-Schalters der Einsatz der mechanischen Bremsvorrichtung und des ersten Bremssystems.
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Eine Kombination des ersten Bremssystems mit einer mechanischen Bremsvorrichtung ist besonders vorteilhaft, weil regelmäßige Bremstests mit Hilfe des ersten Bremssystems durchgeführt werden können. So wird die mechanische Bremsvorrichtung geschont und ist im Ernstfall in ungebrauchtem Zustand einsetzbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung ist bei Betätigung des Not-Aus-Schalters der Einsatz des zweiten Bremssystems vorgesehen.
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Das zweite Bremssystem beaufschlagt zumindest einen Elektromagnet des Motors mit einem zeitlich konstanten Magnetfeld. Die dafür eingesetzte Gleichspannung entstammt vorteilhaft aus dem Zwischenkreis. Somit bleibt der Rotor des Elektromotors (und somit die Walze) vorteilhaft in einer Position stehen. Auch das zweite Bremssystem kann mit der mechanischen Bremsvorrichtung vorteilhaft kombiniert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist bei Betätigung des Not-Aus-Schalters der Einsatz des dritten Bremssystems vorgesehen.
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Beim dritten Bremssystem erfolgt bei Betätigung des Not-Aus-Schalters eine Trennung des Motors vom Umrichter, insbesondere mit Hilfe der Steuereinheit des Frequenzumrichters. Da der Motor (und die mit dem Motor verbundene Walze) aufgrund der Drehimpulserhaltung auch nach einer Trennung von der Versorgungsspannung noch weiter dreht, bewirkt die magnetische Wirkverbindung von Motor und Stator, analog eines Generators, eine Erzeugung einer elektrischen Spannung. Diese Spannung wird durch die Betätigung der drei Schalteinheiten über die Widerstände in Wärmeenergie umgewandelt. Durch die schnelle und wirksame Umwandlung der erzeugten elektrischen Energie in Wärmeenergie wird dem Rotor wirksam Bewegungsenergie entzogen und der Rotor, und damit die Walze, kommen schnell zum Stilstand, sind aber vorteilhaft weiter beweglich.
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Besonders vorteilhaft sind das erste Bremssystem, das zweite Bremssystem, das dritte Bremssystem sowie die mechanische Bremseinrichtung unter Berücksichtigung des Motortypus und des Frequenzumrichters miteinander kombinierbar.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung das erste Bremssystem, das zweite Bremssystem und das dritte Bremssystem sowie optional des mechanischen Bremssystem auf, wobei
- – beim Betätigen des Not-Aus-Schalters der Einsatz des ersten und/oder des zweiten Bremssystems vorgesehen ist, falls der Motor ein Asynchronmotor ist;
- – beim Betätigen des Not-Aus-Schalters der Einsatz des dritten und/oder des zweiten Bremssystems vorgesehen ist, falls der Motor ein Synchronmotor ist.
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Diese Ausführung berücksichtigt vorteilhaft die Eignung der hier beschriebenen Bremssysteme für die einzelnen Typen von Elektromotoren. Der Einsatz einer mechanischen Bremsvorrichtung ist bei einem Asynchronmotor wie auch bei einem Synchronmotor geeignet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Not-Aus-Schalter ein Stangen-Schalter.
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Eine Gummi- oder Kunststoffmaschine weist zwei Walzen auf, die in einem geringen Abstand zueinander, in paralleler Ausrichtung, in der gleichen Drehrichtung drehen. Die Bearbeitung der Materialien erfolgt von der Seite – bzw. von schräg oben. Daher ist ein Not-Aus-Schalter nahe des oberen Bereiches einer Walze vorteilhaft und wird bei handelsüblichen Gummi- und Kunststoffmaschinen dort positioniert. Ein Stangen-Schalter ist daher vorteilhaft, da der Stangen-Schalter direkt bei einem unvorhersehbaren Ereignis, beispielsweise dem Einzug eines Körperteils in den Walzspalt, von durch eine günstige Position des Stangen-Schalters ggf. durch automatische Betätigung des Benutzers, betätigt wird. Zudem ist ein solcher Stangen-Schalter aus einer Vielzahl von Positionen erreichbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung steht der Not-Aus-Schalter mit einer Steuerungseinheit für den Frequenzumrichter, der mechanischen Bremseinrichtung und/oder mit den Schalteinrichtungen in einer Wirkverbindung.
