<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung für ein gleichstromerregtes, an ein Wechselstromnetz angeschlossenes sowie stosserregtes Magnetsystem für das Lüften federbetätigter Bremsen oder Kupplungen.
Es werden in zunehmendem Mass Elektromotoren benötigt, die im abgeschalteten Zustand gebremst sind.
Diese sogenannten Bremsmotoren werden hauptsächlich für Hebe- und Fördermittel zum Positionieren und bei Werkzeug- und Arbeitsmaschinen zur Verkürzung der Auslaufzeiten verwendet.
Ebenso finden auch Kupplungen, die elektromagnetisch gelüftet werden können, in steigendem Mass Verwendung, weil die Übertragung der Kraft zum Auskuppeln oder Lüften auf mechanischem Wege, über Gestänge, Bowdenzüge oder andere mechanische Glieder oft zu umständlich oder auch zu aufwendig ist.
In dem allgemeinen Bestreben, Abmessungen und Masse zu verkleinern, werden auch an die Leistungsfähigkeit elektromagnetisch gelüfteter Bremsen oder Kupplungen steigende Anforderungen gestellt. Hiebei wird bemerkt, dass das Brems- oder Kupplungsdrehmoment neben dem Reibwert der Beläge und dem mittleren Reibdurchmesser hauptsächlich von der Gesamtfederkraft der Brems- oder Kupplungsfedern und der Anzahl der wirksamen Reibflächen bestimmt wird. Ein sicheres Lüften einer Bremse oder Kupplung setzt voraus, dass das Magnetsystem den Druck dieser Federn überwindet und darüber hinaus einen Luftspalt erreicht, der einen freien Lauf der Brems- oder Kupplungsscheiben gewährleistet.
Die erforderliche Lüftbewegung ist von der Bauart abhängig. Bei der Verwendung von Lamellenbremsen oder Lamellenkupplungen, die wegen ihrer kleinen Bauart und dem damit verbundenen Vorteil kleinerer Trägheitsmomente häufig bevorzugt werden, ist der erforderliche Lüftweg, den das Magnetsystem gegen die Federspannung zu überwinden hat, verhältnismässig gross.
Mit dem Verschleiss der Brems- oder Kupplungsbeläge vergrössert sich der Luftspalt und steigt damit die notwendige mechanische Arbeit zum Lüften. In der Regel reicht die Anzugskraft eines Magneten nicht aus, um bei abgenutzten Reibbelägen den Maximalluftspalt zu überwinden. Es ist deshalb erforderlich, zum Verschleissausgleich entsprechende mechanische Nachstellmöglichkeiten vorzusehen. Weiterhin wird häufig gefordert, dass das Magnetsystem in möglichst kurzer Zeit lüftet und auch ohne nennenswerte Verzögerung abschaltet. Somit werden an die Leistungsfähigkeit des Magnetsystems bei der Forderung nach möglichst kleiner Bauart und günstigem Zeitverhalten, sehr hohe Ansprüche gestellt, die sich nicht allein mit konstruktiven Massnahmen beherrschen lassen.
Bekanntlich ist die Haltekraft eines Gleichstrommagneten, bei konstanter Durchflutung, wesentlich grösser als die Anzugskraft. Massnahmen zur Vergrösserung der Anzugskraft machen deshalb von einer kurzzeitigen Erhöhung der Durchflutung Gebrauch. So ist es bekannt, die Anzugskraft beispielsweise dadurch zu erhöhen, dass eine kurzzeitig höher belastete Anzugswicklung und eine Haltewicklung verwendet werden.
Auch ist die Verwendung von umschaltbaren Wicklungsteilen für den Anzug in Parallelschaltung und zum Halten in Reihenschaltung bekannt. Weiterhin sind auch Schaltungen bekannt, bei denen nur kurzzeitig für die Dauer des Anzuges die Wicklung direkt und zum Halten über vorgeschaltete Widerstände eingeschaltet ist.
