DE3407731A1

DE3407731A1 - Elektromotor mit automatisch wirkender bremse

Info

Publication number: DE3407731A1
Application number: DE19843407731
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 2900 Oldenburg Roshop; Edgar 2902 Rastede Zelle
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: FHP Motors GmbH
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1985-09-05
Also published as: IT1183445B; DE3407731C2; FR2560722B1; ATA62085A; IT8519722A0; AT382746B; FR2560722A1

Description

OL-84/4

Beschreibung:

Die Erfindung bezidrt sich auf einen Elektromotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten und nach BE-PS 563 234 "bekannten Art.

Für die Lüftung der bei ausgeschaltetem Motor wirkenden Bremse wird ein Teil des in den Läufer eindringenden magnetischen Flusses über eineiBremsanker geleitet, welcher dadurch axial entgegen einer Federkraft an den Läufer angezogen wird. Der Bremsanker ist unmittelbar Bestandteil eines mit dem Läufer drehbaren Bremselements, welches bei Einschaltung des Motors vom am Ständer des Motors befestigten ortsfesten Bremselement abgehoben wird.

Da der vom Läufer abzweigbare magnetische Fluß relativ klein ist, können nur geringe Federkräfte zugelassen werden, so daß die Bremsmomente entsprechend niedrig sind. Deshalb sind im bekannten Fall Maßnahmen zur Verstärkung der Bremswirkung vorgesehen. Das drehbare Bremselement ist relativ zum Läuferkörper um einen gewissen Drehwinkel bis zu einem Anschlag drehbar. Der Anschlag besteht aus einer zur Drehebene geneigten Fläche, welche mit der Läuferwelle starr verbunden ist, und einer zugeordneten geneigten Fläche des drehbaren Bremselements. Sobald der Motorstrom abgeschaltet wird, drückt die Federkraft das drehbare Bremselement axial gegen das ortsfeste Bremselement und wird dabei von dem entstehenden Bremsmoment auf die geneigten Flächen gezogen, wodurch dann die Keilwirkung eine Verstärkung des Bremsmomentes bewirkt.

Wenn man jedoch auf diese Weise eine Vervielfachung des Bremsmoments erreichen will, müssen die Neigungswinkel öC der zur Drehachse geneigten Keilflächen klein sein. Nennenswerte Verstärkungen ergeben sich erst bei Werten von O^ <C 40°. Leider bedingt die Verkleinerung des Neigungswinkels^ bis in die Nähe eines kritischen Wertes die Gefahr, daß die Bremse blockiert und/oder nicht mehr durch den Bremsanker lösbar ist. Da Fertigungstoleranzen der Abmessungen der geneigten Keilflächen, insbesondere Streuungen der Oberflächenbeschaffenheit unvermeidbar sind, mußten bisher aus Sicherheitsgründen relativ große Neigungswinkel vorgesehen werden, so daß keine intensive Bremswirkung erzielbar war.

Kleinere Neigungswinkel konnten bei einer aufwendigeren Bauart zugelassen werden, wie sie z. B. nach der DE-OS 29 19 672 bekannt ist. Dabei besteht das drehbare Bremselement aus zwei gegen eine axiale Ausgleichsfeder beweglichen Teilen. Das drehbare Bremselement dreht sich relativ zur Läuferwelle auf geneigten Keilflächen bis zu einem direkten festen Anschlag. Durch die Schraubenbewegung wird die Ausgleichsfeder auf Kräfte gespannt, welche erheblich größer als die dem Bremsanker entgegenwirkende Federkraft sein können. Bei einer solchen Bremse ist die Gefahr einer Blockierung vermieden, jedoch zeigte sich , daß trotz erhöhten Aufwandes keine im Hinblick auf die angestrebte intensive Bremswirkung wünschenswerte Verkleinerung des Neigungswinkels^- möglich war, weil dann nämlich die Bremse verklemmt und nicht mehr durch die Kraft des Bremsankers rückholbar ist. Dieser Nachteil zeigte sich insbesondere bei einer nach Figur 4 der DE-OS 29 19 672 bekannten Bauart, bei welcher eine der geneigten Keilflächen in den Kurzschlußring des Läufers des Elektromotors eingearbeitet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Bauart derart zu gestalten, daß hohe Bremsmomente bei geringem Aufwand möglich sind, ohne daß die Gefahr einer Blockierung oder Verklemmung der Bremse besteht.

