DE7836075U1

DE7836075U1 - Elektrische maschine

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Publication number: DE7836075U1
Application number: DE19787836075
Authority: DE
Original assignee: MOTEURS ELECTRIQUES DE NORMANDIE SAINT-PIERRE-DE-VARENGEVILLE (FRANKREICH) Ste
Current assignee: MOTEURS ELECTRIQUES DE NORMANDIE SAINT-PIERRE-DE-VARENGEVILLE (FRANKREICH) Ste
Priority date: 1977-12-06
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1979-03-22
Also published as: GB2013410A; BE872518A; FR2411503A1

Description

PATENTANWÄLTE

DIETRICH LEWINSKY

HEINZOOACHIiviHUBER ⁵* ¹²' ¹⁹⁷⁸

REINER PRIETSCH 10.726-IV/Th

MÖNCHEN 2 1

GCTTHARDSTR. 81

SOCIETE DES MOTEURS ELECTRIQUES DE NORMANDIE F - 76112 ST. PIERRE DE VARENGEVILLE (Frankreich)

"Elektrische Maschine"

Priorität; 6_; Dezember 1977,

Frankreich, Nr. 77 36707

Die Neuerung betrifft eine elektrische Maschine, mit einem Ständer und einem mit einer Welle drehfest, jedoch längsverschieblich verbundenen Läufer, der an einem seiner Enden mit einer zu der Welle konzentrischen Reibfläche versehen ist, die mit einem ebenfalls zu der Welle konzentrischen, an dem Ständer befestigten Brennträger bei abgeschalteter Betriebsspannung zusammenwirkt.

Bei einer solchen, rotierenden elektrischen Maschine liefert der Läufer bei angelegter Betriebsspannung mechanische Energie, sofern es sich um einen Motor handelt. Wenn die Betriebsspannung abgeschaltet wird, dauert es noch eine gewisse Zeit, bis der Läufer, der sich zufolge seiner Trägheit zunächst weiterdreht, zum Stillstand gekommen ist. Wenn der Läufer zum Antrieb eines rotierenden Schneidwerkzeuges, beispielsweise für eine Grasmähmaschine verwendet wird, stellt diese zeitliche Verzögerung zwischen dem Abschalten der Betriebsspannung und dem Stillstand der Schneidwerkzeuge bzw. Messer

eine Gefahr für den Benutzer dar.

Eine bekannte Abhilfe besteht darin, das dae Schneidwerkzeug enthaltende Gerät mit einer Bremse zu versehen. Die Bremse umfaßt häufig entweder Bremsklötze, die sich gegen die Felge eines mit der Läuferwelle drehfest verbunden Rades legen odor Bremsbacken, die an der Innenfläche einer Trommel anliegen oder auch Platten, die sich auf die beiden Großflächen liner Scheibe aufpressen. Solche Bremsen benütigen gewöhnli η zu ihrer Betätigung zusätzliche Steuerorgane. Außerdem verursachen sie zusätzliche Kosten bei der Herstellung und benötiger. nicht unerheblichen Platz.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Gattung, insbesondere zum Antrieb von Geräten mit rotierendem Schneidwerkeeug, cu schaffen, bei der der Läufer sich nach Abschaltung der Betriebsspannung sehr rasch selbst abbremst.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Der Schutzanspruch 2 betrifft eine vorteilhafte Ausführungsform

Die Maschine nach der Neuerung ist in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisäh vereinfacht in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Maschine nach der Neuerung, wobei die linke Hälfte den Zustand bei angelegter Betriebsspannung und die rechte Hälfte den Zustand bei abgeschalteter Betriebsspannung darstellen;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Maschine ebenfalls im Teillängsschnitt in dem Zustand fcei abgeschalteter Betriebsspannung,

Fig. 3 eine dritte Ausfüh"ungsform in gleicher Darstellung wie in Fig. 2,

Fig. H eine vierte Ausführungsform in gleicher Darstellung wie Fig. 2,

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform in gleicher Darstellung wie in Fig. 2 und

Fig. 6 eine vereinfachte Seitenansicht eines mit der Maschine nach der Neuerung angetriebenen Rasenmähers.

