Automatische Reibungslamellenbremse an Elektromotoren zur stossfreien Abbremsung bei Stromunterbrechung in der Motorzuleitung. Den Gegenstand der Erfindung bildet eine automatische Reibungslamellenbremse an Elektromotoren zur stossfreien Abbrem sung bei Stromunterbrechung in der Motor zuleitung und besteht darin, dass bei Strom unterbrechung in der Motorzuleitung durch Federkraftwirkung eine achsiale Bewegung sowohl der auf der Motorwelle fest auf gesetzten und achsial verschiebbar gelager ten Reibungslamellen, als auch der mit dem Motorgehäuse feststehenden und achsial ver schiebbaren Reibungslamellen erfolgt, in der Weise, dass die einzelnen Reibungslamellen nacheinander zur gegenseitigen Anpressung gelangen, so dass eine allmählich einsetzende, stossfreie Abbremsung der rotierenden Teile erfolgt.
Die Bremse gemäss der Erfindung eignet sich zum Beispiel für Aufzüge, Win den und ähnliche Maschinen.
Derartige Bremsen, deren Zweck die Ab stellung und Sicherung einer Hebelast 'bei Unterbrechung des Stromes und seiner elektro magnetischen Wirkung ist, sind bereits be- kannt. So wird beispielsweise oft eine Band bremse mit einem in der gelüfteten Stellung eines Elektromagnetes, welcher mit dem selben Strom wie der Motor gespeist wird, gehaltenen Gewichtes verwendet. Anstatt des Gewichtes wird in andern Fällen eine Fe .der oder ein pneumatischer oder hydrau lischer Zylinder verwendet. Es sind ferner Bremsen bekannt, bei denen durch Sinken der Zentrifugalkraft nach Abschalten des Stromes des Motors und damit entstehender Verlangsamung der Rotation eine Bremsung erfolgt.
Bei diesen wird aber eine zu plötzliche Bremswirkung erzielt. Es kann dadurch zum Beispiel bei Hebezeugen ein Seilbruch ver ursacht werden.
In der beigeschlossenen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Reibungslamellen bremsen gemäss der Erfindung schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein senkrechter Längsschnitt einer durch elektromagnetische Anziehungs- kraft wirkenden Bremsvorrichtung, und zwar bei eingeschaltetem Motor, das ist bei ge lüfteter Bremse; Fig. 2 veranschaulicht dieselbe Bremse im .senkrechten Längsschnitt nach Strom unterbrechung und nach vollkommenem Ab stellen der Bewegung und Arretierung des Rotors; Fig. 3 veranschaulicht das Schaltungs schema eines mit einer Bremse gemäss der Erfindung versehenen Asynchronmotors; Fig. 4 ist ein ,schematischer Längsschnitt der Bremse in der gelüfteten Stellung; Fig. 5 ist derselbe Schnitt der Bremse bei abgebremstem Motor; Fig. 6 ist eine Ansicht der die Elektro magneten tragenden Scheibe gemäss Linie IV-IV der Fig. 4;
Fig. 6a ist ein Detail des Magnetes, wäh rend Fig. 7 ein Schnitt der Bremse gemäss Linie V -V der Fig. 5 ist; Fig. 8 und 9 erläutern. schematisch die Wirkungsweise der Bremse; Fig. 10 und 11 veranschaulichen die senkrechten Längsschnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels vor und nach dem Ein schalten des Stromes, und Fig. 12 ist ein Detail einer Druckvor richtung des zuletzt angeführten Ausfüh- rungsbespiels.
Auf der Welle 1 des Elektromotors (Fig. 1 und 2) ist ein, Elektromagnet 2 fest aufgesetzt, welcher durch die Wicklung 3, die durch den Rotorstrom zum Beispiel eines Zweiphasen- oder Mehrphasenmotors durch flossen wird, erregt wird. Der Elektromagnet 2 zieht während des Arbeitens des Motors die auf der Welle 1 des Motors verschiebbare, aber nicht drehbare Scheibe 4 an, wodurch eine Feder 5, die in der Ausnehmung 5' des Elektromagnetes 2 angeordnet ist, zu sammengedrückt wird. Die Scheibe 4 ist mit. in Ausnehmungen 6' der auf der Welle voll kommen fest aufgekeilten Nabe 7 passenden walzenförmigen Bolzen 6 versehen.
Auf dieser Nabe sind Reibungslamellen 8 achsial verschiebbar aufgeschoben. Zwischen diesen sind die festen Ringe 9 angeordnet, die von einigen Bolzen 10 getragen sind, welche mit- telst der Muttern 12 auf der Scheibe 13 fest geschraubt sind, wobei die Scheibe 13 mit- telst Schrauben 14 mit dem Motorgehäuse 11. fest verbunden ist. Die Ringe 9 sind auf dem Bolzen 10 in achsialer Richtung verschieb bar.
