-
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Motorbremslüfter mit Antrieb
durch einen Elektromotor mit Widerstandsläufer, der bis zum Stillstand abbremsbar
und mit einem zur Motorwelle gleichmittig angeordneten, die Drehbewegung der Motorwelle
in eine lineare Bewegung des Stößels umwandelnden Kugelschraubentrieb versehen ist.
Motorbremslüfter dieser Art sind bekannt. Sie sind jedoch vom Standpunkt der Wirkungsweise,
des Wirkungsgrades und der Lebensdauer aus gesehen unbefriedigend. Eine mangelhafte
Wirkungsweise ist schon rein optisch an der Bildung sogenannter Rattermarken auf
den Bremstrommeln oder -scheiben zu erkennen. Ursächlich für die Bildung der Rattermarken
ist das Auftreten von starken Schwingungen in der gesamten Bremsanordnung, eingeleitet
durch stoßartige Beanspruchungen, die bei früheren Ausführungen infolge des plötzlichen
Anlaufes des Motors des Bremslüftgerätes einerseits, des ebenso plötzlichen Einfallens
der Bremse unter Wirkung der Bremsfeder andererseits eintraten, ohne daß den nachteiligen
Erscheinungen dieser Art durch eine entsprechende Bauart des Gerätes begegnet werden
konnte, wenn man von unzulänglichen Bemühungen dieser Art absieht, die beispielsweise
darin bestanden, daß man Gleit- oder Rutschkupplungen zwischen der Motorwelle und
dem Kugelschraubentrieb vorsah (britische Patentschrift 503 096). Da aber das bei
derartigen Kupplungen übertragene Drehmoment von der Reibungszahl, also von der
jeweiligen Beschaffenheit der Gleitflächen, der Gleitgeschwindigkeit, den auftretenden
Temperaturen und von der Art und dem Verhalten des Schmiermittels abhängig ist,
fehlt es an der Vorausberechenbarkeit exakter Bremsandruckkraftwerte, mit denen
beispielsweise im Kranbau gerechnet werden muß, um stoßfrei bestimmte Verzögerungen
verwirklichen zu können. Schwingungen sind dabei nicht nur aus den dargelegten Gründen,
sondern auch deshalb höchst unerwünscht, weil erst ihr vollständiges Abklingen die
Zeitspanne bestimmbar macht, innerhalb deren einerseits bis zum Stillstand der abzubremsenden
Teile gebremst und andererseits bis zu deren völliger Freigabe durch die Bremse
letztere gelöst werden muß. Außerdem verursachen die Schwingungen unnötigen Verschleiß
insbesondere in den Gelenken des Bremsgestänges, weiterhin vermeidbares Geräusch,
so daß es also mit Gleit- und Rutschkupplungen nicht mög'ich war und ist, die auftretenden
Aufgaben zu lösen.
-
Dagegen gelingt das dadurch, daß, ausgehend von den bekannten elektrischen
Motorbremslüftern mit Antrieb durch einen Elektromotor mit Widerstandsläufer, der
bis zum Stillstand abbremsbar und mit einem zur Motorwelle gleichmittig angeordneten,
die Drehbewegung der Motorwelle in eine lineare Bewegung des Stößels umwandelnden
Kugelschraubentrieb versehen ist, erfindungsgemäß dieser Kugelschraubentrieb ein
Kugelschraubenumlauftrieb und als Bewegungsübertragungselement der linearen Bewegung
auf das Anschlußauge des Stößels mindestens eine Dämpfungsfeder vorhanden ist.
