DE2722584C2

DE2722584C2 - Bremsvorrichtung für einen Drehkörper

Info

Publication number: DE2722584C2
Application number: DE19772722584
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Araki; Hideaki Mitaka Tokyo Hayashi
Original assignee: Nippon Columbia Co Ltd
Current assignee: Nippon Columbia Co Ltd
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE2722584A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen Drehkörper entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung (DE-PS 6 72 800) trägt die Motorwelle eine Bremsscheibe, auf die bei Betätigung der Bremse ein von. einem Elektromagneten getragener Bremsbelag drückt Bekannte Bremsmittel sind ferner unter der Wirkung von Federn stehende Bremsbacken. Es ist weiterhin bekannt, einen abzubremsenden Rotor durch eine Feder axial zu verschieben, so daß er sich an eine Bremsscheibe anlegt. Weiterhin ist es auch bekannt, dem Motor einen Kondensator parallelzuschalten, der beim Stillsetzen des Motors einen der Drehbewegung entgegenwirkenden Entladungsstoß auf den Motor gibt (zu den letzteren drei Lösungen vgl. DE-OS 1817 024). Schließlich gehören auch Wirbelstrombremsen zum bekannten Stand der Technik (DE-PS 4 99 067).

Eine bekannte Bremsvorrichtung für einen Drehkörper, beispielsweise den Plattenteller eines Plattenspielers, wird im folgenden anhand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Diese Bremsvorrichtung enthält eine Wirbelstromscheibe 3, die an der Welle 2 eines Motors 6 befestigt ist, die einen Plattenteller 1 trägt. Ein Permanentmagnet 4 befindet sich nahe der Wirbelstromscheibe 3. Zusätzlich oder statt dessen ist nahe dem Plattenteller 1 noch eine Bremsvorrichtung 5 mit einem Bremsbelag 5a vorgesehen. Soll der Plattenteller 1 schnell angehalten werden, so wird der Magnet 4 gegen die Wirbelstromscheibe 3 bewegt bzw. es wird der Belag 5a der Bremsvorrichtung 5 an den Plattenteller 1 angedrückt.

Wenn bei der bekannten Vorrichtung die Last 1 durch die Wirbelstromgeneratorscheibe 3 gebremst wird und die Drehgeschwindigkeit der Last 1 kleiner wird, kann keine große Bremskraft erzeugt werden, während, wenn die mechanische Bremsvorrichtung 5 verwendet wird, eine große Bremskraft erhalten wird, jedoch ein unerwünschtes Gleit- bzw. Reibungsgeräusch erzeugt wird.

Wenn eine Bremsvorrichtung zur Erzeugung einer Bremskraft, die die Drehgeschwindigkeit des Drehkörpers ändern bzw. seine Drehung schnell anhalten kann, gebildet wird, um die zur Änderung der Drehgeschwindigkeit des Drehkörpers erforderliche Zeitperiode zu verkürzen, wird das Trägheitsmoment des Drehkörpers groß und damit wird die Zeitperiode, die erforderlich ist, um die Drehung des Motors zu ändern oder zu beenden, verlängert Daher ist ein großes Zeitintervall notwendig, um eine Schallplatte eines Plattenspielers auszuwechseln oder dessen Tonarm zu betätigen.

Um einen Motor durch Anwendung von Wirbelstrom zu bremsen, wie zuvor beschrieben wurde und in F i g. 2 gezeigt ist, ist der Motor 6 mit einer Wechselspannungsquelle 7 verbunden und der Stator- bzw. Hauptwicklung 1 ΐ des Motors 6 wird von einer Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) Gleichstrom zugeführt bzw. eine Reihenschaltung aus einer Diode 13, einem Widerstand 14 und einem Kondensator 15 ist parallel zur Hauptwicklung 11 des Motors 6 geschaltet, eine Hilfswicklung 12 (Spaltphasenwicklung) des Motors 6 isi mit dem beweglichen Kontakt 8a eines Schalters 8 über einen Kondensator 16 verbunden, die Wechselspannungsquelle 7 ist mit festen Kontakten 9 eines Schalters 8 verbunden, der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 15 und dem Widerstand 14 ist ebenfalls mit dem anderen festen Koniakt 10 verbunden, und beide Enden der Hauptwicklung 11 sind mit dem beweglichen Kontakt 8a und dem festen Kontakt 9 des Schalters 8 verbunden. Wenn der bewegliche Kontakt 8a mit den festen Kontakt 9 des Schalters 8 verbunden ist, wird der Motor 6 angetrieben. Während dieser Periode wird der Kondensator 15 über die Diode 13 und den Widerstand 14 geladen. Wenn der bewegliche Kontakt 8a mit dem anderen festen Kontakt 10 verbunden ist, wird die in dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung entladen, so daß ein Gleichstrom durch die Hauptwicklung 11 des Motors 6 fließen und ein Wirbelstrom an dem Rotor (nicht gezeigt) des Motors 6 erzeugt wird. Damit wira der Motor 6 mit einer Bremskraft beaufschlagt