Die Bremslamellen 8, als auch die Ringe 9 sind vorzugsweise aus einem Material von hohem Reibungskoeffizienten, zum Beispiel Fiber, und können im Innern durch eine auf der Zeichnung nicht veranschaulichte Metall einlage zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit versteift sein.
Wird die Stromzuleitung des Elektro motors unterbrochen und hierdurch die an ziehende Wirkung des Elektromagnetes 2 aufgehoben, so verschiebt die zusammenge drückte Feder 5 die Scheibe 4 in der Rich tung des Pfeils a (Fig. 2), das heisst nach links,. wodurch ,sich dieser mit seiner ganzen Fläche auf den Ring 9' anlegt und ihn in der Richtung nach links verschiebt. Dies hat zur Folge, dass der Ring 9' gleichfalls auf dem Führungsbolzen 10 nach links verschoben wird, bis er mit der sieh mit der Welle drehenden Lamelle 8' in Berührung kommt und diese gleichfalls in der Richtung nach links verschiebt, bis sie mit .dem nachfolgen den festen Ring 9" in Berührung kommt.
Der ganze Vorgang wiederholt sich, bis alle Rei bungskörper 8, 9 in die in Fig. 2 veranschau lichte Lage gekommen sind. Dadurch, dass die einzelnen Reibungslamellen nacheinander zur -gegenseitigen Anpressung gelangen, er folgt eine allmählich einsetzende stossfreie Abbremsung der rotierenden '.heile.
In der .angepressten Lage der Lamellei gemäss Fig. 2 ruft die Feder 5 einen Druck hervor, welcher zur sicheren Arretierung des vollbelasteten Motors in der abgebremsten Lage genügt. Der Erregerstrom des Elektromagnetes wird an dessen Klemmen 15 aus dem Rotor des Motors durch in den Ausnehmungen 16 der Welle 1 angeordnete Leiter zugeführt. Der übliche Vierkant 17 zum manuellen An drehen des Ankers mittelst eines Hebels ist an dem Gehäuse 18 des Elektromagnetes 2 montiert.
Wird der Strom in den Elektromotor neuerdings eingeschaltet, zieht der durch den Läuferstrom erregte Elektromagnet 2 die Magnetscheibe 4 wiederum entgegen dem Federdruck 5 in Richtung des Pfeils b (Fig. 1) an, so dass die Bremsorgane 8 und 9 entlastet werden. Der Motor überwindet allmählich die Reibung zwischen den ein zelnen Reibungslamellen und den Ringen 8, 9 und seine Umdrehungen wachsen stufen weise bis zur normalen Grösse an. Die Rei bungskörper treten nun selbsttätig soweit auseinander, dass die festen Ringe 9 die Ro tation der auf der Motorwelle festsitzenden Lamellen 8 nicht behindern.
Die Anzahl der Reibungskörper 8, 9 richtet sich nach der Grösse des Momentes, welches erzeugt werden soll.
Die beschriebene Bremse kann auch an einem Gleichstrommotor angebracht sein. Beim Stromeinschalten bewirken die Spu len 3 des Elektromagnetes eine Dämpfung des Stromstosses.
Gemäss Fig. 3 sind die Elektromagnete 1, welche zur Haltung der Bremse in gelüfte ter Lage dienen, solange die Stromzuführung nicht unterbrochen ist, in jeder Phase des Stators des Asynchronmotors zwischen dem Sehalter 2 und der Statorwicklung 3 in Serie zu dieser geschaltet. Der Rotor 4 des mit der Bremse versehenen Motors ist zum Beispiel, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, kurz geschlossen. Die Elektromagnete erhalten im Gegensatz zum vorher beschriebenen Bei spiele Strom konstanter Frequenz. Solange der Motor eingeschaltet ist, wird die Scheibe 5 in der in Fig. 4 veranschaulichten Lage, bei welcher die auf den Tragbolzen 7, 7' und 7" angeordneten Federn 6 zusammengedrückt sind, festgehalten. Dadurch wird eine freie Drehung des Motors möglich.
Die Motorwelle 8 ist mit einer fest aufgekeilten Nabe 9 ver sehen, auf welcher die Reibungslamellen 10 achsial verschiebbar, aber mit der Nabe dreh- bar nach vorher beschriebener Art gelagert sind. Die sich nicht .drehenden Ringe 11, wel che auf den Bolzen 7, 7' und 7" . aufgesetzt sind, sind gleichfalls von vorher beschriebe ner Ausführung, so dass die Wirkungsweise der Bremsorgane vollkommen die gleiche ist, wie beider vorher beschriebenen Ausführung der Bremse.