Eine rotierende elektrische Maschine umfaßt gewöhnlich gemäß Fig. 1 einen Stator oder Ständer 1 und einen Rotor oder Läufer 2, der drehfest mit einer Welle 3 verbunden ist. Die Welle 3 wird an ihren beiden Enden von Lagern Ί gehalten, die z. B.
Kugellager sein können und in entsprechenden Lagerdeckeln 5
eines Maschinengehäuses angeordnet sind. Die Lagerdeckel 5,
von denen in Fig. 1 lediglich der untere dargestellt ist,
sind mit dem Ständer 1 fest verbunden.

Nach der Neuerung umfaßt die rotierende elektrische Maschine einen Läufer, der längs der Welle 3 verschieblich, mit dieser jedoch drehfest verbunden ist und an einem seiner Enden eine Reibfläche aufweist, der gegenüber ein zu der Welle 3 konzentrischer Bremsträger vorgesehen ist. Dieser Bremsträger hat eine doppelte Funktion, wirkt nämlich als Anschlag für den Läufer bei seiner Verschiebung längs der Welle 3 nach unten und als Reibungsorgan. Sobald die Reibfläche des Läufers auf dem aus dem Bpemsträger bestehenden Reibungsorgan aufliegt, wird der Läufer mechanisch abgebremst. Der Läufer der rotierenden elektrischen Maschine nach der Neuerung wird infolge dieses Effektes zu einem selbstabbremsenden Läufer.

-H-

Bei dem in Pig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Läufer 2 der Maschine eine Buchse 6, die einerseits in die Bohrung des Läufers 2 eingepreßt ist und andererseits auf der Welle 3 der Maschine gleitend verschieblich ist. Die Buchse 6, die etwa ebensolang wie der Läufer 2 ist, besitzt innenseitig eine Längsnut 7, die einen auf der Welle 3 festgelegten Keil 8 gleitfähig aufnimmt. Zufolge der Buchse 6 kann der Läufer 2 sich längs der Welle 3 verschieben, bleibt mit dieser jedoch drehfest verbunden. Der Läufer 2 ist an einem seiner Enden in Höhe der Kühlflügel 9 und konzentrisch zu seiner Drehachse mit einer Reibfläche verbunden, die aus einer kegelstumpfförmigen Schale 10 besteht. Die Schale 10, deren kleinerer Durchmesser größer als der Außendurchmesser der Buchse 6 ist, verlängert letztere über die Nabe des Läufers 2 hinaus.

Die Maschine umfaßt weiterhin gegenüber der Schale 10 und konzentrisch zu der Welle 3 einen Bremsträger 11, der aus einem zylindrisch-kegelstumpfförmigen Körper mit seitlichem Befestigungsrand besteht. Der Bremsträger 11 ist auf dem Lagerdeckel 5 des Maschinengehäuses mittels Schrauben 20 festgelegt. Der kegelstumpf förmige Teil des Bremsträgex'S 11 und derjenige der Schale 10 sind konzentrisch und haben in bezug auf die Welle 3 dieselbe Neigung, sind also aus Kegeln hervorgegangen, die denselben Spitzenwinkel besitzen. Die Außenfläche des kegelstumpfförmigen Teiles des Bremsträgers 11 ist mit einem ringförmigen Bremsbelag 12 versehen, der aus einem Band aus einem Werkstoff mit hohem Reibungskoeffizienten besteht.

Wenn die Maschine bei abgeschalteter Betriebsspannung gemäß Fig. 1, also mit vertikal verlaufender Welle 3, angeordnet wird, gleitet der Läufer 2 unter dem Schwerkrafteinfluß längs der Welle 3 nach unten und ruht auf dem Bremsträger 11. Die konzentrische Schale 10 ruht auf der gesamten Oberfläche des Bremsbelages 12. Der Bremsträger 11, der somit gleichzeitig als

Anschlag für den Läufer 2 auf seinem Weg nach unten dient, ist in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellt.