-
Kugelschraubentriebe mit einem endlosen Kugelumlauf haben den Vorteil,
ein Klemmen der Kugeln und damit das Auftreten unnötiger Reibungsverluste in der
Endlage der Kugeln vermeiden zu können, so daß sich durch Verwirklichung dieses
ersten Teilmerkmales vorliegender Erfindung der Wirkungsgrad des Gerätes in der
erstrebten Weise wesentlich verbessern läßt. Aus den genannten Gründen sind derartige
Kugelschraubenumlauftriebe auch bereits bei Hubgeräten benutzt worden. Nicht erkannt
wurde jedoch bei früheren Vorschlägen dieser Art, daß die Anwendung eines Kugelschraubenumlauftriebes
zu einer weiteren Problemstellung Anlaß gibt, die dadurch entsteht, daß mit einer
so zu erzielenden Verbesserung des Wirkungsgrades des Gerätes eine stärkere Beanspruchung
der Geräteteile verbunden ist, die der Umwandlung der Drehbewegung des Motorläufers
in die lineare Stößelbewegung und umgekehrt dienen. Diese starke Beanspruchung führt,
wenn keine Gegenmaßnahmen dagegen getroffen werden, zu einem raschen Verschleiß
der höher beanspruchten Teile einerseits und zu einer stärkeren Einwirkung andererseits,
die bei der Linearbewegung überwunden werden muß. Denn in der gleichen Weise, wie
der Stößel dank der verbesserten Wirkung des Kugelschraubenumlauftriebes größere
Kräfte linear überträgt als vorher, überträgt er auch die Stöße mit stärkerer Wirkung
auf den Motor, die auf ihn wirksam werden. Mit einer Verbesserung des Wirkungsgrades
allein durch Verwirklichung eines endlosen Kugelumlaufes im Kugelschraubentrieb
ohne gleichzeitige Änderung der übrigen Verhältnisse würde die Verbesserung des
Wirkungsgrades nur durch eine Verkürzung der Lebensdauer des Gerätes, bedingt durch
die erwähnte stärkere Abnutzung der bei der Bewegungsumwandlung in Anspruch genommenen
Teile, erkauft werden müssen, abgesehen von der größeren Härte, mit der sich die
Kräfte auf die Hebe-und Bremsvorgänge und damit auf die beförderte Last auswirken
würden. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades ist daher nur sinnvoll im Zusammenhang
mit einer eine stärkere Beanspruchung der bewegten Teile ausgleichenden Veränderung,
deren Aufgabe es somit zu sein hat, eine zu rasche Abnutzung des Gerätes zu vermeiden
und seine Gebrauchsfähigkeit möglichst lange zu erhalten. Zur Lösung der damit gekennzeichneten
Gesamtaufgabe bedarf es daher eines weiteren, des zweiten Teilmerkmales der Erfindung,
das darin besteht, als Bewegungsübertragungselement der linearen Bewegung auf ein
Anschlußauge des Stößels mindestens eine Dämpfungsfeder vorzusehen. Derartige Dämpfungsfedern
lösen die durch Verwirklichung des ersten Lösungsmerkmales bedingte zweite Aufgabenstellung
deshalb, weil sie nicht nur die die Lebensdauer des Gerätes stark herabsetzenden
Stöße aufnehmen, so daß diese nicht weitergeleitet werden, sondern sie reduzieren
auch Schwingungen und Vibrationen mit der optischen Auswirkung der Beseitigung des
Auftretens von Rattermarken. Außerdem zeigen oszillographische Beobachtungen, daß
auf diese Weise überhaupt der Neigung des bewegten Systemes auf Annahme eines aperiodischen
Schwingungszustandes wirksam zu begegnen ist. Weiterhin erweisen aufgenommene Oszillogramme,
daß eine Verkürzung der Systemeinschwenkzeit auf mehr als ein Drittel der Zeitspanne
eintritt, die bei bekannten Ausführungen auftrat. In einem Bewegungsdiagramm, dessen
Ordinaten der Stößelbewegung beim Einfallen der Bremse in Millimetern und dessen
Abszissen der Zeit, gemessen in Millisekunden, entsprechen, zeigen die oszillographischen
Aufzeichnungen bei den Bewegungsvorgängen bekannter Bremslüfter eine bis zu vorliegender
Erfindung ungeklärt gebliebene Lüftungsbewegung der Bremsbacken, nachdem diese bereits
angelegt sind.
Auf Grund der zur Erfindung führenden Erkenntnisse
und der Auswertung der Oszillogramme konnte festgestellt werden, daß es sich um
die Auswirkung einer beim Einfallen der Bremse auftretenden überschwingung der Bremsandruckkraft
handelt, die mit den Mitteln des Standes der Technik deshalb nicht zu beseitigen
war, weil diese Überschwingung von unbeherrschbaren Faktoren, nämlich einerseits
von der Temperatur des Gerätes (Schmiermittelwiderstand) und von dem jeweils eingestellten
Stößelweg abhängt. Beide Einflußgrößen sind der unmittelbaren Einwirkungsmöglichkeit
deshalb entzogen, weil die auftretenden Temperaturen in erster Linie durch die Art
des Betriebes (Hafenanlagen, Hüttenwerke, Kräne schlechthin) bestimmt sind, weiter
von der relativen Einschaltdauer usw. abhängen, während sich der Stößelweg mit dem
Verschleiß der Bremsbacken und der verschleißbedingten Veränderung der Bremstrommel-
oder Scheibendurchmesser laufend ändert. Die gleichen oszillographischen Untersuchungen
bestätigten schließlich, daß bei erfindungsgemäß ausgebildeten Geräten weder die
erwähnte Über-Schwingung noch ein vorübergehendes Lüften der Bremsbacken nach bereits
erfolgter Anlegung derselben an den Bremsteil feststellbar waren. Damit ergab sich
erstmalig eine exakte Vorausberechenbarkeit des Verlaufes der Bremsandruckkraftwerte
mit ihren vorteilhaften Auswirkungen auf die plangerechte Gestaltung des Arbeitsprogrammes
der Maschinen und Anlagen, in denen die hier behandelten Motorbremslüfter und Stehzeuge
zur Lösung bestimmter technischer Aufgaben Anwendung finden.
