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Elektromotor mit im Stillstand gebremstem, zur Bremslüftung axial
verschieblichem zylindrischem Läufer Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit
bei seinem Stillstand abgebremstem Läufer.
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In den meisten Fällen ist es notwendig, daß der elektrische Antriebsmotor
beim Aussetzen der Speisespannung selbsttätig abgebremst wird. Zudiesem Zweck sind
bereits. Backenbremsen bekanntgeworden, die auf eine auf der Motorwelle aufgekeilte
Trommel einwirken, indem sich die Bremsbacken der Bremse beim Aufsetzen der Speisespannung
an die Bremstrommel anlegen. Im allgemeinen sind aber Motoren. mit magnetischen
Kegelstumpfläufer- und -ständerpaketen - die im übrigen als Kegelstumpfläufermotoren
bezeichnet sind - vorzuziehen, wobei auf den Läufer gleichzeitig ein Drehmoment
und eine bestimmte Kraft in axialer Richtung einwirkt. Diese Kraft dient dazu, den
Läufer gegen die Wirkung einer Feder in axialer Richtung zu verstellen, auf welche
Weise zwei Reibungsoberflächen z. B. von kegeliger Gestalt, von. denen sich die
eine auf dem Ständer und die andere auf dem Läufer befindet, außer Eingriff kommen,
mit dem Ergebnis, daß der Läufer entsperrt und zum Lauf freigegeben wird.
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Ein solcher mit Kegelstumpfpaketen ausgerüsteter Motor weist aber
verschiedene Nachteile auf, und zwar insbesondere solche sowohl mechanischer als.
auch elektrischer Natur.
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Unter den ersteren ist zu erwähnen, daß die Herstellung dar magnetischen
Kegelstumpfpakete schwierig und kostspielig ist, und zwar aus. dem Grunde, weil
alle Blechlamellen untereinander von verschiedener Größe sind. Dazu kommt noch der
Umstand,
daß die Axialverstellung des Läufers eine Veränderung des Luftspaltes bewirkt, weshalb
die Axialstillstandslage des Läufers - bei laufendem. Motor - sehr genau, eingestellt
werden muß, weil diese Lage den, Wert des kleinsten Luftspaltes bestimmt, der für
die Arbeitsweise des Motors von großer Bedeutung ist.
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Einer der Nachteile elektrischer Natur ist die Verminderung der Anziehungskraft
beim Anlaufen, was einen Verschleiß der beiden. Reibungsoberflächen zur Folge hat.
In der Tat verursacht eine Verstellung des Läufers eine Vergrößerung des. Luftspaltes,
die in bezug auf die Wirkung der Anziehungskraft von Nachteil ist. Andererseits
ist diese Verstellkraft beim Anlaufen infolge der durch den Läuferkäfig verursachten.
kräftigen Flußdämpfung bedeutend beschränkt, was zur Folge hat, daß die entgegenwirkende
Federkraft, die im wesentlichen. die Sperrkraft erzeugt, nur von begrenzter Größe
sein kann.
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Die obenerwähnten Nachteile verursachen eine Vergrößerung der Maße
der Motoren mit magnetischen. Kegelstumpfpaketen, was sich infolge vergrößerten
Materialeinsatzes kostenvergrößernd auswirkt, eine schwierige innere Konstruktion
und eine Ungenauigkeit der Einstellung zur Folge hat; bei gleich großer Leistung
und gleichwertigen Drehmomenten entstehen dadurch im Vergleich mit Normalmotoren
kostspielige Motoren, was einer Anwendung solcher Motoren auf breiterer Basis entgegensteht.
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Es ist auch ein. Vorschlag bekanntgeworden, wonach bei einem Elektromotor
eine Hilfsläufer vorgesehen, ist, der einen Käfig mit hohem Widerstand besitzt und
frei drehbar auf einer mit der Hauptwelle verbundenen, auf dieser axial verschiebbaren
Bremsvorrichtung gelagert ist. Der Hilfsläufer wird beim Einschalten des. Motors
in Umdrehung versetzt und dabei unter Freigabe des Hauptläufers in das Ständerfeld
hineingezogen und kehrt dann nach dem Abschalten des Motors unter der Einwirkung
einer Bremsdruckfeder wieder in, seine Ausgangsstellung zurück.
