DE4338557C1 - Elektromotor mit axial verschiebbarem Rotor, insbesondere Verschiebeläuferbremsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit axial verschiebbarem Rotor, insbesondere einen Verschiebeläuferbremsmotor, und mit einer an einer Stirnseite des Motors angeordneten, mit einem gegen eine Bremsfläche am Lagerschild andrückbaren Bremsbelag des Rotors sowie mit einer Verstelleinrichtung für die Bremsfläche.

Der vorstehend bezeichnete Elektromotor ist bekannt (EP-A1-0 035 717). Diese bekannte Bauweise sieht vor, den Lagerschild axial verstellbar am Gehäuse anzuschrauben und mittels einer Arretiervorrichtung in unterschiedlichen Drehstellungen festzustellen. Damit soll die Bremse entsprechend dem unvermeidlichen Belagverschleiß des Bremsbelages während der Betriebszeit nachgestellt werden. Obwohl die bekannte Gestaltung die Zusammenhänge zwischen magnetischer Zugkraft, dem Einsatz stärkerer Bremsfedern und ein damit verbundenes höheres Bremsmoment und die Probleme des Luftspaltes zwischen dem konischen Stator und dem konischen Rotor erwähnt, ist außer einer Nachstellung des verschlissenen Bremsbelages kein weitergehendes Ergebnis zu erwarten.

Durch das DE-GM 18 22 573 ist ein Bremsmotor bekannt, bei dem eine bewegbare Bremshaube mit Bremsfläche vorgesehen ist. Die Bremshaube ist von einem Elektromagneten angetrieben in Motorachswellenrichtung hin- und herverstellbar.

Asynchronmotoren werden mit konisch ausgebildetem, axial verschiebbarem Rotor gebaut, um die Funktionen "antreiben und mechanisch bremsen" auf vorteilhafte Weise in einem Motor zu vereinigen. Der verschiebbare Rotor hat ohne zugeführte elektrische Energie eine stabile Ausgangsstellung, in der der mit dem Läufer verbundene Bremsbelag federbetätigt gegen eine feststehende Bremsfläche gedrückt wird. Der Luftspalt zwischen Ständer und Rotor hat dann ein größeres Maß als der Bremsluftspalt. Die zweite Stellung des Rotors, die sog. Laufstellung, wird durch Zuführen elektrischer Energie in das Ständerpaket und das dadurch erzeugte Magnetfeld zwischen Ständerpaket und Läuferpaket erreicht. Unter der Wirkung des Magnetfeldes verschiebt sich das Läuferpaket axial und schließt den Luftspalt zwischen dem Läuferpaket und dem Ständerpaket bis auf den erforderlichen Mindestluftspalt. In diesem Zustand verhält sich der Verschiebeläufer-Bremsmotor wie ein normaler Asynchronmotor.

Eine Schwachstelle des Verschiebeläufer-Bremsmotors entsteht während der Verschiebung des Läuferpakets zwischen Brems- und Laufstellung und umgekehrt. Während des Verschiebens aus der Bremsstellung verliert der Motor sein mechanisches Halte- bzw. Bremsmoment, gleichzeitig steht aber das Motormoment wegen des zu großen Luftspaltes noch nicht ausreichend zur Verfügung. Im umgekehrten Fall, beim Abschalten des Motors über das Ständerpaket, fällt das Motormoment weg, ohne daß das erforderliche Bremsmoment schon vorhanden ist. Während des Verschiebens zwischen Brems- und Laufstellung ist das Verhalten des Motors unbestimmt und nicht steuerbar. Insbesondere bei Hubantrieben macht sich dies durch eine unerwünschte Richtungsumkehr oder Lastbeschleunigung, das sog. Lastsacken, bemerkbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Elektromotor der eingangs beschriebenen Verschiebeläuferbauart so zu verbessern, daß die Nachteile durch den Verschiebeweg vermieden werden und die Vorteile des sicheren Bremsmotors erhalten bleiben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine bewegbare Bremshaube mit einer Bremsfläche gebildet ist, die koaxial zum Rotor zumindest um einen Verschiebeweg zwischen Brems- und Laufstellung des Rotors angetrieben in Motorwellenachsrichtung hin- oder herverstellbar ist. Vorteilhafterweise kann dadurch ohne Zuführung der Stellenergie die Bremsfläche als Anschlag benutzt werden, wobei dies der normalen Funktion der Verschiebeläuferbremse entspricht. Hingegen kann durch Zuführen der Stellenergie der durch die Axialverschiebung des Läuferpakets auftretende Spalt zwischen Bremsfläche und Bremshaube so weit verringert werden, daß Bremsfläche und Bremsbelg wieder zur Anlage kommen. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, daß die Bremswirkung ohne Verschiebeweg des Läuferpaktes, also unmittelbar nach Abschalten des Motors, eintritt. Für den Fall, daß auf diese Weise der Motor beim Bremsen in der Laufstellung gehalten wird, ist auch beim Wiedereinschalten kein Verschiebeweg und kein vergrößerter Motorluftspalt, der das Anlaufmoment schwächt, zu überbrücken.