F i g. 3 zeigt ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen der Drehzahl des Motors 6 und dem Bremsmoment hervorgeht, das auf diesen wirkt, wenn der Hauptwicklung 11 des Motors 6 Gleichstrom zugeführt wird; in diesem Diagramm sind die Gleichspannungen 0,10,20,30 und 40 V als Parameter gewählt. Aus dem Diagramm der F i g. 3 ist ersichtlich, daß, wenn die Drehzahl des Metors 6 niedriger als 200 U/min wird, das Bremsmoment stark abnimmt Daher hat bei einem üblichen Bandgerät oder einem Plattenspieler, bei dem die Spule bzw. der Plattenteller mit einer niedrigen Geschwindigkeit von etwa 45 bis 33'/₃ U/min gedreht werden, diese mit Gleichstrom arbeitende Bremsvorrichtung keine wesentliche Bremswirkung. Wenn die Gleichspannung erhöht wird, kann ein Bremsmoment mit einer bestimmten Größe erzeugt werden. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Hauptwicklung des Motors beschädigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bremsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie auch bei niedrigen Drehzahlen des Drehkörpers eine ausreichende Bremswirkung erzielt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die beim Bremsen auf die Welle ausgeübte Zugkraft wird die Reibung der Welle in den Lagern

io

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Perhöht und dadurch eine Bremskraft ausgeübt Versuche haben gezeigt, daß die Abnutzung der Lager durch die |S. Reibung zwischen diesen und der Welle im vorliegen-

Il den Anwendungsbereich nach etwa 400 000 Bremsvor-

ig" gangen noch vernachlässigbar ist

?f Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig.4

H bis 8 beispielsweise erläutert Es zeigt

f ^ F i g. 4 eine Prinzip-Darstellung der erfindungsgemä-

'Ci ßen Bremsvorrichtung,

f| Fig.5 eine Aufsicht auf einen Wechselstrommotor

H mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung,

'§, F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der F i g. 5,

|;i F i g. 7 ein Diagramm, das die Änderung der Drehzahl

•sg eines Plattentellers in Abhängigkeit von der Zeit ja während eines Bremsvorganges zeigt

ff Fig.8 eine Aufsicht auf eine Plattenfolie, die die

>Ä gering? Abnutzung des Lagers im Laufe einer längeren Jg Benutzungsdauer zeigt

Lf Zunächst wird anhand der F i g. 4 die der Erfindung

"H zugrunde liegende Theorie erläutert. In F i g. 7 bezeichif net 17 eine Last wie einen Plattenteller, eine Spule oder % dergleichen, die gedreht wird und die an einer || Antriebswelle 18 aus magnetischem Material befestigt

|f ist Die Antriebswelle 18 ist in Gleitlagern 19 aus Metall

|f drehbar gelagert Eine Riemenscheibe 22 ist an der ϊ| Antriebswelle 18 befestigt und eine Wellenvorspante nungseinrichtung 20, die z. B. eine Wicklung hat, ist nahe Il der Welle 18 angeordnet, um die Welle 18 zusammen 'φ mit der Last 17 in Richtung des Pfeils A zu verstellen U bzw. anzuziehen. Der Vorspannungseinrichtung 20 wird ;i| z. B. von einer Gleichspannungsquelle 21 Gleichstrom

if zugeführt. Eine Riemenscheibe 23 ist an der Welle eines (* Motors 24 befestigt und ein Riemen 25 erstreckt sich