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Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß infolge des Hineinziehens
des Hilfsläufers in das Ständerfeld zwecks Lösens der Bremse ein nicht unerheblicher
Teil des Ständerfeldes für das zu erzeugende Drehmoment und damit für die Leistung
des. Motors ungenutzt bleibt. Der Wirkungsgrad eines solchen Motors ist also nur
gering. Dies ist schon dadurch bedingt, daß zur Erzielung einer guten, Bremswirkung
naturgemäß eine kräftige Bremsfeder vorgesehen sein muß. Eine kräftige Bremsfeder
bedingt aber wiederum eine große Dimensionierung des Hilfsläufers, der allein die
Kraft der Bremsfeder überwinden muß, was unwirtschaftlich ist. Wird aber eine schwächere
Bremsfeder vorgesehen., so ist wiederum die Bremswirkung unzureichend.
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Ein anderer Vorschlag bezieht sich auf Drehstrommotore mit einer Bremse
und axial festliegendem Läufer, bei denen ebenfalls das Ständerfeld einen Steuerkörper
in den über die Breite des Läufers vorstehenden Teil der Ständerwicklung hineinzieht.
Hierbei ist an dem Läufer ein zusätzlicher, als magnetischer Rückschluß dienender
Körper angeordnet, der in dem axial über die Breite des Läufers vorstehenden Teil
des Ständers liegt und über den sich der mit der Motorwelle umlaufende Steuerkörper
für die Bremse beim Einschalten des. Ständerfeldes schiebt.
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Auch diese Bauart weist die gleichen Nachteile wie der zuletzt erwähntes
Vorschlag in. bezug auf die Abmessungen der Bremsfeder und den zu ihrer Überwindung
notwendigen Kraftaufwand auf. Sie besitzt aber noch weitere Nachteile. So durchdringt
ein Teil des Stromflusses des elektromagnetischen Feldes zuerst einen Hauptluftspalt
und tritt dann in einen mit einem der Bremsglieder aus einem Stück bestehenden.
Magnetkern und erst nach: Überwindung eines. weiteren Luftspaltes in einen mit dem
Läufer festverbundenen Eisenkörper mit ebenfalls, kegelstumpfförmiger Außenfläche
ein. Der Fluß des elektromagnetischen Feldes dies Ständers muß also, um eine Wirkung
ausüben zu können, erst zwei Luftspalte durchdringen. und vor Erreichen des Läufers
einen mit letzterem: nicht verbundenen Magnetkern passieren. Der Fluß des elektromagnetischen:
Feldes des Ständers wird also gehemmt.
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Weiterhin ist vorgeschlagen worden:, durch eine besondere Anordnung
der Magnetpakete des Ständers und des Läufers die bekannte magnetische Anziehung
des Läufers zu verstärken, was durch die Aufteilung des Ständers und des Läufers
in zahlreiche Magnetpakete erreicht werden soll, zwischen denen: Abstandshalter
aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind. Die magnetischen Pakete des. Läufers
sind dabei von einem Käfig mit dämpfender Wirkung umgeben:. Ein solcher Käfig setzt
aber beim Anlassen, d. h.. in dem Moment, in dem eine große Bremslüftkraft auftreten
soll, die Anziehungskraft wesentlich herab. Ein weiterer Nachteil besteht darin:,
daß die Aufteilung der Magnetpakete eine übermäßige Vergrößerung des Motors bei
gleichbleibender Leistung zur Folge hat.
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Die dargelegten Nachteile sind bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor
vermieden.. Das wesentliche Merkmal dieses Motors., der mit einem im Stillstand
gebremsten, zylindrischen, zur Bremslüftung axial verschieblichen Läufer versehen
ist, besteht darin, daß der Läufer auf einem seiner zwei Teile (Läufer, Ständer)
mit wenigstens einem fest verbundenen., sich im wesentlichen radial erstreckenden.,
vom Hauptständer magnetisch getrennten Elektromagneten sowie mit einem mit dem anderen
Teil fest verbundenen wicklungs- und käfiglosen Anker ausgerüstet ist, so daß der
magnetische Axialzug zur Bremslüftung auf die Welle des Läufers durch Zusammenwirken
des Hilfselektromagneten mit seinem. Anker und des. Haupts.tänd'erfeldes mit dem
Hauptläuferpaket derart ausgeübt wird" daß die relative axiale Bewegung des Läufers
zum Ständer senkrecht zu, den Kraftlinien im Luftspalf verläuft.