Der Verschiebeläufer-Bremsmotor bekannter Bauart ist mit der nicht auflösbaren Zwangsfolge - mechanisches Bremsen - Verschieben - elektrisch ein Drehmoment bilden, oder umgekehrt, verbunden. Diese Zwangsfolge bedingt u. a. die bereits genannten Nachteile, besitzt aber den Sicherheitsvorteil, daß bei Ausfall der elektrischen Drehmomentbildung im Luftspalt des Motors durch die zwangsweise Verschiebung des Rotors die mechanische Bremse wirkt. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Elektromotors mit axial verschiebbarem Rotor und einer verstellbaren Bremsfläche erhält die sicherheitsgerichtete Eigenschaft des Verschiebeläufermotors, d. h. unabhängig von der Funktion der Stelleinrichtung für die Bremsfläche wirkt nach Unterbrechung des Motorstroms die mechanische Bremse weiterhin uneingeschränkt.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist vorgesehen, daß für die Verstellung der Bremshaube ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Verstellantrieb vorgesehen ist. Alle diese Antriebe haben den Vorteil, durch die Verstellbarkeit der Bremsfläche die mechanische Bremsung ohne eine Verschiebung des Läufers zu erreichen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Verstellantrieb für die Verstellung der Bremshaube steuerbar ist. Dadurch, daß die Einstellung der Bremsfläche unabhängig vom Motor steuerbar ist, kann der Übergang zwischen elektrischem Drehmoment und mechanischem Bremsmoment lückenlos und bei Bedarf sogar überschneidend gesteuert werden. Ein weiterer Vorteil des Elektromotors mit verstellbarer Bremsfläche besteht daher darin, durch geeignete Steuerung der Stelleinrichtung auch beim Übergang zwischen Laufstellung und Verschiebebremsstellung und umgekehrt ein mechanisches Bremsmoment ununterbrochen zur Verfügung zu stellen. Dadurch kann das erwähnte Lastsacken auch dann nicht auftreten, wenn die Gesamtanlage von der Energiequelle getrennt oder wieder eingeschaltet wird.

Die Ausrüstung eines Verschiebeläufer-Bremsmotors mit verstellbarer Bremsfläche hat auch Vorteile durch die gegenseitig unterstützende Kraftwirkung von Stelleinrichtung und Läuferaxialschub. Durch die Betätigung der Stelleinrichtung kann eine notwendige Axialbewegung des Läufers beim Einschalten unterstützt werden, um die Verschiebezeit zu verkürzen. Andererseits überwindet bei eingeschaltetem Motor der Läuferaxialschub die Kraft der Bremsfeder, so daß die Stelleinrichtung am Anfang des Verschiebeweges nur geringe Kräfte aufbringen muß. Erst bei Anlage an die Bremshaube und bei ausgeschaltetem Motor ist der volle Bremsdruck erforderlich.

Ein besonderer Anwendungsvorteil des Elektromotors mit axial verschiebbarem Rotor und mit verstellbarer Bremsfläche ergibt sich bei drehzahlveränderbaren Asynchronmotoren für Hubantriebe. Diese Antriebe müssen für Positionierzwecke meist mit Hublast beschleunigt und elektrisch positionsgenau gebremst werden. Am Ende des Bremsvorganges soll ohne Positionsveränderung vom elektrischen Motormoment auf die mechanische Bremse umgeschaltet werden. Beim Anheben der Last darf in diesen Fällen durch das Lösen der mechanischen Bremse auch kurzzeitig kein Senken eintreten. Ein diesbezüglicher Effekt wird durch die vorliegende Erfindung erreicht.

Das Lastsacken wird ferner dadurch verhindert, daß der Verstellantrieb für die Verstellung der Bremshaube zeitlich steuerbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Elektromotors besteht darin, daß der Verstellantrieb aus einer ringförmigen Elektromagnetspule besteht, die mittels über den Umfang verteilter Befestigungsschrauben an dem hinteren Lagerschild starr befestigt ist, von einem Magnetspulengehäuse umschlossen ist und mit einer Stirnseite einer Ankerplatte gegenüberliegt, daß die Ankerplatte mit der Bremshaube verbunden ist und daß die Bremshaube gegenüber dem hinteren Lagerschild axial geführt ist.

Hierbei ist vorteilhaft, daß die Ankerplatte mittels am Umfang verteilter Stehschrauben und zugehöriger Distanzbuchsen an der Bremshaube befestigt ist. Bremshaube, Stehschrauben und Ankerplatte bilden so eine gemeinsam verstellbare Einheit, deren Verstellweg genauestens bestimmbar ist.

