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Elektromotor mit eingebauter Bremse Viele Arbeitsmaschinen, insbesondere
Hebezeug-und Werkzeugmaschinen, erfordern bei Antrieb durch Elektromotoren eine
Auslauf- bzw. Halte-oder Senkbremse. Zur Vereinfachung und Verbilligung des Antriebs
hat man vielfach die Bremse mit dem Elektromotor zu einer Einheit vereinigt. Bekannt
ist eine Bauform, bei der die Bremse im Elektromotor durch Federkraft eingeschaltet
und durch einen Elektromagneten gelöst wird, welcher durch den Rotor des Elektromotors
dargestellt wird. Dabei ist der Rotor kegelförmig ausgebildet und verschiebt sich
infolge des Motormagnetfeldes mit seiner Welle axial, wobei die Bremse gelöst wird.
Wird der Motor ausgeschaltet, so schaltet eine Feder die Bremse ein, wobei der Rotor
sich mit seiner Welle wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt, da jetzt das
Magnetfeld und damit die Schaltkraft nicht mehr vorhanden sind. Diese Motorbauart
hat den Nachteil, daß die Schaltkraft zum Lösen der Bremse von der Stellung des
Rotors relativ zum Stator abhängt. Außerdem ergibt die konische Ausbildung des Rotors,
welche zur Erzeugung einer ausreichenden Schaltkraft notwendig ist, erheblichen
Bauaufwand, ganz abgesehen davon, daB die llxialverschiebung der Welle in vielen
Fällen unerwünscht ist und besondere Lager erfordert.
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Es ist weiterhin eine Bauform bekannt, bei der die Erzeugung der Schaltkraft
für die im Motor angeordnete Bremse durch das Drehmoment des Rotors erzeugt wird.
Der Rotor sitzt dabei lose auf der Welle und verschiebt durch seine Drehung mittels
Keilflächen eine Muffe auf der Motorwelle, welche die Bremse löst. Nachdem die Bremse
gelöst
ist, überträgt der Motor über vorgesehene _Dnschläge sein
Drehmoment auf die Welle. Wird der Motor ausgeschaltet, so rückt eine Feder die
Bremse wieder ein und dreht dabei den Rotor über die erwähnte Muffe und die Keilflächen
in die Ausgangsstellung. Diese Bauform kann nur dann die Bremse voll lösen, wenn
das Drehmoment des Rotors durch die Arbeitsmaschine zu einem hohen Prozentsatz beansprucht
wird, weil nur dann die Feder, welche die Bremse einzuschalten sucht, eine wirksame
Gegenkraft erfährt. Machte man die Feder, um diesen Umstand zu verbessern, schwächer,
so verringert sich das Bremsmoment zu stark. Weiterhin tritt bei negativen Drehmomenten,
also bei Antrieb des Elektromotors von der Arbeitsmaschine her, wie das z. B. bei
Hebezeugen während des Senkvorganges der Fall ist, ein Schleifen der Bremse ein;
denn in diesem Fall wird sich der Rotor des Motors infolge der über Schrägflächen
auf ihn einwirkenden Federkraft in die Ausgangsstellung zurückdrehen, in welcher
die Bremse eingeschaltet wird. Es tritt zwar dann sofort wieder ein Lösen der Bremse
infolge des auftretenden Bremswiderstandes auf, was dann wieder ein Einschalten
der Bremse infolge Wegfalls des l,'reinswiderstandes zur Folge hat. Aber dieses
Spiel wiederholt sich während des ganzen Senkvorganges und hat eine unerwünschte
Erhitzung der Bremse und des Motors zur Folge.
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Die Erfindung beseitigt die aufgezeigten Nachteile, indem sie für
das Lösen der Bremse zwei verschiedene Kräfte ausnutzt, nämlich die axial wirkende
Kraft, welche das Magnetfeld auf einen zum Stator versetzt angeordneten Rotor ausübt,
und das Drehmoment des Rotors, welches über Keilflächen oder ähnliche Einrichtungen
in eine Axialkraft umgeformt wird. Beide Kräfte addieren sich und lösen beim Einschalten
des Motors die Bremse gegen die auf sie wirkende Federkraft. Die dabei vor sich
gehende Bewegung des Rotors ist nicht gradlinig in Axialrichtung wie bei der zuerst
erwähnten bekannten Bauform und keine reine Dreliliewegung wie beim zweiten bekannten
Beispiel, sondern eine aus beiden Bewegungen zusammengesetzte Schraubenlinie. Bei
Abschalten des Dlotors werden beide Kräfte gleich null, und die Feder rückt die
Bremse ein. Bei kleinen Drehmomenten, wo nach dem zweiten Beispiel ein Schleifen
der Bremse auftritt, bleibt bei der neuen Anordnung durch die Ausnutzung zweier
verschiedener Kräfte die Kraft zum Ausrücken der Bremse groß genug, um ein Schleifen
der Bremse zu vermeiden. Bei negativen Drehmomenten, wenn also die Arbeitsmaschine
den Elektromotor anzutreiben sucht, hält die Axialkraft, welche durch (las \lagnetfeld
auf den Rotor ausgeübt wird, die 1-lremse in ausgeschaltetem Zustand, so daß auch
dabei kein oller nur ein sehr geringes Schleifen der Bremse eintritt. Da das 1lagnetfeld
nicht, wie beim ersten bekannten Beispiel, die Kraft zum Lösen der Bremse allein
aufzubringen braucht, genügt bei (fieser neuen Anordnung die normale zylindrische
Ausbildung des Rotors, so daß seine konische Ausführung wie beim ersten bekannten
Beispiel nicht mehr notwendig ist, wenn eine Verringerung des Bauaufwandes erwünscht
ist.
