DE2819942C2 - Elektrobremsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrobremsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Bei bekannten Elektrobremsmotoren dieser Art reicht in der Einschaltphase der durch die hochpolige Wicklung fließende elektrische Strom nicht aus, um ein solches Magnetfeld zu erzeugen, daß die Bremse rasch und sicher gelöst wird. Es müssen daher zum Lüften der Bremse zusätzliche Mittel, beispielsweise ein besonderer Bremsmagnet vorgesehen werden, wodurch ein erhöhter Bauaufwand entsteht. Bei elektrischen Bremsmotoren, bei welchen zur Erzielung zweier Laufgeschwindigkeiten außer der einen langsamen Lauf bewirkenden, hochpoligen Statorwicklung noch eine niederpolige Statorwicklung für den Schnellauf vorhanden ist (FR-PS 11 28 071), ist es bekannt, während des Anlaufens des Motors oder bei dessen Langsamgang die beiden Wicklungen ständig hintereinander zu schalten, 'um durch Erhöhung der Ampere-Windungszahl die Magnetkraft zum Lösen der Bremse zu erhöhen. Dabei stellt sich jedoch eine Mischdrehzahl ein, die größer als •'die der hochpoligen Statorwicklung an sich zugeordneten Drehzahl ist, und es müssen erhebliche Wärmeverluste in Kauf genommen werden. Um die beim Anlaufen des Motors zum Lüften der Bremse erforderliche Magnetkraft zu erhöhen, ist es weiterhin — z. B. aus der vorerwähnten FR-PS — bekannt, konische Verschiebeanker zu verwenden. Die Herstellung eines solchenMotors ist jedoch wegen der erforderlichen Genauigkeit hinsichtlich der Einhaltung des Luftspalts zwischen Rotor und Stator teuer. Aufwendig ist auch das Einbringen der Wicklungen in den konisch ausgebildeten Stator.

Bei Verschiebeankermotoren mit nur einer Statorwicklung ist es zur Erhöhung der Bremslüftkr&ft auch bekannt, diesen kurzzeitig auf ein stärkeres Drehmoment zu schalten (DE-PS 6 60 697). Wie dies im einzelnen erfolgen soll, ist jedoch in dieser Literaturstel-Ie nicht angegeben, die sich im übrigen auf Nähmaschinenmotoren bezieht, also auf Motoren sehr geringer Leistung, die andere Charakteristiken zeigen als Elekirobremsmotoren für Hebezeuge etc.

Bei Motoren mit einer hochpoligen und einer niederpoligen Statorwicklung mit konischem Rotor ist

ίο es bekannt, zur Lüftung der Bremse ausschließlich die höherpolige Wicklung einzuschalten, während anschließend auf die niederpolige Wicklung umgeschaltet wird (DEPS 8 29 330). Auch damit ist jedoch keine ausreichende Kraft zur Lüftung der Bremse zu erzielen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem gattungsgemäßen elektrischen Bremsmotor die Magnetkraft zum Lüften der Bremse oeim Einschalten und während der Anlaufphase des Motor«; mit der hochpoligen Wicklung so stark zu erhöhen, daß ein sicheres Lüften der Bremse erreicht werden kann.

4 Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen fElektrobremsmotor durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst
Durch diese Maßnahme erhält man kurzzeitig eine erhebliche Erhöhung des Motorstroms und außerdem eine Erhöhung der stromdurchflossenen Windungszahl, so daß das die Bremse lüftende Magnetfeld sowohl durch die Erhöhung des Stromes als auch durch die Erhöhung der stromdurchflossenen Windungszahlen verstärkt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die niederpolige Statorwicklung über wenigstens ein Schütz der hochpoligen Statorwicklung parallel schaltbar.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Parallelschaltung der niederpoligen zur hochpoligen Statorwicklung durch ein auf den Einschaltstromstoß der hochpoligen Wicklung ansprechendes Relais herstellbar ist.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel unifassen die Schaltmittel zur kurzzeitigen Erhöhung der Bremslüftkraft einen Schalter, der von dem axial beweglich gelagerten Kurzschlußanker betätigbar ist.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 eine erste konstruktive Ausführungsform eines Elektrobremsmotors;

Fig.2 eine andere Ausführungsform eines Elektrobremsmotors;

so F i g. 3 ein Schaltschema für einen Elektrobremsmotor mit Parallelschaltung der Statorwicklung beim Anfahren;

F i g. 4 ein anderes Schaltschema einer Motorsteuerung;

Fig.5 ein weiteres Schaltschema;

Fig.6 eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform eines elektrischen Bremsmotors und

F i g. 7 einen Ausschnitt aus F i g. 6 in einem anderen Betriebszustand des Motors.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines elektrischen Bremsmotors, der sich für die Anwendung der Erfindung eignet. Im folgenden werden nur die wesentlichsten Teile des Motors beschrieben, soweit dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.