Die Lösung gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch das Zusammenwirken einer harten und einer weichen Keilfläche wird erreicht, daß sich die weichere Keilfläche bereits nach wenigen Bremsvorgängen durch Verformung auf einem Teilabschnitt der härteren Fläche angepaßt und geglättet hat. Die härtere Fläche sollte dabei von vornherein glatt sein und eine Rauhtiefe von weniger als 6 ^um aufweisen. Sie ist deshalb vorteilhaft durch einen Zieh-, Präge- oder Walzvorgang hergestellt. Die weichere Keilfläche braucht dagegen im jungfräulichen Zustand weder glatt und absolut eben zu sein noch muß deren Neigungswinkel dem^ßarteren Fläche genau gleich sein . Es hat sich sogar herausgestellt,' daß eine im Rohzustand unparallele Anlage besonders vorteilig ist. Es empfiehlt sich jedoch eine Fettung der Keilfläche, um bei den ersten Bremsvorgängen eine eventuell mögliche Verklemmung der Bremse zu vermeiden.

_ 7-

Wenn die härtere der geneigten Keilflächen die weichere allseitig,zumindest jedoch in radialer Richtung, überragt, wird die Gefahr vermieden, daß sich Kanten der härteren Fläche in die weichere Fläche infolge des beim Bremsen entstehenden hohen Axialdrucks eingraben. Insbesondere durch in radialer Richtung eingeprägte Gräben könnte nämlich ein Zurückholen des Bremsankers behindert werden.

Eine besonders einfache Ausführungsart ergibt sich, wenn man in an sich bekannter Weise die weicheren Keilflächen in den Kurzschlußring eines mit Aluminium vergossenen Käfigläufers einarbeitet. Einerseits erspart man dadurch ein zusätzliches Bauteil und andererseits sind für den Verguß von Käfigläufern verwendete Aluminiumlegierungen besonders geeignet, da sie weich sind und sich einer harten Stahl-Gegenfläche besonders gut anpassen und glatt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen mit einer erfindungsgemäß gestalteten Bremsanordnung versehenen Teil eines Asynchronmotors

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1 in teilweise nicht geschnittener Darstellung

Fig. 3 zeigt die Stirnansicht des Käfigläufers

Fig. 4 zeigt die Stirnansicht des die geneigten Keilflächen aufweisenden Teils des drehbaren Bremselements.

Der in Figur 1 dargestellte Asynchronmotor mit dem Ständerblechpaket 1, dem Wickelkopf 2, dem Läuferblechpaket 3 nebst den aus Aluminium gegossenen Kurzschlußringen 4 pier Welle 5, dem Gehäusemantel 6 und dem ein Kugellager 7 aufnehmenden Lagerschild 8 ist mit einer erfindungsgemäß gestalteten automatischen Bremse versehen. Der Lagerschild 8 ist aus Stahlblech geprägt und bildet gleichzeitig mit einer Ringfläche das ortsfeste Bremselement 9. Es wäre beispielsweise auch möglich den Lagerschild aus Aluminium-Guß herzustellen und erforderlichenfalls an ihm eine aus Stahlblech gestanzte Ringscheibe zu befestigen, welche dann als ortsfestes Bremselement dient.

Das drehbare Bremselement ist ein einziges Bauteil und besteht aus den fest miteinander verbundenen Bauteilen Bremsanker 10, Keilscheibe 11 und Verlängerungstopf 12, welcher vier etwa quadratische, symmetrisch am Umfang verteilte Bremselemente 13 trägt.

Die Keilscheibe 11 und der Verlängerungstopf 12 sind aus Stahlblech geformt. Es ist auch möglich, beide Teile aus einem einzigen Blech zu formen oder gemeinsam mit dem Magnetanker 20 aus magnetisch gut leitendem Stahl zu gießen.

In der oberen Hälfte der Figur 1 ist der Magnetanker: 10 an das Läuferblechpaket 3 angezogen. In der unteren Hälfte ist der Magnetanker in abgefallener Stellung bei ausgeschaltetem und abzubremsendem Motor dargestellt.

In der unteren Hälfte driickt die Wendelfeder 14 die Bremsbeläge 13 des drehbaren Bremselements gegen das ortsfeste Bremselement 9. Die Figuren 2, 3 und 4 verdeutlichen, wie die eine Verstärkung der Bremsmomente bewirkenden geneigten Keilflächen vorteilhaft auszubilden sind.