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In der Abbildung ist ein Beispiel der neuen Anordnung schematisch
dargestellt. Darin bedeutet: i einen Rotor, drehbar auf der 'Motorwelle 3, 2 einen
Stator, fest im Gehäuse 6, 3 eine Motorwelle, axial durch die Lager 5 gehalten,
.I ein Lagerschild, mit Gehäuse verschraubt, 5 ein Lager der Motorwelle 3, nur für
Drehbewegung, 6 ein Gehäuse für Stator 2, mit Gegenkonus zur Konusbremse 7, 7 eine
Bremsscheibe für Konusbremse, axial verschiebbar auf der \lotor«-elle 3, in Drehrichtung
durch Gleitfeder mit Motorwelle 3 gekuppelt, 8 die Hälfte einer Sclirägzaiinkupplung,
mit Rotor i verbunden, auf der Motorwelle 3 drehbar, 9 die Gegenhälfte der Sclirägzaliiikupl>luiig,
mit der Motorwelle 3 fest verbunden. i o eine Feder zum Anpressen der Kontisbrenise,
i i einen Federteller, gleichzeitig Anschlag für die Nabe der Bremsscheibe und damit
Begrenzung der Axialverschiebung des Rotors und der Bremsscheibe.
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Ist der Motor stromlos, so drückt die Feder io die Bremsscheibe 7
in den Bremskonus 6, so daß die 'Motorwelle 3 festgehalten wird. Dabei steht der
Rotor i zum Stator -2 versetzt. Die Zähne der Schrägzahnkupplung 8, 9 liegen voll
ineinander.
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Wird der Motor eingeschaltet, wobei die Drehrichtung infolge der symmetrischen
Ausbildung der Zähne der Kupplung 8, 9 gleichgültig ist, so sucht das 'Magnetfeld
den Rotor i axial gegen die Kraft der Feder io zu verschieben, bis Rotor und Stator
nicht mehr gegeneinander versetzt sind. Gleichzeitig sucht sich der Rotor i auf
der Welle 3 infolge der Einwirkung des elektrischen Drehfeldes zu drehen. Dabei
unterstützen die Keilflächen der Zahnkupplung 8, 9 die Axialverschiebung des Rotors
i und der Bremsscheibe 7 in der gleichen Richtung. Beide Kräfte bewirken mit Sicherheit
ein Zusammendrücken der Feder io und damit ein Lösen der Bremse. Der Motor kann
sich jetzt frei drehen. Damit das Drehmoment des Rotors i auf die Welle 3 übertragen
wird, ist die Axialverschiebung von Rotor i und Bremsscheibe 7 durch Anschlag gegen
den Federteller i i so begrenzt, daß die Zahnkupplung nicht außer Eingriff kommt.
Infolgedessen übertragen die Zähne der Kupplung 8, 9 das Drehmoment des Rotors i
auf die Motorwelle 3. Wird der Motor ausgeschaltet, so wird sowohl die axial wirkende
Magnetkraft als auch das Drehmoment des Rotors gleich null. Die Kraft der Feder
io drückt die Bremsscheibe 7 und Rotor i wieder in die Ausgangsstellung zurück,
wobei die Bremse 6, 7 wirksam wird und die Motorwelle 3 festhält. Die Schrägzahnflächen
der Kupplung 8, 9 bewirken dabei eine Rückdrehung des Rotors i in seine Nullstellung.
Bei eingeschaltetem Motor und geringem Drehmoment in positiver Richtung sowie bei
negativem Drehmoment bewirkt die magnetische Axialkraft, daß die Bremse auch bei
Fortfall des Rotordrehmomentes ausgeschaltet bleibt.
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Uni die gekennzeichnete Wirkung zu erreichen,
ist,
wie die sclieniatisc!ie :\bbildung zeigt, die Bremse auf der einen Seite und die
Zahnkupplung auf der anderen Seite des Rotors angeordnet.
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Um für Einstellvorgänge oder als Notantrieb bei Wegbleiben des Stromes
den Motor von Hand drehen zu können, kann eine Einrichtung vorgesehen werden, welche
erlaubt, die Bremsscheibe von Hand axial zu verschieben und damit die Bremse zu
lösen. Dadurch entfällt die sonst notwendige lösbare Kupplung zwischen Motor und
Arbeitsmaschine.
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Bestimmte Arbeitsmaschinen verlangen, daß die Bremse nach Abschaltung
des Motors sanft einsetzt bz-,v. das Lösen der Bremse beim Einschalten des Motors
sanft erfolgt. Für solche Fälle kann ein Dämpfer für die Axialverschiebung der Bremsscheibe
vorgesehen werden.
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An Stelle der im Abbildungsbeispiel dargestellten Konusbremse kann,
ohne die Wirkungsweise zu ändern, eine andere Bremse, z. B. eine Lamellenbremse
Verwendung finden. Das gleiche gilt für die Bauform der im Abbildungsbeispiel dargestellten
Zahnkupplung; deren Wirkung kann durch Rollen, Klemmkörper, Hebel oder beliebige
andere Elemente ersetzt Nverden, die die Ableitung einer Axialkomponente aus der
Drehkraft des Rotors ermöglichen.