DE2022202A1 - Schaltungsanordnung fuer gleichstromerregte Magnetsysteme zum Lueften federbetaetigter Bremsen oder Kupplungen - Google Patents

Description

• Titel Schaltungsanordnung für gleichstromerregte Magnet systeme zum Lüften federbetätigter Bremsen oder Kupplungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für gleichstromerregte Magnet systeme zum Lüften federbetätigter Bremsen oder Kupplungen.
• In zunehmendem Maß werden Elektromotoren benötigt, die im abgeschalteten Zustand gebremst sind. Diese sogenannten Bremsmotoren werden hauptsächlich verwendet fürHebe- und Fördermittel, zum Positionieren und bei Werkzeug- und Arbeitsmaschinen zur Verkürzung der Auslaufzeiton.
• Aber auch Kupplungen, die elektro-magnetisch gelüftet werden können, finden in steigendem Maß Verwendung, weil die Übertragung der Kraft zum Auskuppeln oder Lüften auf mechanischem Wege, über Gestänge, Bowdenzüge oder andere mechanische Glieder oft zu umständlich oder auch zu aufwendig ist.
• Mit d)erallgemeines Entwicklungstelldenz inder Technik, Abmessungen und Masse zu verkleinern, werden auch an die Leistungsfähigkeit elektromagnetisch gelüfteterBremsen oder Kupplungen steigende Anforderungen gestellt.
• Das Brems- oder Kupplungsdrehmoment wird neben dem Reibwert der Beläge und dem mittleren Reibdurchmesserhauptsächlich von der Gesamtfederkraft der Brems- oder Kupplungsfedern und der Anzahl der wirksamen Reibflächon bestimmt.
• Ein sicheres Lüften der Bremse oder Kupplung setzt voraus, daß das Magnet system den Druck dieser Federn überwindetund darüber hinaus einen Luftspalt erreicht, der einen freien Lauf der Brems- oder Kupplungsscheiben gewährleistet.
• Die erforderliche Lüftbewegung ist von der Bauart abhängig.
• Bei der Verwendung von Lamellenbremsen oder Lamellenkupp lungen, die wegen ihrer kleinen Bauart und dem damit verbundenen Vorteil kleinerer Trägheitsmomente häufig bevorzugt werden, ist der erforderliche Luftweg, den das Magnetsystem gegen die Federspannung zu tbeinden hat, verhältnismäßig groß.
• Mit dem Verschleiß der Brems- oder Kupplungsbeläge vergrößert sich der Luftspalt, und damit steigt die notwendige mechanische Arbeit zum Lüften. In der Regel reicht die Anzugskraft des Magneten nicht aus, um den Maximalluitspalt bei abgenutzten Reibbelägen zu überwinden0 Es ist deshalb erforderlich, entsprechende mechanische Nachstellmöglichkeiten zum Verschleißausgleich vorzusehen. Weiterhin wird häufig gefordert, daß das Magnet system in möglichst kurzer Zeit lüftet und auch ohne nennenswerte Verzögerung abschaltet.
• An die Leistungsfähigkeit des Magnetsystems werden somit, bei der Forderung nach möglichst kleiner Bauart und günstigem Zeitverhalten, sehr hohe Ansprüche gestellt, die sich mit konstruktiven Maßnahmen allein nicht beherrschen lassen.
• Bekanntlich ist die Haltekraft eines Gleichstrommagneten, bei konstanter Durchflutung, wesentlich größer als die Anzugskraft. Maßnahmen zur Vergrößerung der Anzugskraft machen deshalb von einer kurzzeitigen Erhöhung der Durchflutung Gebrauch. So ist es bekannt, die Anzugskraft beispielweise dadurch tu erhöhen, daß ein. kurzzeitig höher belastete Anzugswioklung und ein Haltewicklung verwendet werden.
• Auch die Verwendung von umschaltbaren Wicklungsteilen, in Parallel schaltung für den Anzug und in Reihenschaltung zus Halten, ist bekannt. Weiterhin sind auch Schaltungen bekannt, bei denen nur kurzzeitig für die Dauer des Anzugs die Wicklung direkt und zum Halten über vorgeschaltete Widerstände eingeschaltet ist.
• Es wurde auch bereits vorgeschlagen, speziell bei Breismotoren, den erhöhten Anlauf strom eines Asynchronmotors auszunutzen, um über einen Stromtransformator den Erregerstrom des Magnetsystems entsprechend zu erhöhen.
• Auch mit Hilfe einer Stoßerregung, beispielsweise einem Kondensator, der mit einem parallel geschalteten Widerstand in Reihe zur Magnetwicklung liegt, läßt sich der Erreger strom des Magnetsystems kurzzeitig steigern.
• Die bekannten Schaltungsanordnungen sind jedoch nicht geeignet, mit einem kleinen Magnetsystem bei großem Luft spalt eine hohe Anzugskraft mit gutem Zeitverhaltetl zu erreichen.
• Der Zweck der Erfindung besteht demzufolge darin, die Voraussetzungen zu schaffen, daß mit einem möglichst kleinem Magnetsystem die Leistungsfähigkeit elektromagnetisch belüfteter Bremsen oder Kupplungen erhöht werden kann und daß damit die wirtschaftlichen Vorteile einer kleinen Bauweise voll genutzt werden können .