Beim Einschalten der Betriebsspannung für den Ständer 1 zwingt die magnetische Anziehungskraft den Läufer 2, sich in bezug auf das Magnetfeld des Ständers 1 ?.\i zentrieren. Der Läufer 2 hebt sich in vertikaler Richtung und die Schale 12 hebt von dem Bremsbelag 12 des Bremsträgers 11 ab. Die neue Stellung des Läufers 2 ist in der linken Hälfte der Fig. 1 dargestellt. Der Läufer 2 dreht sich und versetzt über den Keil 8 die Welle 3 in Drehung.

Beim Abschalten der Betriebsspannung von dem Ständer 1 bricht die magnetische Anziehungskraft zusammen und der Läufer 2 fällt unter dem Einfluß seines Gewichtes längs der Welle 3 nach unten auf den Bremsträger 11, wobei er sich jedoch infolge seiner Trägheit noch weiterdreht. Sobald die Schale 10 auf dem Bremsbelag 12 des Bremsträgers 11 -"eibt, entsteht eine energische Abbremsung und der Läufer 2 kommt zum Stillstand. Auf diese Weise bremst der Läufer 2 sich selbst ab. Für gegebene Reibungskoeffizienten der Schale 10 und des Bremsbelages 12 steigt die Wirksamkeit der Bremsung in dem Maße, wie sich der Spitzenwinkel der die Neigung der kegelstumpfförmigen Teile der Schale HO und des Bremsträgers 11 festlegenden Kegel dem Wert 30° nähert. Zurückzuführen ist dies auf eine Zunahme der resultierenden Andruckkraft der Schale 10 auf den Bremsbelag 12.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist auf der Welle 3 eine Schulter 13 ausgebildet, die einen Anschlag für die Buchse 6 und demzufolge für den Läufer 2 darstellt. Die Schulter 13 ist so vorgesehen, daß sie verhindert, daß der Läufer 2 zu weit nach unten gleitet und dann, während er infolge seiner Trägheit sich noch weiterdreht, die Lagerdeckel 5 oder andere feste Teile der Maschine beschädigt, und zwar als Folge eines Ausfalls oder Versagens des Bremsträgers 11.

Ein solcher Ausfall kann entweder durch einen zu starken Verschleiß oder durch eine außergewöhnliche Verformung des Bremsträgers 11 verursacht sein. Die Schulter 13 bildet dann einen Sicherheitsanschlag für den Läufer 2.

Sofern die Maschine mit horizontaler Welle 3 arbeitet, ist zwischen dem nicht mit der Schale 10 versehenen Ende des Läufers und dem zweiten Lagerdeckel des Maschinengehäuses eine die Welle 3 umgebende Schraubenfeder (nicht dargestellt) vorgesehen. Diese Schraubenfeder sucht ständig die Schale 10 des Läufers 2 gegen den Bremsbelag 12 des Bremsträgers 11 zu drücken. Wenn der Ständer 1 an Spannung liegt, zwingt die magnetische Anziehungskraft den Läufer 2, sich in bezug auf das Ständerfeld zu zentrieren, und zwar gegen die Wirkung der Schraubenfeder. Sobald die Betriebsspannung abgeschaltet wird, wird der Läufer 2 nicht mehr angezogen und daher durch die Schraubenfeder gegen den Bremsträger 11 gedrückt. Der Läufer bremst sich also in gleicher Weise selbst ab wie in dem zuvor beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Fall der Anordnung der Maschine mit vertikaler Welle 3·