Zudem wurde speziell bei Bremsmotoren auch vorgeschlagen, den erhöhten Anlaufstrom eines Asynchronmotors auszunutzen, um über einen Stromtransformator den Erregerstrom des Magnetsystems entsprechend zu erhöhen.
Schliesslich lässt sich auch mit Hilfe einer Stosserregung, beispielsweise eines Kondensators, der mit einem parallelgeschalteten Widerstand in Reihe zur Magnetwicklung liegt, der Erregerstrom des Magnetsystems kurzzeitig steigern.
Die bekannten Schaltungsanordnungen sind jedoch nicht geeignet mit einem kleinen Magnetsystem bei grossem Luftspalt eine hohe Anzugskraft mit gutem Zeitverhalten zu erreichen. Demgegenüber sollen durch die Erfindung die Vorraussetzungen geschaffen werden, mit einem möglichst kleinen Magnetsystem die Leistungsfähigkeit elektromagnetisch gelüfteter Bremsen oder Kupplungen zu erhöhen, um damit die wirtschaftlichen Vorteile einer kleinen Bauweise voll nutzen zu können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, bei einem möglichst kleinen Magnetsystem die Anzugskraft so zu steigern, dass auch bei grossem Luftspalt die Bremse oder Kupplung sicher lüftet. Dabei soll das Magnetsystem noch einen Luftspalt überwinden, der sich durch den maximal zulässigen Verschleiss der Brems- bzw. Kupplungsbeläge ergibt, so dass, im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik, auch bei elektromagnetisch gelüfteten Lamellenbremsen oder Lamellenkupplungen kein Nachstellen als Verschleissausgleich mehr erforderlich ist. Weiterhin soll die Schaltungsanordnung dem Magnetsystem kurze Anzugs- und Abfallzeiten ermöglichen und durch Stosserregung das Magnetsystem thermisch möglichst wenig belasten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Schaltung vorgesehen ist, die an eine Einweggleichrichtung zur Erregung des Magnetsystems einen Anzugsstrom abgibt, der den Haltestrom um das Zwanzigfache übersteigt, dass die Einweggleichrichtung einen Freilaufzweig enthält, in dem ein Schaltelement mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie vorgesehen ist, das unter Wirkung des Erregerstromes einen im Verhältnis zur Magnetwicklung niedrigen und unter Wirkung des Haltestromes hohen Widerstand aufweist sowie dass die Magnetspule annähernd symmetrisch in zwei topfförmigen, massiven Magnethälften angeordnet ist, wobei sich der veränderliche Luftspalt etwa in der Mitte befindet.
<Desc/Clms Page number 2>
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend in den Zeichnungen an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. l und 2 zeigen zwei erfindungsgemässe Schaltungsanordnungen.
Gemäss Fig. l wird an die Klemmen--I und K1-- ein Strom von der Dauer einer oder weniger Perioden des Wechselstromnetzes geschaltet. Der Stromstoss kann in der einfachsten Art über einen Taster mit Wischerkontakten oder über einen Taster mit in Reihe liegendem öffner und Schliesser mit Überschneidung geschaltet werden. Auch spezielle Schalter ermöglichen, beim Betätigen kurzzeitig einen Strom zu schalten. Bei diesen Schaltungen ist jedoch die Schaltdauer des Stromes von der Betätigungsgeschwindigkeit abhängig.
Schützschaltungen erlauben, die Zeitdauer des Stromes genau zu begrenzen. über eine der erwähnten Schaltungen wird über die Diode--4--auf die Anzugswicklung--l--ein Stromstoss gegeben. Die Anzugswicklung ist dabei so ausgelegt, dass der Strom, der kurzzeitig über die Diode --4-- fliesst, mehr als das Zwanzigfache des Haltestromes beträgt. Dadurch wird auch bei einem grossen Luftspalt eine hohe Induktion erreicht, so dass zum Lüften des Magnetsystems eine Netzhalbwelle oder wenige Netzhalbwellen genügen. Parallel zur Anzugswicklung ist als Bauelement mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie als Freilaufventil ein Selengleichrichter angeordnet, der der Magnetwicklung speziell angepasst ist.