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, bei einem möglichst kleinen Magnet system die Anzugskraft so ZU steigern, daß auch bei großem Luftspalt die Bremse oder Kupplung sicher lüfter. Dabei soll das Magnetsystem noch einen Luftspalt überrinden, der sich durch den maximal zulässigen Verschleiß der Brems- bzr, Kupplungsbeläge ergibt, so daß, im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik, auch bei elektromagnetisch gelüfteten Lamellenbremsen oder Lamellenkixpplungen kein Nachstellen als Verschleißausgleich mehr erforderlich ist. Die Schaltungsanordnung soll dem Magnetsystem weiterhin kurze Anzugs und Abfallzeiten ermöglichen und durch kurze Stoßerregung das Magnetsystem möglichst wenig thermisch belasten, Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem die Magnetwicklung zum Lüften des Magneesystemsmittels einer oder weniger Netzhalbwellen einer Einseggleichrichtung erregt wird, wobei der Anzugs strom mehr als däs Zwanzigfache des Halte stromes beträgt. Diese Einweggleichrichtung besitzt einen speziell ausgelegten Freilaufzweig mit einem Bauelement, welches eine nichtlineare Strom-Spannungskennlinie besitzt und damit unter der Wirkung des Stoßerregerstromes im Verhältnis zur Magnetwicklung einen niedrigen Widerstand und unter der Wirkung des Haltestromes einen hohen Widerstand aufweist. Dieser Anordnung ist ein Gleichstrom-Magnetsystem zugeordnet, bei dem die Magnetspule annahernd symmetrisch in zwei topfförmigen, massiven Magnethälften angeordnet ist, wobei sich der veränderliche Luft spalt etwa in der Mitte befindet.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
• In den Schaltbildern zeigt die Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, wobei an die Klemmen I und q eia Strom von der Dauer einer oder weniger Perioden des Wechselstromnetzes geschaltet wird. Der Strom kann in der einfachsten Art über einen Taster mit Wischerkontakten oder über einen Taster mit in Reihe liegendem Öffner und Schließer mit Überschneidung geschaltet werden. Auch spezielle Schalter ermöglichen, beim Betätigen kurzzeitig einen Strom zu schaleben, Bei diesen Schaltungen ist jedoch die Schaltdauer des Stromes von der Betätigungsgeschwindigkeit abhängig.
• Schütz schaltungen erlauben, die Zeitdauer des Stromes genauer zu begrenzen.
• Ein Stromstoß über eine der erwähnten SchaltungEmöglichkeiten wird ilber die Periode 4 auf die Anzugswlcklung 1 gegeben.
• Die Anzugswicklung ist dabei so ausgelegt, daß der Strom, der kurzzeitig über die Diode 4 fließt, mehr als das Zwanzigfache des Haltestromes beträgt. Dadurch wird auch bei einem großen Luftspalt eine hohe Induktion erreicht, so daß zum Lüften des Magnetsystems eine Netzhalbwelle oder wenige Netzhalbwellen genügen. Parallel zur Anzugswicklung ist als Bauelement mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie ein Selengleichrichter 3 als Freilaufventil angeordnet, das der Magnetwicklung speziell angepaßt ist.
• Unter der Wirkung des- Stoßerregerstromes weist dieser Freilaufzweig einen möglichst kleinen Widerstand auf, wodurch ein hoher Gleichstrommittelwert für den Ansug erreicht wird.
• Beim Umschalten auf den niedrigen Haltestrom, der zwischen den Klemmen I und K2 über die Haltewicklung 2, die Anzugswicklung 1 und die Diode 4 fließt, wird der Widerstand im rreilaufzweig entsprechend der nichtlinearen Strom-Spannungskennlinie des im Ausführungsbeispiel gewählten Selengleichrichters 3 vervielfacht.
• Dadurch wird entsprechend der Widerstandserhöhung im Freilaufzweig die elektrische Zeitkonstante verkleinert, und es ergibt sich der Vorteil kurzer Abschaltzeiten.
• Der Selengleicbrichter 3 wird zweckmäßigerweise so bemessen, daß sein Innenwiderstand in Durchlaßrichtung unter der Wirkung des Stoßerregerstromes möglichst noch kleiner ist, als der Widerstand der Anzugswicklung 1 und daß sich nach dem Umschalten auf den Halte strom ein Innenwiderstand des Selengleichrichters 3 ergibt, der ein Vielfaches des Widerstandes der Anzugswicklung beträgt.
• Durch entsprechende Wahl der Anzahl der Glei chricht.rplatton besteht die Möglichkeit, sich in einfacher Weis an die vorstehende Forderung anzupassen. Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Freilaufzweiges konnten Abschaltzeiten ermittelt werden, die nur etwa 10 bis 20 % der Zelten betragen, die sich ergeben, wenn der Freilaufweg über eine Diode mit sehr geringer Schleusenspannung geschlossen wird.
• Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Auslegung des Freilaufzweiges, im Gegensatz zu einem in den Freilaufkreis eingeschalteten Festwiderstand iür gleich kurze Ab schaltzeiten, die Anzugskraft praktisch nicht verringert.
• Im Sinne weiterer Ausführungsbeispiele lassen sich die erforderlichen Widerstandsverhältnisse auch mit einer Kombination einer Zenerdiode und einer Siliziumdiode oder eines spannungsabhängigen Widerstandes und einer Siliziumdiode erreichen.
• In Fig. 2 liegt die Haltewicklung 2 des Bremssystems bei eingeschaltetem Motor ständig über die Diode 17 an Spannung, während die Anzugswicklung 1 nur beim Einschalten des Motors für einige Netzperioden über den Thyristor 6 gespeist wird.