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Eine solche Wirkverbindung kann eine Steuerleitung, eine technische Datenverbindung, insbesondere eine drahtlose technische Datenverbindung, sein. Bei Betätigung des Not-Aus-Schalters, der ein Schalter oder ein Taster sein kann, wird ein Signal durch die Wirkverbindung zur Steuereinrichtung des Frequenzumrichters übertragen. Das Signal führt bei der Steuerungseinheit zur Trennung der Versorgungsspannung des Motors, insbesondere durch einen Ankerkurzschluss. Weiter kann ein solches Signal zur Bremsung der Walze durch die mechanische Bremseinrichtung führen, indem beispielsweise das Signal in eine mechanische Aktion gewandelt wird und mittels dieser mechanischen Aktion, beispielsweise Bremsklötze, eine Bremsscheibe einklemmen.
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Weiter kann ein solches Signal zum Umschalten von Schalteinrichtungen führen, wobei die Schalteinrichtungen beispielsweise Widerstände in den Zwischenkreis des Frequenzumrichters und/oder Widerstände zwischen Anschlüsse des Motors schaltet.
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Durch ein Betätigen des Not-Aus-Schalters wird somit der Rotor des Elektromotors und damit die Walze zügig angehalten.
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Durch die hier beschriebene Vorrichtung zur Bremsung zumindest einer Walze ist es möglich, dass sich die Walze unmittelbar nach Betätigung des Not-Aus-Schalters noch etwa 30° bis zum Stillstand dreht. Somit erfüllt das hier vorgestellte Bremssystem die Europäische Norm EN 1417.
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Im Folgenden wird die Erfindung beispielshaft anhand von Figuren beschrieben, welche die einzelnen Bremssysteme zeigen. Dabei zeigen
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1 ein erstes Bremssystem in Kombination mit der mechanischen Bremseinrichtung,
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2 ein zweites Bremssystem sowie
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3 ein drittes Bremssystem.
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1 zeigt einen Motor M, der eine Walze 5 antreibt. Die Verbindungsachse zwischen dem Rotor des Motors M und der Walze 5 ist mit einer mechanischen Bremseinrichtung 3 versehen. Der Motor wird über drei Versorgungsspannungen u, v, w betrieben, die in einem Frequenzumrichter 1 erzeugt werden. Der Frequenzumrichter 1 wird durch eine Steuerungseinheit 11 angesteuert. Der Frequenzumrichter 1 weist weiter einen Zwischenkreis ZK auf. Im Zwischenkreis ZK befindet sich ein Kondensator der die Versorgungsspannung +U, –U puffert. Über ein Schaltelement SE, welches parallel zu dem Kondensator des Zwischenkreises ZK geschaltet ist, kann die Spannung beziehungsweise die elektrische Energie, die sich im Zwischenkreis ZK gespeichert ist, über einen Widerstand R1 entladen. Das Schaltelement SE befindet sich in Wirkverbindung 9 zu einem Not-Aus-Schalter 7. Der Not-Aus-Schalter 7 weist weiter eine Wirkverbindung 9 zur mechanischen Bremseinrichtung 3 sowie zur Steuerungseinheit 11 für den Frequenzumrichter 1 auf. Beim Betätigen des Not-Aus-Schalters 7 wird die Schalteinheit SE geschlossen und die Spannung, die im Zwischenkreis ZK gespeichert ist, entlädt sich über den Widerstand R1 und wird in Wärme umgewandelt.