Unter der Wirkung des Stosserregerstromes weist dieser Freilaufzweig einen möglichst kleinen Widerstand auf, wodurch für den Anzug ein hoher Gleichstrommittelwert erreicht wird.
Beim Umschalten auf den niedrigen Haltestrom, der zwischen den Klemmen-I und K --über die Haltewicklung--2-, die Anzugswicklung--l--und die Diode--4--fliesst, wird der Widerstand im Freilaufzweig entsprechend der nichtlinearen Strom-Spannungskennlinie des Selengleichrichters--3-vervielfacht. Dadurch wird entsprechend der Widerstandserhöhung im Freilaufzweig die elektrische Zeitkonstante verkleinert, und ergibt sich der Vorteil kurzer Abschaltzeiten.
Der Selengleichrichter--3--wird zweckmässigerweise so bemessen, dass sein Innenwiderstand in Durchlassrichtung unter der Wirkung des Stosserregerstromes möglichst noch kleiner ist, als der Widerstand der Anzugswicklung--l--und dass sich nach dem Umschalten auf den Haltestrom ein Innenwiderstand ergibt, der ein Vielfaches des Widerstandes der Anzugswicklung beträgt.
Durch entsprechende Wahl der Anzahl der Gleichrichterplatten besteht die Möglichkeit, in einfacher Weise der vorstehenden Forderung zu entsprechen.
Durch die erfindungsgemässe Auslegung des Freilaufzweiges konnten Abschaltzeiten erreicht werden, die nur etwa 10 bis 20% der Zeiten betragen, die sich ergeben, wenn der Freilaufweg über eine Diode mit sehr geringer Schleusenspannung geschlossen wird. Ausserdem wird durch die erfindungsgemässe Auslegung des Freilaufzweiges, im Gegensatz zu einem in den Freilaufkreis eingeschalteten Festwiderstand für gleich kurze Abschaltzeiten, die Anzugskraft praktisch nicht verringert.
Die erforderlichen Widerstandsverhältnisse können auch durch die Kombination einer Zenerdiode mit einer Siliziumdiode oder eines spannungsabhängigen Widerstandes mit einer Siliziumdiode erreicht werden.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegt die Haltewicklung --2-- des Bremssystems bei eingeschaltetem Motor ständig über eine Diode--17--an Spannung, wogegen die Anzugswicklung--l-- nur beim Einschalten des Motors für einige Netzperioden über einen Thyristor --6-- gespeist wird. Das Zünden des Thyristors geschieht folgendermassen :
EMI2.1
--8-- über einen Widerstand--10--aufgeladen wird. Sobald die Spannung des Kondensators--8--die Kippspannung einer Triggerdiode-7-erreicht, entlädt sich der Kondensator --8-- über die Zündstrecke des Thyristors wodurch dieser in den leitenden Zustand versetzt wird.
Bis zum Zünden des Thyristors hat sich auch der Kondensator --13-- über eine Diode--11--und die Widerstände--12 und 15--auf einen bestimmten Wert der Spannung aufgeladen, so dass zu Beginn der nächsten Periode die Spannung am Widerstand--15--geringer ist, als zu Beginn der ersten Periode, wodurch der Thyristor in der zweiten Periode später zündet als in der ersten. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Spannung am Widerstand--15-kleiner bleibt als die Ansprechspannung der Zenerdiode--9--und der Thyristor --6-- nicht mehr gezündet wird.
Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände--14 und 15--sowie des Kondensators--13--
EMI2.2
B.Thyristor-6-.
Der Selengleichrichter --3-- gewährleistet auch bei dieser Schaltung einerseits einen guten Freilaufeffekt für den Anzugsstrom und anderseits ein schnelles Abklingen des Haltestromes beim Ausschalten des Motors.
Diese an sich schon vorteilhafte Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wird noch durch die besondere
<Desc/Clms Page number 3>
Charakteristik eines Gleichstrommagnetsystems verstärkt, welches aus zwei etwa gleichen, topfförmigen, massiven Magnethälften besteht, wobei sich der veränderliche Luftspalt der inneren und äusseren Polflächen etwa in der Mitte befindet.