Eei anderen Ausführungsformen der Maschine ist die Buchse 6 durch zwei Montagehülsen (Fig. 3) ersetzt, die in die beiden Enden der Bohrung des Läufers 2 eingesetzt sind. Eine dieser Hülsen weist eine Längsnut auf, die gleitend einen auf der Welle der Maschine festgelegten Keil aufnimmt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Buchse 6 und die Schale 10 des in Fig. 1 wiedergesehenen Läufers 2 durch eine Hülse I¹J und einen Teil 15 ernetzt. Die Hül3e I^ ist einerseits in die Bohrunr dos Läufers 2 an dessen einem Ende eingepreßt und gleitet andererseits auf der Welle An dem anderen Ende des Läufers 2 ist das Teil 15 montiert, das sowohl zur Führung des Läufers auf der Welle 3 als auch

als Reibfläche dient. Das Teil 15 umfaßt hierzu einen zylindrischringförmigen Teil l6 und einen kegelstumpf-schalenförmigen Teil 17. Der letztere besitzt einen ähnlichen Aufbau wie die Schale 10 des Läufers 2 der Fig. 1 und hat auch denselben Zweck wie diese. Der zylindrisch-rohrförmige Teil 16 ist am anderen Ende des Läufers 2 in dessen Bohrung eingepreßt und gleitet längs der Welle 3. Dieser rohrförmig-zylindrische Teil l6 umfaßt eine Längsnut 18, die gleitend einen Keil 19 aufnimmt, der auf der Welle 3 festgelegt ist. Das Teil 15 ermöglicht es also dem Läufer 2, sich längs der Welle 3 zu verschieben, dabei jedoch drehfest mit ihr verbunden zu bleiben. Der schalenförmige Teil 17 wirkt mit dem Bremsträger 11 in gleicher Weise zusammen, wie für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 schon beschrieben.

Eine weitere Ausführungsform der Maschine zeigt Fig. 3. Die Buchse 6 des Läufers 2 aus Fig. 1 ist durch zwei Hülsen 21 und 22 ersetzt, die in die beiden Enden der Bohrung des Läufers 2 eingesetzt sind, so daß dieser sich längs der Welle 3 verschieben kann, jedoch mit dieser drehfest verbunden bleibt. Eine kegelstumpfförmige Reibfläche 23 ist an einem der Enden des Läufers 2 derart ausgebildet, daß sie einen einstückigen Teil der Kühlflügel 2*4 dieses Läufers 2 bildet. Diese kegelstumpf förmige Reibfläche 23 und der kegelstumpfförmige Bremsträger 11 haben die gleiche Schrägung, resultierend aus Kegeln mit dem gleichen Spitzenwinkel. Diese kegelstumpfförmi^e Reibfläche 23 ersetzt die Schale 10 des Läufers 2 der Fig. 1 und hat dieselbe Funktion wie letztere.

Bei einer weiteren, in Fig. H dargestellten Ausführungsform umfaßt der Läufer 2 einerseits! zwei in seine Bohrung eingesetzte Hülsen ähnlich den Hülsen 21, 22 der Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei die Hülse 25 mit einer Längsnut zur gleitenden Aufnahme eines Keiles versehen ist, und andererseits an einem seiner Enden eine Reibfläche 26, bestehend aus einer ringförmigen, planen und zu der Welle 3 senkrechten Platte. Diese Platte ver-

bindet die Spitzen der Kühlflügel 27 und ist mit diesen einstückig.