Die Keilscheibe 11 besitzt vier dachartige Ausbuchtungen 15, deren Außenflächen 16 bzw. 17 für Rechts- bzw. Linkslauf die geneigten Keilflächen des drehbaren Bremselements bilden. Diese Außenflächen 16 und 17 sind hinreichend glatt, da die Keilscheibe 11 aus gewalztem Stahlblech geformt ist. Sie ragen allseitig über die zugeordneten geneigten Flächen 18 bzw. 19 des Kurzschlußringes 4 hinaus, so daß insbesondere die Dachspitze 20 auch bei abgenutzten Bremsbelägen 13 nicht in Anlage an die Flächen 18 und 19 gelangen kann, welche aus dem gleichen Grunde durch eine Freinut 20 beabstandet sind. Je nach Drehrichtung des Motors liegen beim Bremsvorgang entweder die Flächen 16 und 18 oder die Flächen 17 und 19 aneinander,Zwischen diesen beiden Winkelstellungen vermag sich das drehbare Bremselement an der Lagerstelle 2 2 (Figur 1) auf der Welle 5 zu drehen. Vorteilhaft ist die Lagerstelle im mittleren Bereich zwischen der Stirnfläche des Läuferblechpakets 3 und der Bremsfläche 9 angeordnet. Das Lagerspiel ist so groß gewählt, daß die Achse des drehbaren Bremselements um einen geringen Winkel zur Achse der Welle 5 schwenkbar ist, so daß sich das drehbare Bremselement sowohl beim Anliegen am ortsfesten Bremselement 9 als auch beim Anliegen am Läufer 3 optimal ausrichten kann.

Die Flächen 16 und 18 bzw. 17 und 19 liegen im jungfräulichen Zustand geneigt aneinander an, wobei eine "satte" Anlage auf einem Teilbreich durch die beim Bremsvorgang entstehenden hohen Axialkräfte infolge plastischer Verformung der weicheren Flächen 18 bzw. 19 erzielt wird. Die zunächst unparallele Anlage ist dadurch erreicht, daß einerseits alle geneigten Flächen 16,17,18 und 19 als Ebenen ausgebildet sind, die parallel zu einer zur Welle 3 senkrechten Diagonalen verlaufen, und andererseits dadurch, daß auch beim angezogenem Bremsanker 10 ein freier Drehwinkel zwischen dem drehbaren Bremselement und dem Läuferblechpaket 3 vorgesehen ist.

Überraschend hohe Bremsmomente ergeben sich, wenn der Tangens des Nei gungswinkels«^ nach folgender Bedingung gewählt wird:

wobei yU der Reibwert der Bremsbeläge 13 auf dem ortsfesten Bremselement 9 und μ der Reibwert der Keilflächen 16 und 18 bzw. 17 und 19 aufein K

ander ist.

Zur Vermeidung einerBlockierung oder Verklemmung der Bremse muß tgc/ > Ai ,μ

gewählt werden. Wenn der Neigungswinkel⁰^· im durch diese Ungleichungen definierten Bereich gewählt wird, ergeben sich Bremsmomente, die erheblich höher sind als theoretisch unter Beachtung der rechnerisch erfaßbaren Verstärkung durch die Keilwirkung zu erwarten ist. Eine solche unerwartete Erhöhung der Bremsmomente ergab sich insbesondere dann, wenn statt eines ringförmig geschlossenen Bremsbelages eine Mehrzahl (mindestens drei und vorzugsweise vier)symmetrisch am Umfang des drehbaren Bremselementes verteilte Einzelbelege 13 gewählt wurden, wobei es sich in gleicher Weise vorteilhaft erwiesen hat, daß die Bremsfläche des ortsfesten Bremselements über den Umfang axial gerichtete sehr kleine Unebenheiten mit einer Periodizität von mindestens 1 aufweist, was z. B. der Fall ist, wenn der Lagerschild nicht genau senkrecht zur Welle angeordnet ist. Vorzugsweise entspricht die Periodizität der Unebenheiten der Anzahl der Bremsbeläge 13. Das kann man in einfacher Weise bei einem Blechlagerschild bereits dadurch erreichen, daß außerhalb der Bremsfläche in entsprechender Anzahl symmetrisch verteilte Verformungen vorgenommen werden z. B. der Luftzuführung dienende Ausstanzungen.