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Weiter wird vorteilhaft bei Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 die mechanische Bremseinrichtung 3 betätigt, so dass die Walze 5 und der Rotor des Motors M zum Stillstand kommt. Um eine rasche Bremsung des Motors M bzw. der Walze 5 zu gewährleisten, erfolgt bei Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 durch die Steuerungseinheit 11 des Frequenzumrichters 1 eine Trennung des Motors M von der Versorgungsspannung u, v, w, welche vom Frequenzumrichter 1 während des gewöhnlichen Betriebes bereitgestellt worden ist. Ein solches Bremssystem, hier auch als erstes Bremssystem bezeichnet, eignet sich insbesondere für Asynchronmotoren.
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Die mechanische Bremseinrichtung 3 besteht vorteilhaft aus einer Bremsscheibe sowie zumindest zwei Bremsbacken, welche bei einer Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 die Bremsscheibe umfassen und somit die Bewegung des Motors M und damit der Walze 5 vermindern bzw. stoppen. Vorteilhaft kann bei regelmäßig auszuführenden Bremsvorgängen zur Sicherheitskontrolle oder zur Wartung eine Betätigung der mechanischen Bremseinrichtung 3 entfallen und somit die mechanische Bremseinrichtung 3 geschont werden. Dies verhindert vorteilhaft Wartungskosten.
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2 zeigt das zweite Bremssystem. Das zweite Bremssystem besteht wiederum aus einem Motor M, der durch die Versorgungsspannungen u, v, w angetrieben wird. Die Versorgungsspannungen u, v, w sind regelmäßig eine Dreiphasenwechselspannung, die in dem Frequenzumrichter 1 bereitgestellt wird. Der Frequenzumrichter 1 weist weiter einen Zwischenkreis ZK auf. Die am Zwischenkreis ZK anliegende Spannung +U, –U wird bei Betätigen des Not-Aus-Schalters 7 direkt an zwei der Anschlüsse des Motors M geleitet. Obgleich während des regelmäßigen Betriebs der Frequenzumrichter 1 die Versorgungsspannung u, v, w für den Motor M bereitstellt, wird, liegt unmittelbar nach Betätigen des Not-Aus-Schalters 7 nur noch eine Gleichspannung, beispielsweise die Gleichspannung +U, –U aus dem Zwischenkreis ZK an zwei der drei Anschlüssen des Motors M an. Der Wechsel der Spannungsversorgung des Motors M nach Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 erfolgt durch Umschalten von Schalteinrichtungen SE. Bei Betätigen des Not-Aus-Schalters 7 wird weiter die Spannungsversorgung des Motors mit der Versorgungsspannung u, v, w (also der Dreiphasenwechselspannung) unterbrochen. Das hier dargestellte zweite Bremssystem ist sowohl für Synchronmotoren als auch für Asynchronmotoren geeignet. Durch die Beaufschlagung zumindest eines Elektromagneten des Motors M wird der Motor M wirksam gebremst, d. h. die Rotation des Rotors verhindert. Die Beaufschlagung durch die Gleichspannung +U, –U erfolgt vorteilhaft nur für eine kurze Zeit, bis der Motor M bzw. die Walze 5 zum Stillstand gekommen ist. Somit wird vorteilhaft eine übermäßige Belastung des Motors M vermieden.
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Nach Stillstand des Motors M und/oder der Walze 5 wird die Gleichspannung +U, –U von den Anschlüssen wieder entfernt und vorteilhaft der Frequenzumrichter 1 in einen Zustand des Ankerkurzschlusses überführt, so dass sich die Walze 5 ungehindert manuell verdrehen lässt. Auch das zweite Bremssystem kann mit einer mechanischen Bremseinrichtung 3 kombiniert werden, um so eine noch bessere Bremswirkung zu erzielen.