Die Maschine umfaßt in dieser Ausführungsform weiterhin einen Bremsträger 28, bestehend aus einer Schale mit planem Boden und einem seitlichen Befestigungskragen 30. Die plane Außenfläche des ebenen Bodens 29 der Schale ist rechtwinkelig zur Welle 3 und trägt gegenüber der Reibfläche 26 des Läufers 2 einen Bremsbelag 31» bestehend aus einem ringförmigen Band aus einem Material mit hohem Reibungskoeffizienten. Der Bremsträger 28 ist an dem Lagerdeckel 32 des Maschinengehäuses mittels Schrauben 33 oder anderen Befestigungsmitteln festgelegt. Die Reibfläche 26 des Läufers 2 wirkt mit dem Bremsträger 28 in ähnlicher Wei^e zusammen, wie schon in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben, so daß der Läufer 2 sich selbst abbremst. Wenn in dem Beispiel der Fig. 4 der Ständer 1 an Spannung gelegt wird, hebt der Läufer 2 von seinem Bremsträger 28 ab und gleitet längs der Welle 3 nach oben, bis er sich in bezug auf das Hagnetfeld des Ständers 1 zentriert hat. Er treibt dann die Welle 3 an. Beim Abschalten der Betriebsspannung von dem Ständer 1 verschwindet das Magnetfeld des letzteren und der Läufer 2 fällt sich weiter drehend infolge seines Gewichtes auf den Bremsträger 28. Sobald er auf den Bremsbelag 31 zur Auflage kommt, wird er zum Stillstand abgebremst. Soll die Maschine mit horizontaler Welle 3 betrieben werden, so ist eine nicht dargestellte Schraubenfeder zwischen dem Ende des Läufers 2 und dem Lagerdeckel der Maschine in ähnlicher Weise angeordnet, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben und drückt die Reibfläche des Läufers 2 gegen den Bremsbelag des Bremsträgers,

Bei einer weiteren, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform umfaßt der Läufer einerseits zwei in seine Bohrung eingepreßte Hülsen kl, U2 ähnlich den Hülsen 21, 22 in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und andererseits an einem seiner Enden eine kegelstumpfförmige, nach außen gerichtete Reib-

fläche 43· Diese Reibfläche 43 besteht beispielsweise aus einer kegelstumpfförmigen Membran, die die Außenränder der Kühlflügel verbindet und mit diesen einstückig ist.

In dieser Ausführungsform besitzt die Maschine weiterhin einen Bremsträger 44, der an dem Gehäuse 4 5 befestigt ist. Dieser Bremsträger besteht aus einem zylindrisch/kegelstumpfförmigen Teil, dessen kegelstumpfförmig;er Teil sich nach außen erweitert. Die Innenfläche dieses kegelstumpfförmigen Teiles ist mit einem Bremsbelag 46 versehen, der aus einem ringförmigen Band aus einem Werkstoff mit hohem Reibungskoeffizienten besteht. Die kegelstumpfförmige Reibfläche 43 und der kegelstumpf/örmige Teil des Bremsträgers 44 passen ineinander und haben die gleiche Neigung, entsprechend Kegeln, mit dem gleichen Spitzenwinkel. Die kegelstumpfförmige Reibfläche 43 arbeicet mit dem mit dem Bremsbelag 46 versehenen Eremsträger 44 in ähnlicher Weise zusammen, wie zuvor anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben, se daß der Läufer 2 sich mechanisch selbst abbremst.

Wenn im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 der Ständer 1 an Spannung gelegt wird, hebt sich der Läufer 2 von seinem Bremsträger 44 ab, gleitet längs der Welle 3 nach oben und zentriert sien in bezug auf das Magnetfeld des Läufers 1. Er treibt dann die Welle 3 an. Wenn die Betriebsspannung abgeschaltet wird, verschwindet das Magnetfeld des Ständers 1 und der Läufer 2 gleitet, sich infolge seiner Trägheit weiterdrehend, nach unten, bis die Reibfläche 43 zur Auflage auf den Bremsbelag 46 kommt und der Läufer 2 mechanisch bis zum Stillstand abgebremst wird. Wenn die Maschine mit horizontaler Welle 3 betrieben werden soll, wird wiederum in der schon beschriebenen Weise eine Schraubenfeder zwischen das Ende des Läufers 2 und den Lagerdeckel der Maschine eingefügt; diese Schraubendruckfeder drückt die Reibfläche 43 gegen den Bremsträger 44.