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbtT " : :
Frankfurt/Main, Theodor-Siem-iC«! *l·."

OL-84/4 Frankfurt/Main, den 28.2.84

Dr.Kc/gb

Elektromotor mit automatisch wirkender Bremse

Patentansprüche:

/ 1.)Elektromotor mit beim Abschalten des Motors automatisch wirkender Bremse, welche einen ferromagnetischen, die Motorwelle zwischen Läuferblechpaket und Lagerschild umgebenden, vom in den Läufer eindringenden magnetischen Fluß des Motors axial entgegen einer Federkraft an den Läufer anziehbaren Anker aufweist, wobei der Anker unmittelbar an einem axial auf der Welle geführten, mit dem Läufer drehbaren Bremselement befestigt ist, welches gegen ein ortsfestes Bremselement preßbar ist, und wobei das drehbare Bremselement um einen durch Anschläge begrenzten Drehwinkel gegenüber dem Läufer drehbar ist und zur Drehebene geneigte erste Keilflächen aufweist, welche beim Eingriff der Bremse an zugeordneten geneigten zweiten Keilflächmdes Läufers anliegen, durch welche Flächen ein Anschlag gebildet wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Werkstoff der einen Keilfläche (18,19) wesentlich weicher als derjenige der anderen Keilfläche (16,17) ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste (18,19) und die zweite Keilfläche (16,17) im jungfräulichen Zustand um mindestens 0,5° zueinander geneigt berühren .
3. Anordnung mach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel^· zwischen beiden einander berührenden Keilflächen (16,18 bzw. 17,19) kleiner als 5° ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die weicheren Keilflächen (18,19) aus Aluminium und die härteren (16,17) aus Stahl bestehen.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die härteren Keilflächen (16,17) die anliegenden weicheren Keilflächen (18,19) allseitig überragen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die weicheren Keilflächen (18,19) Bestandteile des Kurzschlußringes (4) des Elektromotors sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die härteren Keilflächen (16,17) eine Rauhtiefe von weniger als 6 um aufweisen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge — kennzeichnet , daß die härteren Keilflächen (16,17) durch einen Zieh-, Präge- oder Walzvorgang hergestellt sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Keilflächen (16-19) von einem Schmiermittel benetzt sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Neigungswinkel aC der Keilflächen (16-19) zur Drehebene 25° bis 35° beträgt.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschläge für das drehbare Bremselement (10,11,12) gegenüber dem Läufer (3) für beide Drehrichtungen durch Keilflächen (18,19) gebildet sind.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurzschlußring (4) des Elektromotors dachförmige Einbuchtungen und am drehbaren Bremselement korrespondierende dachförmige Ausbuchtungen bzw. umgekehrt angeordnet sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der dachförmigen Einbuchtung durch nutartige Gräben (22) ersetzt sind.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens drei, vorzugsweise vier symmetrisch am Umfang des Läufers (3) bzw. des drehbaren Bremselements (11) verteilte Keilflächen (16-19) vorgesehen sind.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine einzige Lagerstelle (22) des drehbaren Bremselements im mittleren Bereich zwischen der Stirnfläche des Läufers (3) und der Bremsfläche (9) vorgesehen ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstelle (22) ein solches Lagerspiel.aufweist, daß die Achse des drehbaren Bremselements (Teile 10-12) um mindestens einen Winkel von 2° gegenüber der Welle (5) des Elektromotors schwenkbar ist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß das ortsfeste Bremselement (9) ein aus Blech gezogenes Bauteil ist.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß das ortsfeste Bremselement (9) Bestandteil eines Blechlagerschildes (8) ist.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem drehbaren Bremselement (Teile 10 bis 12) eine Anzahl von mindestens drei und höchstens sechs einzelnen Bremsbelägen (13) angeordnet ist und daß die Bremsfläche des ortsfesten Bremselements (9) in radialer Richtung Unebenheiten mit einer Periodenzahl von mindestens 1, vorzugsweise eine der Anzahl der Bremsbeläge entsprechende Periodsreahl aufweist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangens des NeigungswinkelsO^. der Keilflächen (16-19) kleiner als die Summe der Reibungsziffernyu_D der Bremsbeläge und h der Keilflächen ist.

* K

/ B