-
Auf dem dem Gebiete der Motorbremslüfter verwandten Gebiet der regelbaren
Motorbremsen, insbesondere für elektrische Fördermaschinen, ist allerdings auch
bisher nicht unbemerkt geblieben, daß die schnell zu beschleunigenden und zu verzögernden,
bei der Größe der Fördermaschinen durchaus beachtlichen Massen im Bremsenantrieb
zu stoßartigen Beanspruchungen und in der Folge zu erheblichen Störungen führen,
die sich auf die Fördertrommel, das Förderseil und die Förderschalen fortpflanzen
und zu Brüchen und zu wegen der Personenbeförderung besonders gefährlichen Unfällen
Anlaß geben können. Es wurde zutreffend festgestellt, daß die bereits oben erwähnten
Gleit- und Rutschkupplungen, außerdem die ebenfalls bereits in Vorschlag gebrachten
Luftkatarakte, Federn und ähnliche Maßnahmen auch bei regelbaren Motorbremsen noch
keine Möglichkeit gaben, die auftretenden Bremskräfte von den Massenkräften der
bewegten Teile in ausreichendem Maße freihalten zu können, und daß es selbst mit
einer elektrischen Regelung des Motordrehmomentes nicht möglich ist, zu eindeutigen,
genau einstellbaren Bremskräften zu kommen, weil sich nach der dem bekannten Vorschlag
gegebenen Begründung am Ablauf der Stoßwirkung der bewegten Massen nichts ändern
läßt; es wurde daher auch nicht für möglich gehalten, den jeweils benötigten, richtigen
Wert der Bremsandruckkräfte dem Motordrehmoment entsprechend einstellen zu können.
In Verbindung mit dem Gedanken, auf der elektrischen Seite der Problemlösung durch
Wahl eines asynchronen Induktionskaskadenmotorsatzes befriedigende Verhältnisse
zu verwirklichen, wurde, um den Einfiuß der verbleibenden Massenwirkungen zu mildern
und Stoßwirkungen auf das Gestänge wie Trommeln, Seil usw. zu vermeiden, auf der
mechanischen Seite wieder Zuflucht zu dem als bekannt hingestellten Mittel genommen,
zwischen Bremsmotor und Gestänge eine Feder anzuordnen, deren Abmessungen dahin
bestimmt werden, den Arbeitsinhalt der durch Auswirkung des Drehmomentes des Induktionskaskadenmotorsatzes
gespannten Feder in gleicher Höhe zu halten wie die Massenwucht der umlaufenden
Massen des Motors (deutsche Patentschrift 323 440). Mit anderen Worten, nach dem
bekanntgewordenen Vorschlag soll mittels Auswirkung des in der gespannten Feder
gespeicherten Arbeitsvermögens dem Massenstoß entgegengewirkt und letzterer auf
diese Weise abgebaut werden. Das scheitert aber bereits an den unbekannten Größen
der jeweils auftretenden Massenwucht, da diese, wie oben angeführt, von urbeherrschbaren,
nach eigenen Gesetzen veränderlichen Einfiußgrößen abhängt. Auch führt die Verwirklichung
des Vorschlages zu einem größeren Raumbedarf durch große Federkraftstärken und lange
Federwege; der Aufwand an elektrischen und mechanischen Mitteln wie Parallelführungen,
Gleitkulissen und -traversen ist untragbar hoch. Schließlich ließen sich derart
sperrige Teile innerhalb der baulich sehr gedrängt auszuführenden, teilweise unter
Tage benutzten Bremslüfter weder unterbringen noch als Bewegungsübertragungselement
der linearen Bewegung auf ein Anseblußauge des Stößels ausbilden. Die bei der bekannten
Motorbremse benutzte Feder weist außerdem keine dämpfenden Eigenschaften auf.
-
Einfache Möglichkeiten zur Verwirklichung des zweiten Teilmerkmales
des Erfindungsgedankens bestehen beispielsweise darin, Gehäuse- und Stößelanschlußaugen
mit Gummifederbuchsen auszufüttern. Derartige Buchsen sind an sich bekannt und auch
im Hebezeugbau hat man von ihnen Gebrauch gemacht, um Gelenklager starker Abnutzung
von Erschütterungen freizuhalten oder Vibrationen zu dämpfen.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Unterbringung einer Dämpfungsfeder ergibt
sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Stößel in Längserstrekkung
geteilt ist und die unverdrehbar zueinander gehaltenen Teile in Längsrichtung aufeinander
zu und voneinander weg entgegen der Gegenwirkung mindestens einer @Dämpfungsfeder
axial beweglich sind. Diese Ausbildung kann auch in Verbindung mit den mit Gummifederbuchsen
ausgefütterten Anschlußaugen angewandt werden.
