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Federdruckbremse
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Die Erfindung betrifft eine Federdruckbremse für einen einen Stator
und einen Rotor aufweisenden Elektromotor, bei welcher ein gegen die Kraft einer
Feder von einem Magnetfeld angezogenes, ein Anker bildendes Maschinenelement durch
die Feder bei abgeschaltetem Magnetfeld in eine eine form- oder/und kraftschlüssige
Verbindung zwischen einem mit dem Stator und einem mit dem Rotor drehstarr verbundenen
Maschinenteil bewirkende Bremslage bewegbar ist.
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Solche Federdruckbremsen dienen beispielsweise dem selbsttätigen Bremsen
und Stillsetzen des Rotors elektrischer Kleinmotoren einschließlich angeschlossener
weiterer rotierender Teile eines Antriebsaggregates und zum Stillhalten dieser Teile
bei Verminderung des Motorbetriebsstromes unter einen definierten Wert. Hierbei
wird ein in einer z. B. fest mit dem Stator bzw. Statorpaket verbundenen Führung
ein Bremselement bei Betrieb des Motors in einer unwirksamen Position durch das
Magnetfeld festgehalten. Beim Abschalten des Magnetfelds wird das Bremselement durch
die Federkraft alsdann bis zum Eingriff mit fest mit dem Rotor verbundenen Teilen
des Motors verschoben, wodurch der Motor zum Stehen kommt.
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Zur Verwendung an kleinen Elektromotoren sind mehrere Ausführungsurten
zur Betätigung des Bremselementes bzw. seines Auslöseteiles bekannt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist für die Bremse ein gesonderter
Elektromagnet am Motor vorgesehen, der seperat gespeist werden muß und bei Erregung
einen das Bremselement bildenden oder mit diesen verbundenen Anker gegen die Kraft
einer Feder anzieht. Ilne solche Lösung mit seperatem Bremsmagnet ist aufwendig
und verursacht zusätzliche Kosten und zusätzlichen Platzbedarf.
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Bei kleinen Spaltpolmotoren, die nur eine geringe Last zu bewegen
haben, benutzt man für die Bremse das dort vorhandene, verhöltnismäßig
große
Streufeld am Stator-auBenumfang. Eine solche Lösung ist jedoch nur für sehr geringe
Leistungen brauchbar. Für größere abzubremsende Massen ist das Streufeld jedoch
zu gering, um die für die Beschleunigung eines wesentlich größeren und stärkeren
Bremselementes erforderliche Federkraft zu überwinden.
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Alle bekannten Formen haben den Nachteil, daß die Einzelteile der
Bremse ungeschützt außen am Motor angebracht sind, zusätzlichen Einbauraum beanspruchen
und in den meisten Fällen die Anbringung und Wirkung von Lüfterflügeln behindern.
Betätigungsmagnete erfordern außedem gesonderte Zuleitungen und verschlechtern durch
ihre zusätzliche Verlustwärme die Temperaturverhältnisse am Motor bzw. seine ausnutzbare
Abgabe-leistung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dahereivorgenannten aNachteile
der bekannten Ausführungsformen zu besitigen und eine Bremseinrichtung zu schaffen,
die nicht nur erheblich geringeren Aufwand an Material und Energie benötigt sondern
auch auf kleinstem Raum realisierbar ist, so daß das Bauvolumen herkömmlicher Kleinmotoren
überhaupt nicht oder nur unmerklich vergrößert werden muß.
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Die erfindungsgemöße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das
Stirnstreufeld des Motors als Magnetfeld für die Bremse vorgeshen ist.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß daVerhältnis zur Motorleistung
sehk geringe Stirnstreufeld des Motors ausreicht, die Federkraft der Bremse völlig
zu beherrschen. Durch diese erfindungsgemäße Ausnutzung des Stirnstreufelds zur
Bremsbetätigung läßt sich, wie im folgenden dargelegt, mit wenig Aufwand eine äußerst
platzsparende Konstruktion einer Federdruckbremse erreichen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein in Richtung
der Rotorachse - also sowohl achsparallel als auch konzentrisch zur Achse - verschiebbar
gelagertes, mit dem Rotor drehstarres Maschinenteil vorgesehen, das an seinem einen
Ende einen der Statorstirnfläche im Bereiche des Luftspaltes zwischen Stator und
Rotor zugewandten Vorsprung aus magnetischem Material und an seinem anderen Ende
eine Kontaktfläche aufweist, mit der es bei Entspannung der sich am Rotor abstützenden;
in axialer Richtung wirkenden Feder auf eine Gegenfläche eines mit dem Stator verbundenen
Maschinenteils auftrifft und mit diesem eine form- oder/und kraftschlüssige Verbindung
bildet.
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Es ist natürlich auch denkbar, daß das axial verschiebbare Maschinenteil
nicht am Rotor sondern an dem mit dem Stator fest verbundenen Maschinengehäuse gelagert
ist, also sich nicht dreht,und durch das Stirnstreufeld des Stators gegen Federkraft
angezogen wird und bei
Abschaltung des Motors und damit des Statorstirnfeldes
durch die Feder in eine Bremslage bewegt wird, in der es beispielsweise gegen einen
mit dem Rotor umlaufenden Nocken oder dgl. anstößt.
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Es sind also im Rahmen der Erfindung verschiedene Ausführungsformen
für n Fachs nn möglich.