Bei Wechelstrommagneten ist ein symmetrischer Aufbau bekannt, wobei sich der veränderliche Luftspalt zwischen den Polflächen in der Mitte des Magnetsystems befindet. Obgleich es bekannt ist, dass beispielsweise bei Gleichstrom-Topfmagneten eine Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinien durch entsprechende Gestaltung des Arbeitsluftspaltes in ziemlich breitem Bereich möglich ist, wurde das gemäss der vorliegenden Erfindung vorgesehene Magnetsystem bei elektrisch gelüfteten Bremsen oder Kupplungen noch nicht verwendet. Der Grund liegt hauptsächlich darin, dass sich mit den bekannten Schaltungsanordnungen nur ein relativ kleiner Luftspalt überwinden lässt. Dafür sind aber die bekannten Gleichstrommagnetsysteme mit Plananker ausreichend.
Erst die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung weist einen Weg, wesentlich grössere Luftspalte zu überwinden, wobei es zweckmässig ist, die Vorteile eines Magnetsystems, welches bei relativ flacher Kraft-Weg-Kennlinie einen grossen Luftspalt zu überwinden vermag, mit den Vorteilen der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zu kombinieren. Bei Lamellenbremsen oder Lamellenkupplungen addiert sich, infolge der hintereinander angeordneten Brems- oder Kupplungslamellen, der Verschleiss. Dadurch vergrössert sich entsprechend schneller der Luftspalt, und ist zum Ausgleich eine entsprechende Nachstelleinrichtung erforderlich, weil sonst das Magnetsystem nicht mehr in der Lage ist zu lüften.
Die Erfindung schafft den Vorteil, infolge der grösseren Leistungsfähigkeit eines speziellen Magnetsystems, auch bei grossem Luftspalt auf eine Nachstellung zu verzichten oder mit einer einfachen Nachstellung in nur wenigen Stufen auszukommen. Dieser Vorteil hat erhebliche ökonomische Bedeutung, nicht nur weil der Wartungsaufwand wesentlich verkleinert wird, sondern auch weil die oft erheblichen Begleitumstände zum Nachstellen, wie Montageaufwand und Stillstandszeiten vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Schaltung besteht ausser des möglichen Verzichtes auf die Nachstelleinrichtung auch darin, dass die Steigerung der Leistungsfähigkeit eine wesentliche Verkleinerung des Magnetsystems ermöglicht. Damit besteht in vielen Fällen die Möglichkeit, das Magnetsystem zentral innerhalb der Brems- oder Kupplungslamellen anzuordnen, so dass auch eine elektrisch gelüftete Bremse oder Kupplung bei gleicher Leistung keine grösseren Abmessungen aufweist, als es von mechanisch gelüfteten Lamellenbremsen oder Kupplungen bisher bekannt war. Damit kann der Anwendungsbereich elektrisch gelüfteter Bremsen oder Kupplungen stark erweitert werden, was vor allem im Hinblick auf die Forderung der Automatisierung von grosser ökonomischer Bedeutung ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungseinrichtung für ein gleichstromerregtes, an ein Wechselstromnetz angeschlossenes sowie stosserregtes Magnetsystem für das Lüften federbetätigter Bremsen oder Kupplungen, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass eine Schaltung vorgesehen ist, die an eine Einweggleichrichtung (4) zur Erregung des Magnetsystems (1) einen Anzugsstrom abgibt, der den Haltestrom um das Zwanzigfache übersteigt, dass die Einwegegleichrichtung einen Freilaufzweig enthält, in dem ein Schaltelement (3) mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie vorgesehen ist, das unter Wirkung des Erregerstromes einen im Verhältnis zur Magnetwicklung niedrigen und unter Wirkung des Haltestromes hohen Widerstand aufweist sowie dass die Magnetspule annähernd symmetrisch in zwei topfförmigen,
massiven Magnethälften angeordnet ist, wobei sich der veränderliche Luftspalt etwa in der Mitte befindet.
EMI3.1