Wird die Stromzuführung in die Statorwicklung des Motors durch den Schalter 2 unterbrochen, oder bei einem De fekt in der Zuleitung oder Statorwicklung die Stromzuführung auch nur in einer Phase unterbrochen, ziehen die Magnete die Scheibe 5 nicht mehr genügend an, so dass sie durch die Energie der zusammengedrückten Federn 6 in die Lage nach Fig. 5 bewegt und der Motorläufer stossfrei, wie beschrieben, ange halten wird. Durch abermaliges Einschalten des Stromes läuft der Motor stossfrei bis zur Erreichung der normalen Umdrehungen an.
Da die Elektromagnete 1 im Stromkreis des Stators in Serie geschaltet sind und des halb durch seine Wicklung stets -der Strom von der Netzfrequenz fliesst, müssen sie aus lamelliertem Blech ausgeführt sein, um die Hystereseverluste zu vermindern. Die Spulen 12 sind auf dem lamellierten Eisenkörper 14, welcher den Magnetkern bildet, aufgeschoben. Auf der Scheibe 5 sind lamellierte Anker 13 befestigt. Um die Streuung herabzusetzen, sind die Scheiben 5 und 16, auf welchen die Magnetkerne befestigt sind, aus magnetisch nicht leitendem Materal hergestellt.
Die Bol zen 7, 7' und 7" sind auf der einen Seite von einer mit dem Mantel des Motors ver bundenen Stützplatte 15 und auf der andern Seite - -der äussern - von der Tragscheibe 16, an welcher die Magnete 1 befestigt sind, getragen. Die Elektromagnete der Bremse sind somit mit dem Motorgehäuse fest stehend; somit kann die Stromzuführung di rekt, ohne Schleifringe und Bürsten, zur Er regerwicklung der Magnete erfolgen.
Zur Erregung der Magnete der Bremse kann der Statorstrom zusammen mit dem Rotorstrom verwendet werden. Der Elektro motor kann auch ein Gleichstrom-Neben- schlussmotor sein, wobei die Wicklung der Magnete vorteilhaft in die Nebenschluss- Magnetisierungswicklung eingeschaltet ist.
Bei dem in den Fig. 8 bis 12 dargestell ten Ausführungsbeispiel ist auf der Welle 1 des Elektromotors eine Bremsnabe 2 mit die sem drehbar, aber längs der Achse verschieb bar aufgesetzt, indem sie mittelst eines Keils aufgekeilt und in der in der Welle 1 aus gesparten Nut 3 gelagert ist. Der Rotor selbst ist auf dieser Welle frei drehbar ge lagert, und zwar in der Hülse 4, welche den Rotorkörper 5 trägt. Die Drehung des Rotors wird auf die Welle 1 mittelst der Nabe 2 übertragen, welche mit ihm mittelst der Zähne 2' und 4' verbunden ist.
Die Zähne greifen ineinander in, jeder Lage und ihre Höhe ist derart gewählt, dass auch in den Endlagen (Fig. 9) die Verbindung des Ro tors mit der Nabe 2 niemals unterbrochen wird. Dabei ändert sich nur die Berührungs fläche der Zähne (schraffierte Flächen auf den Fig. _ 8' und 9).
Der Stator 6 des Motors ist üblicher Bau art und ist mit dem Mantel der Maschine fest verbunden. Die Nabe 2 des Bremskörpers wird durch die Feder 7 gegen die Hülse 4 des Rotors angedrückt und ihr Druck wird von den -Zähnen 2' und 4' auch auf den Ro tor, welcher sich infolgedessen nicht achsial nach links verschieben kann, übertragen. Ge gen die Bewegung nach rechts ist der Rotor mittelst des Drucklagers 8 gesichert.
Auf der Nabe 2 sind in den Nuten 8' Bremslamellen 8 längs der Achse verschieb bar, aber gegenüber der Nabe 2 nicht dreh bar aufgesetzt. Zwischen den Lamellen. 8 sind die von den Bolzen 10 getragenen Ringe 9 ebenfalls längs der Achse verschiebbar auf gesetzt. In der Bremse sind also abwechselnd feste und drehbare Lamellen angeordnet, die genau so wie früher beschrieben wurde, aus geführt sind. Die Bolzen 10 sind auf der einen Seite im Deckel des Motors. und auf der andern Seite in der Stützwand 12, an wel cher die Lamellen und Ringe 8, 9 beim Bremsen und Arretieren des Motors ange drückt werden, gelagert.