In einem mehrteiligen Gehäuse 1 ist in Lagern 2, 3 die Welle 4 eines Kurzschlußankers 5 drehbar gelagert. Das in F i g. 1 linke Ende der Welle 4 trägt einen Ventilator 6 zur Kühlung des Motors, während an das gegenüberlie-

gende Ende 7 der Welle 4 ein anzutreibendes Gerät, beispielsweise ein Hebezeug angeschlossen werden kann. Mit der Welle 4 ist drehfest, jedoch in axialer Richtung beweglich, ein Verschiebeteil 8 verbunden, das mittels einer ßremsfeder 9 gegenüber dem drehfest und unverschieblich auf der Welle 4 sitzenden Kurzschlußanker 5 vorgespannt ist. Das Verschiebeteil 8 weist eine konische, mit einem Bremsbelag II versehene Fläche 12 luf. Die als Druckfeder ausgebildete Bremsfeder 9 drückt den Bremsbelag im ausgeschalteten Zustand des Motors kräftig gegen die Innenseite eines Bremskonus 13. Hierdurch ist der Kurzschlußanker 5 des Motors abgebremst.

Den Kurzschldßanker 5 umgibt ein verlängerter Stator 14, welcher in herkömmlicher Weisf zwei Wicklungen trägt, nämlich eine innengelegene, hochpolige Wicklung 15 iiir den langsamen Lauf und eine außengelegene, niederpolige Wicklung 16 für den schnellen Lauf des Motors. Der zylindrisch ausgebildete Anker 5 ist mit einem aus Eisensegmenten bestehenden Umlenkteil 17 fest verbunden, an dessen Vorder- und Rückseite Ringe 18 bzw. 19 aus Aluminium mit der au" Tig. I ersichtlichen Querschnittsform vorgesehen sind.

• Das Umlenkteil 17 hat die wichtige Funktion, das aus dem verlängerten Stator 14 herrührende Magnetfeld so umzulenken, daß bei eingeschaltetem Motor, d. h. bei stromdurchflossenen Wicklungen 15, 16, das Verschiebeteil 8 gegen die Wirkung der Feder 9 zum ; Kurzschlußanker 5 hingezogen wird und die an ihm befestigte, vom Bremsbelag 11 gebildete Bremse lüftet.

Bei der in Fig.2 dargestellten, abgewandelten

Ausführungsform eines Elektrobremsmotorssind einarder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszei-'chen wie in Fig, 1 bezeichnet. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist in F i g. 2 der Kurzschlußanker 5 mittels Buchsen 20 auf der Welle 4 drehbar, jedoch axial unverschieblich, gelagert. Auf der dem Umlenkteil 17 zugekehrten Fläche des Verschiebeteils 8 befindet sich ein ringförmiger Kupplungsbelag 22, der bewirkt, daß nach dem Einschalten des Motors, wenn also das Verschiebete.il 8 aufgrund des herrschenden Magnetfeldes zum Kurzschlußanker 5 hingezogen ist, die Drehbewegung des Kurzschlußankers 5 durch den vom Kupplungsbelag 22 vermittelten Reibungsschluß auf die Welle 4 und damit , auf ein bei 7 anzuschließendes Gerät übertragen wird. Diese Kupplung zwischen den Teilen 5 und 8 durch Re"bungsschluß (und nicht durch an sich bekannten Formschluß) hat den Vorteil, daß sich die Mitnahme der Motorwelle sanfter gestaltet und entsprechend der Wahl des Reibungsmomentes eine Überlastung des Motors verhinderbar ist, beispielsweise bei Hebezeugen, wenn eine zu schwere Last angehoben werden soll. Besonders vorteilhaft aber ist der Motor nach F i g. 2 als Fahrmotor, z. B. bei einem Kran.