Der
Kern des Elektromagneten wird von einem Ringblechpaket gebildet, das. gleichachsig
zum Läufer im Ständer angeordnet und befestigt ist. Der Anker besteht aus einem
auf der Läuferwelle befestigten Ringblechlamellenpaket.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird sowohl das den Kern
des Elektromagneten bildende Blechpaket wie auch das den Anker bildende Blechlamellenpaket
aus den. gleichen Blechlamellen. wie die des Ständerpaketes bzw. des Läuferpaketes
gebildet. Ebenso können die Ständerwicklungsspulen. sowohl das Ständerpaket als
auch das Paket oder dis Pakete des Elektromagneten umfassen und dadurch sowohl die
Erregung des Elektromagneten bewirken. als auch das Hauptmagnetfeld des Motors erzeugen.
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In weiterer Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung ist sowohl das
den. Magnetkern bildende Paket vom Hauptpaket des. Ständers als auch das den Anker
bildende Paket vom Hauptpaket des Läufers im. Abstand angeordnet.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der
Zeichnung und deren nachfolgender Beschreibung. In .der Zeichnung ist ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors dargestellt, das einen Längsschnitt
eines mit Kurzschlußläufer und Bremsvorrichtung versehenen Asynchronmotors zeigt.
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In der Zeichnung sind. mit A und B das Ständer-und das Läuferpaket
bezeichnet. Ersteres ist in bekannter Weise am Motorgehäuse I mit Hilfe der seitlichen.
Halteringe 2 befestigt. Das. Läuferpaket B ist auf der Antriebswelle 3 aufgekeilt
und mit einem Käfig 4 bekannter Art ausgerüstet, an dem die Stirnkühlrippen 5 vorgesehen
sind.
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Die Antriebswelle 3 läuft in zwei Querzylinderrollenlagern 6, bei
denen die Lagerhülsen in axialer Richtung gegenseitig nicht festgelegt sind, so
daß sich die Welle 3 gegenüber dem Gehäuse I axial verstellen kann.
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Dabei sitzen. die äußeren Lagerhülsen der Wälzlager 6 auf zwei Endlagerdeckeln
7 und 8, die ihrerseits am Gehäuse I mit Hilfe der Schraubenzugstangen 9. befestigt
sind.
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Das entsprechend, dem am Ständerpaket A vorgesehenen. Axialsitz zylindrische
Läuferpaket B ist gleichachsig zum Ständerpaket A angeordnet. Dabei ist in einem
gegebenen Abstand von ersterem auf der Motorwelle 3 ein zweites Blechpaket B1 angeordnet,
dessen Lamellen jenen des Läuferpaketes gleich, aber in kleinerer Anzahl vorgesehen
sind und den Anker des für die Axialverstellung des Läufers dienenden Elektromagneten
bilden.. Entsprechend dem Hilfspaket B1 ist am Ständer ein ähnliches Hilfspaket
A, in einer gewissen Entfernung vom Ständerpaket A mit gleichen Lamellen angeordnet.
Die Ständerwicklung Io des Motors umfaßt außer dem Blechpaket A auch das Hilfspaket
A1, so daß ein Elektromagnet entsteht, der wirksam wird, sobald die Ständerwicklung
unter Spannung steht, d. h., sobald der Motor eingeschaltet wird. Auf der Antriebswelle
3 ist eine Trommel II drehsteif befestigt, deren Kegelstumpfumfangsstreifen I2 mit
einem Kegelstumpfsitz I3 des Lagerdeckels 8 zusammenwirkend die Reibflächen für
die Läufersperrung bildet. Die zum Zusammenwirken. der genannten Reibflächen erforderliche
Axialkraft wird durch eine gleichachsig zur Antriebswelle 3 angeordnete Schraubenfeder
I4 erzeugt, die sich an einer Seite gegen die äußere feste Lagerhülse des. Wälzlagers
6 und auf der anderen Seite gegen, einen mit der äußeren Lagerhülse des Wälzlagers
I6 axial verbundenen Teller I5 abstützt. Die innere Lagerhülse des Wälzlagers I6,
das den anfallenden Axialbeanspruchungen ent-Ende der Antriebswelle 3 axial verbunden.
Hierdurch ist die Schraubenfeder I4 bestrebt, die Antriebswelle 3 in Pfeilrichtung
X zu verstellen, wodurch sie din: zwischen den Konusreibflächen, die den Läufer
und den Ständer miteinander versperren, erforderlichen Druck erzeugt. Das Wälzlager
I6, das den anfallenden Axialbeanspruchungen entgegenwirkt, hat den einzigen Zweck,
die freie Rotation des Läufers zu gestatten, während die Schraubenfeder I4 stillsteht.