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3 zeigt das dritte Bremssystem. Das dritte Bremssystem ist insbesondere für Synchronmotoren geeignet. Auch beim dritten Bremssystem wird der Motor M mittels eines Frequenzumrichters 1 mit einer Versorgungsspannung u, v, w, insbesondere einer Dreiphasenwechselspannung, angetrieben. Im Falle eines unvorhersehbaren Ereignisses, beispielsweise eines Unfalls, wird vorteilhaft der Not-Aus-Schalter 7 betätigt. Der Not-Aus-Schalter 7 steht in einer Wirkverbindung 9 mit der Steuerungseinheit 11 des Frequenzumrichters 1. Weiter steht der Not-Aus-Schalter 7 in einer Wirkverbindung 9 mit den Schaltelementen SE, welche zwischen Widerständen R2 und den Anschlüssen des Motors M geschaltet sind. Bei einer Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 wird durch die Steuerungseinheit 11 die Versorgungsspannung u, v, w des Motors M ausgeschaltet.
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Vorteilhaft wird nach Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 mit Hilfe der Steuerungseinheit 11 der Frequenzumrichter 1 in einen Zustand des Ankerkurzschlussmodus gebracht. Weiter werden die Schaltelemente SE bei Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 so geschaltet, dass die Versorgungsspannung u, v, w des Motors M direkt durch die Widerstände R2 in Wärmeenergie umgewandelt wird. Durch diese Kurzschlussschaltung zwischen den einzelnen Spulen in dem Motor M wird die mechanische Bewegungsenergie, welche in der Rotation des Rotors des Motors M sowie der Walze 5 vorliegt, in thermische Energie durch ein Erwärmen der Widerstände R2 umgewandelt. Durch den Entzug der Bewegungsenergie kommt der Motor M und damit die Walze 5 schnell zum Stehen. Auch ein solches drittes Bremssystem kann durch eine mechanische Bremseinrichtung 3 in ihrer Wirkung unterstützt werden. Eine hier beschriebene Vorrichtung zur Bremsung zumindest einer Walze 5 kann auch eine Kombination der Bremssysteme enthalten, wobei noch weitere, dem Fachmann bekannte Bremsvorrichtungen zum Einsatz kommen können.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bremsung von zumindest einer Walze 5, insbesondere einer Walze in einer Gummi- oder Kunststoffmaschine, wobei unterschiedliche Bremssysteme, ggf. kombiniert, zum Einsatz kommen, wobei bei Betätigung eines Not-Aus-Schalters 7 die Versorgungsspannung u, v, w des Motors aus einem Frequenzumrichters 1 ausgeschaltet wird,
- – wobei ein erstes Bremssystem einen Widerstand R1 aufweist, der parallel zum Zwischenkreis ZK des Frequenzumrichters 1 geschaltet ist und im Betrieb der Gummi- oder Kunststoffmaschine durch eine Schalteinheit SE vom Zwischenkreis getrennt ist und bei Betätigen der Schalteinheit SE eine Verbindung des Zwischenkreises ZK über den Widerstand R1 die Spannung im Zwischenkreis ZK über den Widerstand R1 leitet,
- – und/oder wobei ein zweites Bremssystem bei Betätigen des Not-Aus-Schalters 7 mit zumindest einer Schalteinheit SE die Spannung +U, –U des Zwischenkreises ZK auf zwei der Anschlüsse des Motors M schaltet,
- – und/oder ein drittes Bremssystem bei Betätigen des Not-Aus-Schalters 7 die Spannung, mit zumindest einer Schalteinheit SE die Anschlüsse des Motors M über Widerstände R2 leitet,
- – und/oder eine mechanische Bremsvorrichtung (3) bei Betätigung des Not-Aus-Schalters 7 zum Einsatz kommt. Vorzugswiese findet je nach Art des Motors M eine Kombination von einem der vier Bremssysteme Anwendung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- europäischen Norm EN 1417 [0018]
- Europäische Norm EN 1417 [0034]