• Das Zünden des Thyristors geschieht folgendermaßen: Beim Anlegen der Wechsel spannung U , die dem Netz entnommen wird, an das der Motor angeschlossen wird, ist der Kondensator 13 spannungslos, und über den Widerstand 15 liegt eine Spannung, die größer als die Ansprechspannung der Zenerdiode 9 ist, so daß der Kondsnsator 8 über den Widerstand 10 aufgeladen wird. Erreicht die Spannung des Kondensators 8 die Kippspannung der Triggerdiode 7, so entlädt sich der Kondensator 8 über die Zündstrecke des Thyristors 6, wodurch dieser in den leitenden Zustand versetzt wird. Bis zum Zünden des Thyristors hat sich auch der Kondensator 13 über die Diode 11 und die Widerstände 12 und 15 auf einen bestimmten Wert der Spannung aufgeladen, so daß zu Beginn der nächsten Periode die Spannung am Widerstand 15 geringer ist, als zu Beginn der ersten Periode, wodurch der Thyristor in der zweiten Periode später zündet als in der ersten. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Spannung am Widerstand 15 kleiner bleibt als die Ansprechsparinung der Zenerdiode 9 und der Thyristor 6 nicht mehr gezündet wird.
• Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände 14 und 15 sowie des Kondensators 13 kann man erreichen, daß der Thyristor 6 nur für einige, z.B. 2 bis 5, Netzperioden leitend ist und damit der Anzugswicklung 1 Stromimpulse zuführt. Die Abhängigkeit der Impulszahl von der Netzspannung wird durch den spannungsabhängigen Widerstand 16 in Verbindung mit dem Widerstand 12 unterdrückt. Der Widerstand 14 ermöglicht die Entladung des Kondensators 13 nach dem Abschalten des Motors.
• Die Kombination 5 aus Widerstand und Kondensator dient der Überspannungsbedämpfung am Thyristor 6.
• Der Selengleichrichter 3 gewährleistet auch bei dieser Schaltung einerseits einen guten Freilaufeffekt für den Anzugsstrom und andererseits ein schnelles Abklingen des Haltestromes beim Ausschalten des Motors.
• Diese an sich schon vorteilhafte Wirkungsweise der Schaltung anordnung wird noch verstärkt durch die besondere Charakteristik eines Gleichstrommagnetsystems, welches aus zwei etwa gleichen, topfförmigen, massiven Magnethälften besteht, wobei sich der veränderliche Luft spalt der inneren und äußeren Polflächen etwa in der Mitte befindet.
• Bei Wechselstrommagneten ist ein symmetrischer Aufbau bekannt, wobei sich der veränderliche Luftspalt zwischen den Polflächen in der Mitte des Magnet systems befindet. Trotzdem es bekannt ist, daß beispielsweise bei Gleichstrom-.Topfmagneten eine Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinien durch entsprechende Gestaltung des Arbeitsluftspaltes in ziemlich breitem Bereich möglich ist, wurde das im Rahmen vorliegender Erfindung vorgesehene Magnetsystem bei elektrisch gelüfteten Bremsen oder Kupplungen noch nicht verwendet0 Der Grund liegt hauptsächlich darin, daß sich mit den bekannten Schaltungsanordnungen nur ein relativ kleiner Luftspalt überwinden läßt. Dafür sind aber die bekannten Gleichstrommagnetsysteme mit Plananker ausreichend.
• Erst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist einen Weg, wesentlich größere Luftspalte zu überwinden, wobei es zweckmäßig ist, die Vorteile eines Magnetsystems, welches bei relativ flacher Kraft-Weg-Kennlinie einen großen Luftspalt zu überwinden vermag, mit den Vorteilen der erfindungse.
• gemäßen Schaltungsanordnung zu kombinieren. Bei Lamellenbremsen oder Lamellenkupplungen addiert sich, iniolge der hintereinander angeordneten Brems- oder Kupplungslamellen, der Verschleiß. Dadurch vergrößert sich entsprechend schneller der Luftspalt, und es ist zum Ausgleich eine entsprechende Nachstelleinrichtung erforderlich, weil sonst das Magnetsystem nicht mehr in der Lage ist zu lüften.
• Die Erfindung schafft den Vorteil, infolge der größeren Leistungsfähigkeit eines speziellen Magnetsystems, auch bei großem Luftspalt aui eine Nachstellung zu verzichten oder mit einer einfachen Nachstellung in nur wenigen Studies aus zukommen0 Dieser Vorteil hat erhebliche ökonomische Bedeutung, weil nicht nur der Wartungsaufwand wesentlich verkleinert wird, sondern auch die oft erheblichen Begleitumstände zum Nachstellen, wie Montageaufwand und Stillstandszeiten vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht, außer des möglichen Verzichtet auf die Nachstelleinriohtung, darin, daß die Steigerung der Leistungsfähigkeit eine weseitliche Verkleinerung des Magnetsystems ermöglicht. Damit besteht in vielen Fällen die Möglichkeit, das Magnetsystem zentral innerhalb der Brems- oder Kupplungslamellen anzuordnen, so daß auch eine elektrisch gelüftete Bremse oder Kupplung bei gleicher Leistung keine größeren Abmessungen aufweist, als es von mechanisch gelüfteten Lamellenbremsen oder Kupplungen bisher bekannt war. Damit kann der Anwendungsbereich elektrisch belüfteter Bremsen oder Kupplungen stark erweitert werden, was vor allem im Hinblick au9 die Forderung der Automatisierung große ökonomische Bedeutung hat.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für gleichstromerregte Magnetsysteme zum Anschluß an Wechselstromnetze für das Lüften iederbetätigter Bremsen oder Kupplungen mit Stoßerregung zur kurzzeitigen Erhöhung der Durchflutung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmaler Die Magnetwicklung wird zum Lüften des Magnetsystems mittels einer oder weniger Netzhalbwellen einer Einweggleichrichtung erregt, wobei der Anzugsstrom mehr als das Zwanzigfache des Haltestromes beträgt.