R zwischen den beiden Riemenscheiben 22 und 23, um die

i^;i Drehkraft von dem Motor 24 auf die Antriebswelle 18

ρ zu übertragen.

r Wenn der Vorspannungseinrichtung 20 Gleichstrom

i;s zugeführt wird, wird sie magnetisiert, um die Antriebs- Ψ, welle 18 in .Richtung des Pfeils A um den Zwischenraum ■ zwischen der Welle 18 und den Lagern 19 zu verstellen

;?! bzw. anzuziehen. Damit werden die Lager 19 mit einem '; i konstanten Druck durch die Welle 18 beaufschlagt Der S; Antriebswelle 18 wird auch die Bremskraft zugeführt,

die durch die Wirbelstrom- und Hystereseverluste hervorgerufen wird, die in der Antriebswelle 18 >· entgegen der Vorspannungseinrichtung 20 zusätzlich zu

der Bremskraft aufgrund der obigen Reibungskraft erzeugt werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Bremskraft infolge der Wirbelstrom- und Hystereseverluste sehr klein ist, wie später beschrieben wird. *'° \ Anhand der F i g. 5 und 5 wird nun ein erstes Beispiel der Erfindung beschrieben. Bei diesem Beispiel ist keine Vorspannungseinrichtung für die Antriebswelle 18 nahe der Welle 18 wie im Falle der Fig.4 vorgesehen, sondern die Statorwicklung eines Wechselstrommotors 24 wird als Vorspannungseinrichtung verwendet. Bei diesem Beispiel ist der Rotor 28 des Motors 24 mit der Antriebswelle 18 für die Last 17 wie einem Plattenteller integriert. Als Beispiel ist ein Plattenteller mit direktem Antrieb gezeigt. ^6Ö

Bei dem Beispiel der Fig.5 und 6 ist der Wechselstrommotor 24 ein Kurzschlußläufermotor, und die Wicklungen 27a bis 27 d, die auf Pole 26a bis 26ddes Stators 28a des Motors 24 gewickelt sind, sind in Reihe geschaltet. Um den Rotor 28 des Wechselstrommotors 24 in einer Richtung durch den Magnetfluß Φ zu verstellen bzw. anzuziehen, der z. B. zwischen den Polen 26c und 26d in F i g. 5 erzeugt wird, sind Angriffe 29c,

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45 29dan den Wicklungen 27c, 274 die auf die Pole 26c und 26d gewickelt sind, vorgesehen, und die Gleichspannungsquelle 21 ist zwischen die Abgriffe 29c und 29d über einen Schalter SWgeschaltet

Wenn bei diesem Wechselstrommotor mit einer Bremsvorrichtung der Erfindung der Schalter SW geschlossen wird, um den Statorwicldungen 27c und 27d von der Gleichspannungsquelle 21 einen Gleichstrom zuzuführen, werden die Pole 26c und 2Sd magnetisiert und ein Magnetfluß Φ wird zwischen diesen erzeugt wie F i g. 5 zeigt Daher werden der Rotor 28 und die Welle 18, die mit dem Rotor 28 einstückig ausgebildet und an der die Last 17 wie ein Plattenteller befestigt ist durch den Magnetfluß Φ ζ. B. gegen den Pol 26c angezogen. Die Welle 18 wird somit um eine Größe gegen den Pol 26c bewegt die dem Abstand zwischen der Welle 18 und den Lagern 19 entspricht so daß durch die Reibung zwischen diesen ein Druck auf die Lager 19 ausgeübt wird.