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In Weiterbildung der erstgenannten Ausführungsform ist das mit dem
Rotor dreh starre Maschinenteil als ein auf der Rotorwelle axial verschiebbar geführtes,
scheibenförmiges Bremselement ausgebildet, das an seinem rotorseitigem Umfang einen
in den Bereich des Statorstirnstreufelds vorkragenden Ring aus magnetischem Material
aufweist und an seiner entgegengesetzten Seite die Kontaktfläche.
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In besonderer Ausführungsform inn hierbei als Träger der Kontaktfläche
mindestens ein von dem scheibenförmigen Bremselement vorsprngender Ansatz oder dgl.
vorgesehen sein, der bei Entspannung der Feder, also in der Bremslage gegen einen
Anschlag an einem mit dem Stator oder dem Stator verbundenen Gehäuseteil des Motors
anstößt. Es sind hier natürlich nicht nur einer sondern auch mehrere, z. B. radial
oder achsparallel aus der Rotationsebene des scheibenförmigen Bremselementes herausragende
Ansätze und ebenso viele, mit ihnen korrespondierende Anschläge am Stotor bzw. an
den mit diesem verbundenen Motorteilen denkbar.
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In einer besonderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Kontaktfläche
als eine an der Stirnseite des scheibenförmigen Bremselementes vorgesehene,also
etwa kreisringförmige Reibfläche ausgebildet ist, der eine Reibfläche an der gegenüberbefindlichen
Innenseite des Motorgehäuses entspricht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das scheibenförmige
Bremseelement aus zwei in axialer Richtung kraftschlüssig verbundenenç z. B. zusammengepreßten
Scheiben besteht, wobei die eine, den magnetischen Ring aufweisende Scheibe mit
dem Rotor dreh starr verbunden ist. Die andere, durch die erste Scheibe geführte
Scheibe, ist also zusammen mit dieser auf der Rotorwelle axial verschiebbar.
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Im Rahmen der Erfindung bietet sth schließlich die Möglichkeit, die
Statorstirnfläche und/oder gegebenenfalls auch die Rotorstirnfläche im Bereiche
des Luftspaltes etwas zurtickspringend ouszubilden, beispielsweise durch eine kleine
Ausdrehung des Stators im Bereiche des Luftspaltes. Hierdurch kann das Stirnstreufeld
vergrößert werden, um auch die für größere Bremsleistungen erforderliche Feder,
die das Bremselement antreiben muß, zu beherrschen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1: einen Schnitt durch einen Motor
mit der erfindungsgemäßen Bremsanordnung und Fig. 2: eine Einzelheit der Bremsanordnung
mit einer Ausdrehung des Stators in Bereiche des Luftspaltes.
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Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Bremse bei einem Asynchronmotor.
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In dem Gehäuse 14 sind der Stator 15 mit seinerWicklung 16 und der
f um die Welle 3 rotierende Rotor 17 mit den Kurzschlußringen 18 und den Lüfterflügeln
19 untergebracht.
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Das axial verschiebbare Bremselement ist in der Betriebsposition des
Motors dargestellt. Es besteht aus einer Mitnehmerscheibe 1 aus nicht leitendem
Werkstoff, die einen vom magnetishen Stirnstreufeld angezogenen Ring 2 aus magnetisierbarem
Material trägt. Sie ist verschiebbar auf der Rotorwelle 3 angeordnet und durch einen
Stift 4 gegen Drehung gesichert.
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Kraftschlüssig wird eine Bremsscheibe 5 auf der Scheibe 1 mitgenommen.
Die Federscheibe 6, die durch ein Halteelement 7, das auf Teil 1 verankert ist,
vorgespannt ist, sorgt für das in weiten Grenzen wählbare Bremsdrehmoment. Das zeiten
der Bremsflächen wird noch durch zwischen diese Teileieingesetzte dünne Scheiben
8 und 9 vergleichmößigt.
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Die Bremse funktioniert ohne äußere Energiezufuhr. Bei Betrieb des
Motors wird das Bremselement an der Stirn seite des Stator-Rotor-Pakets und des
Maschinenluftspaltes von dem sich aufbau~enden magnetischen Streufeld in eine unwirksame
Stellung gebracht und dort gehalten. Bei Abbau des Mtormagnetfeldes wird das gesamte
Bremselement alsdann durch die Kraft der Feder 10 von der Stirnseite des Stator-Rotor-Paketes
in axialer Richtung wegbewegt. Der
nasenartige Ansatz 11 der Bremsscheibe 5 trifft denn mit seiner seitlichen, hier
in der Zeichenebene liegenden Kontaktfläche gegen einen entsprechenden Anschlag
12, der hier durch einen Stift gebildet wird, der in dem feststehenden Motorteil
13, hier das Lagerschild, befestigt ist. Hierdurch wird durch Verhinderung des weiteren
Umlaufens der Bremsvorgang eingeleitet, und der Rotor festgehalten, bis eine erneute
Erregung des magnetischen Kreises des Motors erfolgt.
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Es ist ersichtlich,dnß das Bremssystem gemäß der Erfindung auch für
andere umlaufende elektrodynamische Maschinen mit stirnseitig zugänglichem Luftspalt,
z. B. Kommutatormaschinen, anwendbar ist.
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Die Erfindung ermöglicht also, daß die Bremse in bereits vorhandenen
Hohlräumen eines Motors mit ausgeprägten Polen bzw. eines Motors mit
konzentriericklungdes nicht umlaufenden Teiles untergebracht werden kann, so daß
keine Vergrößerung des bisherigen Bauvolumens erdorderlich wird.
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