-
Als Dämpfungsfedern stehen Teller-, Ring-, Gummifedern oder andere
Mittel ähnlich hohen Dämpfungsvermögens dem Fachmann auf Grund des Standes der Technik
wahlweise zur Verfügung.
-
Ist die Federgegenkraft einer Dämpfungsfeder um 20 % größer als die
Federkraft der Bremsfeder des Motorbremslüfters, so tritt eine ausreichende Sicherung
der Wirkungsweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen deshalb ein, weil
die Federkraft der Bremsfeder des Motorbremslüfters den Grenzwert bestimmt, den
Stoßkräfte, könnten sie auftreten, äußerstenfalls beim Anlegen der Bremsbacken an
die Bremstrommel oder -Scheibe annehmen würden. Eine gleichartige Sicherung der
Wirkungsweise der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der durch Umwandlung des Motordrehmomentes
erzeugte Axialschub um 20 % größer ist als die Federgegenkraft der Bremsfeder des
Motorbremslüfters, da dann in jedem Falle dafür gesorgt ist, daß die Bremsfeder
während der Durchführung der Lüftungsbewegung
so gespannt wird,
daß sie in der Lage ist, die von ihr verlangte Bremsleistung herzugeben.
-
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter elektrischer
Motorbremslüfter beispielsweise veranschaulicht.
-
Mit 1 ist ein außerhalb des Elektromotors 2 liegender Teil der Motorwelle
bezeichnet. Der Elektromotor 2 weist einen Widerstandsläufer auf, der bis zum Stillstand
abbremsbar ist, so daß ein sogenannter Stillstandsmotor als Antrieb dient, wobei
der Läufer des Motors 2 über die Flanschkupplung 3 an den zweigängigen Mutterkörper
4 eines Kugelschraubenumlauftriebes 6 angeschlossen ist, dessen Spindel mit 5 bezeichnet
ist. An die Stelle der veranschaulichten Kugeln könnten auch abweichend gestaltete
Wälzkörper treten. Der an den Spindelteil mit Kugelumlaufgewinde angesetzte Spindelabschnitt
7 weist einen polygonalen Querschnitt auf, so daß der Spindelabschnitt 7 trotz axialer
Beweglichkeit drehfest mit dem von ihm durchsetzten Deckelstück 8 verbunden ist.
Der Spindelabschnitt 7 geht schließlich in den Abschlußzapfen 9 über, wobei an eine
am Spindelende angeordnete Mutter und Gegenmutter 10 zur Festlegung eines oberen
Tellerfederpaketes 12, einer Trennscheibe 11 und eines weiteren, unteren Tellerfederpaketes
12 dienen. Das Deckelstück 8 ist an einem topfförmigen Widerlager 13 für die als
Schraubenfeder ausgebildete Bremsfeder 14 des Motorbremslüfters festgelegt. Zwischen
den Teilen 8 und 13 ist die Hülse 15 eingespannt, die gegen das Gehäuse 16 unverdrehbar,
aber axial verschieblich ist. Die Hülse 15 weist das Innengewinde 17 auf. Im Eingriff
mit diesem Gewinde steht das Außengewinde eines mit der Hülse 15 zum Stößel des
Motorbremslüfters gehörigen Stößelteiles 18, dessen Lage gegen die Hülse durch die
Gegenmutter 19 gesichert ist und der in ein Anschlußauge 20 übergeht. Weitere, gegenüberliegende
Anschlußaugen des Motorgehäuses sind mit 21 bezeichnet. Sowohl die Augen 20 als
auch 21 sind mit Gummifederbuchsen 22 ausgefüttert.
-
Der Motor 2 besitzt beispielsweise eine Drehzahl von 1000 UpM. Weist
die Spindel 5 eine Steigung von 3 zu 1 auf, so entspricht das einer linearen Stößelgeschwindigkeit
von 160 mm/sec; sie nimmt den Wert von 240 mm/sec an, wenn die Umdrehungszahl des
Motors 1400 UpM beträgt. Derartige Stößelgeschwindigkeiten sind unabhängig von der
Stößelbelastung und damit konstant.
-
Bei der beschriebenen Auslegung des Kugelschraubenumlauftriebes wird
ein Wirkungsgrad von etwa 0_9 erzielt.