Normalerweise wird beim Anlaufen eines Elektrobremsmotors gemäß F i g. 1 oder 2 zunächst die hochpolige Wicklung 15 allein eingeschaltet, da diese (hochohmige) Wicklung nur einen langsamen Lauf des Elektromotors bewirkt. Dabei besieht jedoch der Nachteil, daß das von der hochpoligen Wicklung 15 erzeugte Magnetfeld wegen des geringen Stromes so klein ist, daß es nicht ausreicht, um das Verschiebeteil anzuziehen und damit die Bremse sicher zu lüften. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird erfindungsgemäß die in Fig.3 dargestellte Schaltung angewandt. In dieser Figur sind links die den elektrischen Bremsmotor M speisenden Hauptstromleitungen und rechts die zum Schalten des Motors dienenden Steuerstromleitungen dargestellt. Von den Netzleitungen R. S, T zweigen Leitungen Uu Vi, Wi und ίΛ, V₂, Wi ab, welche die hochpolige Wicklung 15 bzw. die niederpolige Wicklung 16 über Schalter Kt, K 2, K 3 und K 4 mit Strom versorgen. Jeder dieser Schalter wird durch ein ihm zugeordnetes Schütz Sl, 52, 53 bzw. 54 betätigt. Die Schütze betätigen weiterhin Kontakte Ct, C2 und CZ. Ferner enthält die im rechten Teil der Fig. 3 dargestellte Steuerschaltung zwei 2stufige Handsteuerschalter H1 und H2. Die Schaltung gemäß Fig. 3 wirkt in folgender Weise:

Die Steuerschaltung im rechten Teil der Fi g. 3 wird als stromführend vorausgesetzt, so daß das Schütz S4 erregt und der Schalter K 4 im linken Teil des Schaltschemas der Pig.3 geschlossen ist. Unter der Annahme, daß der Motor M einem Hebezeug zugeordnet ist, dient der Schalter H1 der Auslösung der Aufwärtsbewegung, während der Schalter H2 die Abwärtsbewegung auslöst. Als Beispiel v/ird im ,nachfolgenden die Einschaltung einer zunächst langsam und anschließend schnell verlaufenden Aufwärtsbewegung gewählt. Hierzu wird durch Verstellen des Schalters H1 auf seine erste Stufe das Schütz 51 erregt und hierdurch der Schalter Kt geschlossen. Damit erhält die niederpolige Wicklung 16 über die geschlossenen Schalter K1 und K 4 Strom. Weiterhin wird durch die Erregung des Schützes 51 der Kontakt Cl geschlossen, so daß über den im rechten Teil de^r F i g. 3 rechts gelegenen, auf der ersten Stufe noch geschlossenen Kontakt des Handsteuerschalters Ht das Schütz 53 erregt wird. Hierdurch wird der Schalter K3 geschlossen, so daß auch die hochpolige Wicklung über die Schalter Kl und K 3 Strom erhält. Durch die Erregung des Schützes 53 wird aber der Kontakt C3 geöffnet, so daß das Schütz 54 stromlos wird und der Schalter K 4 öffnet. Hierdurch wird die niederpolige Wicklung 16 wieder stromlos. Der Motor M läuft aufgrund der nun alhin noch stromdurchflossenen hochpoligen Wicklung 15 im Langsamgang. Verstellt man nun den Handsteuerschalter Ht auf die zweite Stufe, wobei der im rechten Teil der Fig.3 links gelegene Kontakt dieses Schalters noch geschlossen bleibt, der rechts gelegene Kontakt, sich hingegen öffnet, so wird das Schütz 53 stromlos und der Kontakt C3 schließt wieder, so daß das Schütz 54 wieder erregt und der Schalter K 4 dementsprechend geschlossen ist. Beim Stromloswerden des Cihüizzs S3 hat sich aber auch der -Schalter K 3 geöffnet, so daß nun allein die niederpolige Wicklung 16 Strom erhält und dsr Motor im Schnellauf (aufwärts) umläuft.

Für die Einschaltung des Abwärtsganges gilt Entsprechendes.

Auf diese Weise wird immer erreicht, daß beim Einschalten des Langsamganges des Motors M (Emschalten der hochpoligen Wicklung 15) kurzzeitig die niederpolige Wicklung 16 stromführend wird. Hierdurch entsteht durch den hohen Stromfluß in der niederpoligen Wicklung 16 ein kräftiges Magnetfeld, durch welches die Bremse sofort gelöst wird. Wenn nach kurzer Zeit die niederpolige Wicklung 16 in der beschriebenen Weise automatisch wieder stromlos wird, genügt der durch die hochpolige Wicklung 15 fließende, verhältnismäßig niedrige Strom, um ein solches Magnetfeld zu erzeugen, das das Verschiebeteil 8 in Anlage am Kurzschlußanker 5 und damit die Bremse im gelüfteten Zustand hält. In der Einschaltphase des Motors sind die beiden Wicklungen 15 und 16 so lange parallel geschaltet, bis das Schütz 53 reagiert. Die

Einschaltzeit der niederpoligen Wicklung 16 hängt dabei von der Eigenzeit des Schützes 53 ab. Für ein zuverlässiges Lüften der Bremse ist eine Einschaltzeit der niederpoligen Wicklung 15 von etwa V» Sekunden ausreichend.