Die Motorwelle endigt im üblichen Vier kant 13' zum eventuellen manuellen An drehen des Läufers und wird von den Kugel lagern 14 getragen; sie ist ausserdem in einer gewissen Länge mit einem Gewinde 15 für die Stellnabe 16 versehen, welche als Stütze für die Druckfeder 7 dient, deren Kraft sich mittelst einer Verdrehung der Stellnabe 16 in gewissen Grenzen beliebig regulieren lässt. Auf die Stellnabe 16 ist ausserdem eine starke, aus einer kleinen Anzahl starker Win dungen bestehende Feder 17 aufgesetzt, wel che zur Verhinderung eines zu starken An schlagens des Flansches 19 der Nabe 2 an die Stirnfläche 18 der Stellnabe 16 bei vol lem Lauf des Motors, wie weiter genauer be schrieben wird, dient.
Die Wirkungsweise der Bremse ist wie folgt: Befindet sich bei ausgeschaltetem Motor dessen Rotor in Ruhe, drückt die Feder 7 die Nabe 2' mit der Kraft P (Fig. 8) gegen die Rotorhülse 4, so dass die Zähne 2' und 4' in einander nach der vollen Linie in Fig. 8 ein greifen müssten, wenn der Flansch 19 (Fig. 11) die Nahe 2 nicht in einer gewissen minimalen Entfernung von der Hülse 4 halten würde. In der oben angegebenen Lage drückt der Flansch 19 die Reibungslamellen und Ringe ganz aneinander, so dass sie an der Stützwand 12 anliegen, wodurch die Motor welle abgebremst ist. Die Zähne 2' und 4' nehmen hierbei die in Fig. 8 strichliert ein gezeichnete Lage ein.
Wenn nun der Motor eingeschaltet wird, hat der Rotor das Bestreben sich zum Bei spiel in der Pfeilrichtung a (Fig. 9) zu drehen, wobei die Zähne 2', 4' so aufeinander wirken, dass sie eine achsiale Bewegung ge geneinander hervorrufen. Man erhält die re- sultierende achsiale Kraft D, welche ent gegen der Federkraft P wirkt. Solange die Kraft P der Feder 7 ein Übergewicht hat, ändert sich die gegenseitige Lage der Zähne 2', 4' nicht, aber auf das Rotordrucklager wird ein der Kraft D gleicher Druck Über tragen.
Wird die Torsionskraft M des Rotors so gross,- dass die radiale Komponente D die Federkraft P überwindet, werden die Zähne 2' durch den Einfluss der entstehenden Kraft R (Fig. 9) gegenüber den Zähnen 4' achsial längs ihrer Berührungsfläche herausgescho ben. Die Berührungsfläche der Zähne wird sich ständig verkleinern und wenn die Be wegung der Zähne 2' und dadurch auch der ganzen Nabe 2 durch die Stützfläche 18 nicht begrenzt wäre, würde eine Unter brechung der Berührung der Zahnpaare 2' und 4' eintreten. Die Zähne 2' können ,sich also achsial nur um die Grösse des Hubes H verschieben.
Wenn die Federkraft P durch die Wirkung des Torsionsmomentes des Ro tors überwunden ist, hört auch das gegen seitige Andrücken der Lamellen und der Ringe 8, 9 auf, so dass sich diese gegenseitig entfernen, was durch die Verschiebung der Nabe 2 um die Grösse des Hubes H ermög licht wird. Dies hat eine stossfreie Entlastung ,der Bremse zur Folge und mit der ansteigen den Torsionskraft des Rotors beginnt sich dieser bereits langsam zu drehen und seine Geschwindigkeit ,steigt mit dem aufeinander folgenden Ausschalten der Reibungskörper, bis sie die normale Grösse erreicht.
Die Achsialkraft R steigt ständig an. Auf der Stellnabe 16 ist eine starke Feder 17 aufgesetzt, welche das Anschlagen des Flan sches 19 an die Stützfläche 18 entweder ab dämpft oder gänzlich verhindert, wenn sie selbst die ganze resultierende Achsialkraft R übernimmt.
Durch Ausschalten des Stromes im Stator des Motors verschwindet das Moment des Ro tors. Die Nabe 2 wird durch die Feder 7 allmählich gegen den Rotor hin bewegt und ,die Lamellen und die Ringe der Bremse kom men nacheinander in gegenseitige Berührung, bringen den Motor stossfrei zum Stillstand und halten ihn in der abgebremsten Lage fest. Die Kraft der Feder 7 wird entspre chend der Motorleistung und der Grösse des Gewichtes, welches arretiert werden soll, ge wählt.