Bei dem Beispiel der Fi g. 5 unci-ό wurde experimentell festgestellt daß, wenn die Welle 18 aus rostfreiem Stahl mit 10 Φ hergestellt wird, die an der Welle 18 befestigte Last 17 so gewählt wird, daß sie ein Trägheitsmoment von 233 kg/cm² hat, die Lager 19 ölfrei^ Lager sind, die Lagerlänge W\ des oberen Lagers 5 mm beträgt die Lagerlänge W2 des unteren Lagers 10 mm beträgt Aluminium als dünne Schicht suf die Oberseite des Rotors 28 aufgebracht wird, der aus einem Laminat aus Siliziumstahlplatten gebildet ist und den Statorwicklungen 27c und 27d von der Gleichspannungsquelle 21 ein Gleichstrom von \A zugeführt wird, der durch die Welle 18 auf das Lager 19 ausgeübte Druck etwa 1,2 kg und das Bremsmoment das dabei ausgeübt wird, etwa 400 g beträgt

Das Zeitintervall, innerhalb dem der Plattenteller nach einer Drehung mit einer konstanten Drehzahl von 33V3 U/min ohne irgendeine Bremskraft zum Stillstand gelangt, wurde gemessen und beträgt etwa 30 Sekunden, wie die Linie 32 in dem Diagramm der F i g. 7 zeigt. Dieses Zeitintervall beträgt für das Beispiel der F i g. 2, bei dem den Wicklungen des Motors 6 symmetrisch Gleichstrom zugeführt wird, etwa 10 Sekunden, wie die Linie 31 in dem Diagramm der F i g. 7 zeigt, da kein Druck auf die Lager ausgeübt wird und die Bremskraft nur durch Wirbelstrom- und Hystereseverluste erzeugt wird. Dagegen beträgt das Zeitintervall im Falle der Erfindung der F i g. 4 bis 6 etwa 2 Sekunden, wie die Linie 30 in dem Diagramm der F i g. 7 zeigt.

Die Abnutzung der Lager 19 durch die Reibung zwischen diesen und der Welle 18 bildet bei der Erfindung selbstverständlich ein Problem. Nach 400 000 Experimenten, bei denen ein Plattenteller mit einer Drehzahl von 300 U/min 12 Sekunden lang gedreht und dann mit einer Bremskraft in Form einer Anziehungskraft von 1,2 Kg 4 Sekunden lang beaufschlagt wird, was 36mal dem Vorgang entspricht, daß der Plattenteller mit einer Geschwindigkeit von 33V3 U/min einmal gebremst wird, zeigten die Lager nahezu keine Abnutzung, wie aus F i g. 8 hervorgeht und es ist somit sichergestellt, daß die Bremsvorrichtung der Erfindung in der Praxis gut verwendbar ist.

Man kann nun die Innenbohrung des Lagers 19 vor und nach diesem Experiment mit einem Mikrometer abtasten und das Ausgangssignal des Mikrometers auf einem Papier 37 (vgl. Fig.8) bzw. einer Folie aufzeichnen. Hierbei beträgt ein radialer Teilstrich jeweils 1 μ. 38 ist zum Vergleich ein exakter Kreis, 39 ist die durch das Mikrometer vor dem Experiment

abgetastete Innenbohrung des Lagers 19 und 40 eine Abtastung der Innenbohrung nach 400 000 Experimenten. Da die Spur 40 die Spur 39 im wesentlichen überlappt, ist in Fig.8 für die Spur 40 eine Verschiebung des Aufzeichnungsstiftes um 1 μ in radialer Richtung vorgesehen. Der Pfeil A gibt die

Richtung der ausgeübten Zugkraft an.

Wie F i g. 8 erkennen läßt, beträgt die Abnutzung der Innenbohrung des Lagers 19 nach 400 000 Experimenten in Zugrichtung etwa 0,5 Mikron. Damit ergibt sich bei der praktischen Anwendung der Erfindung keinerlei Problem.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bremsvorrichtung für einen Drehkörper, der an einer in Gleitlagern gelagerten Welle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Welle (18) durch eine elektromagnetische Einrichtimg (20, 27g 4 606^ im Raum zwischen den Lagern (19) in radialer Richtung eine Zugkraft ausgeübt wird.

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die WeUe (18) die Welle eines Wechselstrommotors (24) ist und daß die elektromagnetische Einrichtung eine Statorwicklung (27c, d) des Wechselstrommotors ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung eine Hilfswicklung des Wechselstrommotors ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58) für die Zufuhr eines Impuissignafs zu der elektromagnetischen Einrichtung, das durch die Induktivitätskomponente der Vorspannungseinrichtung (606,} zu einem Gleichstromsignal integriert wird.