Im Gegensatz zu F i g. 3 ist bei dem Schaltschema nach F i g. 4 kein eigener Steuerstromkreis vorgesehen, vielmehr sind die Handsteuerschalter H3, HA, H5, H% im Hauptstromkreis des Motors M angeordnet. Der Schalter A/3 ist einer langsamen Aufwärtsbewegung, der Schalter HA einer langsamen Abwärtsbewegung, der Schalter H 5 einer schnellen Aufwärtsbewegung und der Schalter H% einer schnellen Abwärtsbewegung eines mit dem Motor M verbundenen Hebezeuges zugeordnet. Um auch in dieser Schaltung das Problem zu lösen, bei Einschalten des Langsamganges des Motors M ein kräftiges Magnetfeld für das Lüften der Bremse zu erzeugen, wird beim Schließen des Schalters H3> durch den dadurch ausgelösten Einschaltstromstoß ein Stromstoßrelais R kurzzeitig erregt, so daß sich dessen Kontakte R1 und R 2 vorübergehend schließen. Hierdurch wird neben der durch den Schalter HZ eingeschalteten hochpoligen Statorwicklung 15 kurzzeitig die niederpolige Wicklung 16 eingeschaltet. Das hierdurch vorübergehend entstehende, kräftige Magnetfeld lüftet die Bremse. Nach Abklingen des Einschaltstromstoßes fällt das Relais R wieder ab, die Kontakte Ri, R 2 öffnen und es bleibt lediglich die hochpolige Wicklung 15 stromführend, so daß der Motor Mim Langsamgang läuft. Entsprechendes gilt für den langsamen Abwärtsgang bei Betätigung des Schalters HA. Beim Betätigen der Schalter H5, H6 wird jeweils der schnelle Aufwärts- bzw. Abwärtsgang direkt eingeschaltet. Für das zuverlässige Lüften der Bremse ist es ausreichend, wenn der das Relais R erregende Einschaltstromstoß eine Zeitdauer von etwa 0,2 Sekunden hat. Die Einschaltzeit für die Wicklung selbst ist wie oben angegeben entsprechend geringer.

Das Stromstoßrelais R in Fig.4 kann durch ein anderes Relais A ersetzt werden, welches die Kontakte R 1 und R 2 betätigt. Die Steuerung des Relais A erfolgt über eine elektronische Schalteinrichtung B mit einstellbarer Zeitkonstante. Die Schalteinrichtung B ist über die beiden, in Fig.4 gestrichelt gezeichneten Leitungen an den Hauptstromkreis angeschlossen und wird beim Einschalten der Schalter //3 und HA in Tätigkeit gesetzt. Die Wirkungsweise ist wie zuvor im Zusammenhang mit dem Stromstoßrelais R beschrieben.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Schaltkreis sind wiederum zwei 2stufige, manuell betätigte Steuerschalter Qi, Q2 im Hauptstromkreis angeordnet. In dem in Fi g. 5 dargestellten Zustand sind die Schalter Q1, Q2 geöffnet. Werden die Schalter auf ihre erste Stufe verstellt, so erhalten, wie sich leicht anhand der F i g. 5 verifizieren läßt, die beiden Wicklungen 15, 16 des Motors M Strom. Gleichzeitig wird auf der ersten Stufe ein Schütz 55 erregt, so daß sich dessen Kontakte C5 öffnen. Hierdurch wird die niederpolige Wicklung 16 nach kurzer Einschaltzeit wieder stromlos. Die Einschaltzeit der Wicklung 16 hängt dabei von der Reaktionszeit des Schützes S5 ab, d. h. beide Wicklungen sind so lange gleichzeitig stromführend, bis die Reaktionszeit des Schützes 55 abgelaufen ist Aufgrund der kurzzeitigen Zuschaltung der Wicklung 16 herrscht kurzzeitig wiederum ein starkes Magnetfeld, das ausreicht, um die Bremse sicher zu lüften. Wird nun der Schalter Qi oder Q2 ganz durchgedrückt, d.h. auf seine zweite Stufe verstellt, so wird der Stromfluß zur hochpoligen Wicklung 15 (an den in Fig.5 rechts gelegenen Kontakten der Schalter Ql und Q2) unterbrochen. Gleichzeitig wird das Schütz 55 stromlos, so daß die Kontakte C5 wieder schließen. Hierdurch ist nun die niederpolige Wicklung 16 allein eingeschaltet, d. h. der Motor Λ/läuft im Schnellgang.

Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß der Kern der Erfindung darin besteht, durch elektrische Schaltmittel während der Anlaufphase die Bremslüftkraft kurzzeitig zu erhöhen. Dies erfolgt bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Hilfe einer Schützenoder Relaissteuerung. In den F i g. 6 und 7 ist dargestellt, wie die Beendigung der kurzzeitigen Parallelschaltung beider Wicklungen auch durch eine axiale Verschiebebewegung der Motorwelle, also auf rein mechanischem Wege erfolgen kann. Hierzu wird vorzugsweise ein Motor entsprechend Fig.6 verwendet, bei dem eine Magnetbrücke 25 mittels eines Sicherungsringes 23 axial unverschieblich im Gehäuse 1 in einem Lager 24 drehbar gelagert ist. Die Magnetbrücke 25 ist durch eine Keilnutverzahnung mit der Welle 4 drehfest jedoch axial verschieblich verbunden. Mit der Welle 4 ist durch eine Keilnutverbindung Aa der Kurzschlußanker 5 drehfest und axial unverschieblich verbunden. Die Druckfeder 9 drückt bei ausgeschaltetem Motor den Kurzschlußanker 5 und mit ihm die Welle 4 in F i g. 6 nach rechts, so daß eine von dem mit der Welle 4 rotierenden Bremsbelag 11 gebildete Bremse eingerückt ist. Am Zentrum des in F i g. 7 rechts gelegenen, aus dem Gehäuse 1 herausragenden Endes 26 der Welle 4 greift eine gehärtete Kugel 27 an, über die bei Verschiebung der Welle 4 ein federbelasteter Schalter 28 mit Kontakten 29 betätigbar ist Im eingeschalteten Zustand des Motors wird der Kurzschlußanker 5 unter dem Einfluß des herrschenden Magnetfeldes gegen die Wirkung der Feder 9 nach links gezogen, wobei die Bremse gelüftet und die Kontakte 29 des Schalters geöffnet werden (vgl. Fig.7). Der Schalter 28 kann beispielsweise ein mehrpoliger Hauptstromschalter sein, der bei einem poiumschahbaren Motor die niederpolige Wicklung-< «16, die im Moment des Einschaltens parallel zur hochpoligen Wicklung 15 liegt, abschaltet. Weiterhin kann der Schalter 28 auch ein Steuerstromschalter sein, der auf ein zugeordnetes Schütz wirkt.

Wie sich aus den voranstehenden Erläuterungen ergibt, bezieht sich die Erfindung in erster Linie auf asynchrone Elektrobremsmotoren jeder Art insbesondere auf solche Bremsmotoren, wie sie für das Hub- und/oder Fahrwerk von Hebezeugen verwendet werden, wobei ein Kurzschlußanker und eine durch den Motorstrom erregbare Bremse vorgesehen ist Der Kern der Erfindung besteht darin, daß zu gegebener Zeit jeweils Maßnahmen ergriffen werden, um in der Anlaufphase die zur Bremslüftung notwendige Energie kurzzeitig zu erhöhen.

Für diese hier noch einmal zusammengefaßten, grundsätzlichen Möglichkeiten der Erfindung sind in der voranstehenden, speziellen Beschreibung die benötigten schaltungstechnischen Maßnahmen angegeben.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrobremsmotor, insbesondere für Hebezeuge, mit zylindrischem Kurzschlußanker, einer hochpoligen und einer niederpoligen Statorwicklung sowie mit einer Bremse, die durch ein vom Motorstrom erzeugtes Magnetfeld lösbar ist, welches ein axial verschiebliches Bremselement aus der Bremsstellung entfernt, gekennzeichnet durch elektrische Schaltmittel (C, K. S; H-, 28), durch welche die hochpolige und die niederpol'ge Wicklung (15 bzw. 16) zur Erhöhung der Bremslüftkraft in der Anlaufphase des Motors kurzzeitig parallel schaltbar sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niederpolige Statorwicklung (16) über wenigstens ein Schütz (S) tier hochpoligen Statorwicklung (15) parallel schaltbar ist.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung der niederpoligen zur hochpoligen Statorwicklung (15, 16) durch ein auf den Einschaltstromstoß der hochpoligen Wicklung (16) ansprechendes Relais (7?J herstellbar ist.

4. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur kurzzeitigen Erhöhung der Breiuslüftkraft einen Schalter (28) umfassen, der von dem axial beweglich gelagerten Kurzschlußanker (5) betätigbar ist.