Die Einweggleichrichtung besitzt einen speziell ausgelegten Freilauf zweig mit einem Bauelement mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie, das unter der Wirkung des Stoßerregerstromes im Verhältnis zur Magnetwicklung einen niedrigen Widerstand und unter der Wirkung des Haltestromes einen hohen Widerstand aufweist.

Es ist ein Magnetsystem vorgesehen, bei dem die Magnetspule annähernd symmetrisch in zwei topfförmigen, massiven Magnethälften angeordnet ist, wobei sich der veränderliche Luftspalt etwa in der Mitte befindet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Magnetsystems aus einer getrennten Anzugs- und Haltewicklungbesteht.

3. Schaltungsanordnung nacnAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kurzzeitige Einschalten der Anzugswicklung über eines Schließer oder ein Wischerkontaktpaar eines Ein-Tasters oder/ und über Schützkontakte erfolgt, wobei zusätzlich ein thermischer Auslöser im Stromkreis vorgesehen sein kann,

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kurzzeitige Einschalten der Anzugswicklung über ein Thyristorstellglied erfolgt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlineares Schaltelement im Freilaufzweig vorzugsweise ein Selengleichrichter mit entsprechender Plattenzahl vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabhängigkeit der Zünddauer des Thyristors mittels eines Halbleiterwiderstandes, z.B. eines Varistors, herabgesetzt wird.

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