Die Blechpakete A1 und B1 sind einander derart zugeordnet, daß bei unter Spannung
gesetztem Motor eine unmittelbare Kraft entgegen der Pfeilrichtung X auf den Scheibenanker
B1 ausgeübt wird; diese Kraft ist bestrebt, das Blechpaket B1 gegenüber dem Ständerhilfspaket
A1 zu zentrieren (diese Lage ist in der Abbildung veranschaulicht). Die genannte
Kraft widersetzt sich damit der Wirkung der Schraubenfeder I4, überwindet diese,
entsperrt dadurch die beiden Reihungsoberflächen I2 und I3 und gibt den Läufer frei.
Setzt die Speisung des Motors aus und somit auch die des Elektromagneten A1, so
verstellt die Schraubenfeder I4 den Läufer wieder in. Pfeilrichtung X, wodurch der
Läufer durch Aneinanderdelegen der konischen Reibflächen I2 und I3 an dem Enddeckel
8 festgelegt wird.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Motors werden gegenüber den bereits
bekannten mit Kegelstumpfläufer ausgerüsteten Maschinen folgende Vorteile erzielt:
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a) Der Ständerpaketkraftfluß wird, nicht vermindert, da im Anker B1
keine Wicklung bzw. keine Käfigwicklung, wie dies im eigentlichen. Läuferpaket B
der Fall ist, vorgesehen. ist; man erhält dadurch bei Unterspannungsetzen der Wicklung
auch bei stehendem Läufer eine bedeutende Anziehungskraft, die das Abheben der beiden
Reibungsoberflächen voneinander gewährleistet. Bei Zunehmen. der Drehzahl des Läufers
vermindert sich diese Kraft im Verhältnis zum Kleinerwerden des von der Wicklung
verbrauchten Stromes; während aber die Kraft der selbsttätigen Zentrierung des Läuferpaketes
B zum Ständerpaket A größer wird. Die Arbeitsweise dir Bremsvorrichtung
ist sicher und. gestattet ferner die Anordnung einer Schraubenfeder 14, deren Spannung
weitestgehend genügt, um eine schnelle und wirksame Sperrung des. Ständers mit Hilfe
der Kegelstumpfreibungsoberflächen 12 und. 13 herbeizuführen..
b)
Die genaue Einstellung des Motors bereitet kennerlei Schwierigkeiten; da die relative
axiale Lage zwischen Ständer und Läufer keine Veränderungen im Luftspalt verursacht;
es genügt, den Anker B1 - in der Sperrlage - um ein weniges gegen die Reibungsoberfläche
13 zu gegenüber dem Elektromagnetkern A1 zu versetzen.
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c) Beim Motoranlauf ergibt sich eine axiale Selbstzentrierung zwischen
Läufer und Ständer, deren gegenseitige Lage durch das Gleichgewicht zwischen der
durch die Schraubenfeder ausgeübten axialen Einwirkung und der entgegengesetzten
des Elektromagneten. A1 bestimmt wird.
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d) Das Anlassen und damit die Axialverstellung des Läufers erfolgt
stoßfrei, da keine starren Anschlagmittel vorhanden sind und die Lage des Läufers
durch das oben unter c) erwähnte Gleichgewicht der Kräfte bestimmt wird.
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e) Die axiale Anziehungskraft des Elektromagneten A1 ist beim Anlassen
am größten, d. h.. dann, wenn die Querverstellung des Ankers B1 gegenüber dem Ständerpaket
A1 am größten ist.
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f) Der Verschleiß an den Reibungsoberflächen I2 und 13 bewirkt eine
Steigerung der maximalen Querverstellung des Ankers B1 gegenüber dem Kern A1; die
Anziehungskraft erfährt dadurch keine wesentliche Veränderung, sie wird im Gegenteil
innerhalb gewisser Grenzen sogar gesteigert.
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g) Die Motorherstellungskosten übersteigen, nur um ein weniges die
des normalen Asynchronmotors gleicher Leistung, da für die Blechpakete B1 und A1
dasselbe wirksame Material wie für die Blechpakete B und A verwendet werden kann..
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h) Der während des Betriebes erzielte Wirkungsgrad entspricht vollkommen
jenem eines normalen Asynchronmotors.
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Selbstverständlich können die Ausführungseinzelheiten der Sperrvorrichtung
sowie die Durchbildung des Elektromotors und des Ständers (mit Käfigwicklung od.
dgl.) Änderungen erfahren, ohne dabei den Rahmen der Erfindung und damit deren Schutzbereich
zu verlassen.-Im besonderen können der Kern A1 .und der Anker-B1 aus mehr als einem
Blechpaket gebildet sein, die voneinander zweckmäßig entfernt eine der Kraftsumme
jedes einzelnen Paares entsprechende Gesamtanziehungskraft erzeugen.