Die zuvor beschriebene rotierende elektrische Maschine findet vorzugsweise zum Antrieb von Geräten mit rotierende« Schneidwerkzeug Verwendung. Ein derartiges Gerät ist in Fig. 6 in Form

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eines Rasenmähers dargestellt. Dieser umfaßt einen Rahmen ;4, der höheneinstellbar auf Kufen 35 ruht. Die Kufen 35 können durch Räder ersetzt werden. Der Rasenmäher umfaßt weiterhin eine rotierende elektrische Maschine mit sich selbst abbremsendem Läufer 36. Die Maschine ist auf dem Rahmen 3^ befestigt und treibt die Schneidwerkeeuge an. lierzu ist der Wellenstummel der Maschine mit einem Gewindeloch 37 (vergleiche Pig. I) versehen, das zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 38 (Fig. 6) einer mit Messerblättern 39 ausgestatteten Platte dient. Der Wellenstummel besitzt außerdem eine Abflachung ^O (Pig. I), die mit der Befestigungsschraube 38 zusammenwirkt, so daß die Scheibe mit den Messerblättern 39 drehfest mit der Welle 3 verbunden ist.

Wenn die Betriebsspannung an die Maschine 36 gelegt wird, wird deren Läufer in das Magnetfeld des Ständers hineingezogen und treibt dann die Platte mit den Messerblättern 39 an. Sollen nun rasch die Messer auf Beschädigung z. B. durch einen Stein überprüft werden, 30 besteht eine gewisse Gefahr für den Benutzer, weil der Läufer der Maschine 36 nicht sofort mit dem Abschalten der Betriebsspannung zum Stillstand kommt. Zufolge der Erfindung bremst der Läufer der Maschine 36 sich jedoch beim Abschalten dtr Betriebsspannung rasch ab, wodurch diese Gefahr vermieden wird. Bei Versuchen, die mit Rasenmähern durchgeführt wurden, die mit einem Motor nach der Neuerung ausgestattet waren, wobei deren aufgenommene Leistung 900 Watt und die Drehzahl etwa 3000 Umdrehungen/Minute betrug, kam die Platte mit den Messerblättern nach dem Abschalten des Motors innerhalb von ca. 2 bi~ 3 see. zum vollständigen Stillstand. Dieser somit praktisch augenblicklich eintretende Stillstand der Messerblätter beseitigt die erwähnte Gefahr so gut wie vollständig.

Der einfache Aufbau des sich selbst abbremsenden Läufers der elektrischen Maschine nach der Neuerung und die Wirksamkeit der

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Selbstabbremsung ermöglichen die Herstellung nicht nur von verbesserten und wirtschaftlichen rotierenden elektrischen Maschinen mit selbstabbremsendem Rotor sondern auch von Geräten mit rotierendem Schneidwerkzeug mit einer großen Betriebs- bzw. Benutzersicherheit.

Claims

PATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY HEiNZOOACMiM HUGlR REINER PRIETSCH 5. 12. 1978 MÜNCHEN 2 1 10.726-iv/Th GOTTHARDSTR. 81 SOCIETE DES MOTEURS ELECTRIQUES DE NORMANDIE F - 75112 ST. PIERRE DE VARENGEVILLE (Frankreich) Schutzansprüche

1. Elektrische Maschine, mit einem Ständer und einem mit einer We?.Ie drehfest, jedoch längsverschieblich verbundenen Läufer, der an einem meiner Enden mit einer zu der Welle konzentrischen Reibfläche versehen ist, die mit einem ebenfalls zu der Welle konzentrischen, an dem Ständer befestigten Bremsträger bei abgeschalteter Betriebsspannung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung des Läufers (2) an seinen beiden Enden zwei Hülsen (z.B. 6; 21, 22; kl_t k2) eingepreßt sind, die eine Längsverschiebung des Läufers (2) auf der Welle (3) zulassen und von denen die eine eine Längsnut (z. B. 7) zur längsverschieblichen Aufnahme eines mit der Welle (3) verbundenen Keiles (z. B. 8) aufweist, und daß in Höhe der Kühlflügel (z. B. 9) der Maschine die Reibfläche (z. B. 10; 17; 26; ^3) als Verlängerung einer der Hülsen nach außen angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche Kegelstumpfform hat und einstückiger· Bestandteil der Kühlflügel (24; t3) ist.