Eine Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß die Bremshaube mittels am Umfang verteilter Gleitlagerbuchsen auf den Distanzbuchsen axial geführt ist.

Eine andere Ausgestaltung geht dahin, daß ein Vorsprung des hinteren Lagerschildes mit seiner nach hinten weisenden Stirnfläche in einem größeren Abstand einen Anschlag für die Bremshaube bildet als der Verschiebeweg zwischen Brems- und Laufstellung des Rotors ist.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht schließlich darin, daß die Distanzbuchsen mit einem Absatz ausgeführt sind, die einen rückwärtigen Anschlag für die Bremshaube bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht des Elektromotors - halb Schnitt, halb Ansicht - wobei der Schnitt axial geführt ist und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung als Ausschnitt aus dem Bremsteil des Elektromotors.

Der Elektromotor mit einem axial verschiebbaren Rotor 4a ist als Verschiebeläufer-Bremsmotor ausgeführt, kann jedoch auch einen zylindrischen Rotor 4a aufweisen, wobei dann ein zylindrisch hohles Ständerpaket 3 eingesetzt wird.

Eine Motorwelle 1 trägt eine Bremsfeder 2 und ein Rotorpaket 4 und bildet mit allen rotierenden Teilen den Rotor 4a, der mit der Motorwelle 1 in einem hinteren Lagerschild 5b (sog. B-Lagerschild) und in einem vorderen Lagerschild 5a (sog. A-Lagerschild) drehgelagert ist. Der Rotor 4a trägt außerdem einen Bremsbelag 6.

Im Normalfall eines Verschiebeläufer-Bremsmotors, der in Fig. 1 gezeichnet ist, befindet sich im bestromten Zustand der Rotor 4a in seiner Laufstellung und bildet einen (gezeichneten) Mindestluftspalt 20.

Im Fall des Stillsetzens bzw. des Stromausfalls weist der verschiebbare Rotor 4a ohne zugeführte elektrische Energie eine stabile Ausgangsstellung auf, in der der mit dem Rotor 4a verbundene Bremsbelag 6 gegen eine feststehende konische Bremsfläche 9a gedrückt wird, die beide Teil einer Bremshaube 9 sind.

Die vorliegende Erfindung setzt hierbei durch eine spezielle Verstelleinrichtung ein, um die Bremsfläche 9a verstellbar in den Motorwellenachsrichtungen 14 zu gestalten.

Die bewegbare Bremshaube 9 mit ihrer Bremsfläche 9a ist koaxial zum Rotor 4a zumindest um einen Verschiebeweg 13 zwischen Brems- und Laufstellung des Rotors 4a angetrieben in Motorwellenachsrichtung 14 hin- oder herstellbar. Für die Verstellung der Bremshaube 9 kann ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Verstellantrieb 15, je nach Größe und Leistung des Motors eingesetzt werden. Das gezeichnete Ausführungsbeispiel zeigt einen elektrischen Verstellantrieb 15. Der Verstellantrieb 15 kann in jedem Fall für die Verstellung der Bremshaube 9 elektrisch oder elektronisch gesteuert werden.

Im Ausführungsbeispiel besteht der Verstellantrieb 15 aus einer ringförmigen Elektromagnetspule 11a in einem Magnetspulengehäuse 11. Die ringförmige Elektromagnetspule 11a ist mittels über einen Umfang 16 des Motors verteilten Befestigungsschrauben 10 an dem hinteren Lagerschild 5b starr befestigt. Sie liegt mit einer Stirnseite 11b einer Ankerplatte 12 im Magnetfeld gegenüber. Die Ankerplatte 12 ist über Stehschrauben 17 mit Distanzbuchsen 17a starr mit dem Bremsteller 9b bzw. der Bremshaube 9 verbunden und bildet somit eine verstellbare Einheit. Hierbei ist die Bremshaube 9 gegenüber dem hinteren Lagerschild 5b axial geführt. Die Bremshaube 9, die die Bremsfläche 9a beinhaltet, ist mittels über den Umfang 16 des Motors verteilter Gleitlagerbuchsen 18 auf den Befestigungsschrauben 10 für die Elektromagnetspule 11a axial gleitend geführt.

Der Verschiebeweg 13 der konischen Bremsfläche 9a bis zum Bremsbelag 6 ist kleiner als die mögliche Verschiebung der Bremshaube 9 zwischen den Anschlägen 5d und 8a.

Das Magnetspulengehäuse 11 ist mittels der Befestigungsschrauben 10 und den zugehörigen Distanzbuchen 8 gehalten. Die abgestufte Distanzbuchse 8 führt Gleitlager 7, die in der Bremshaube 9 angeordnet sind.

Die Funktionsweise des Elektromotors kann nunmehr derart genutzt werden, daß der Motorstrom abgestellt wird, worauf die Bremse an der Bremsfläche 9a durch den Bremsbelag 6 einfällt. In diesem Zustand ist der Verstellantrieb 15 stromlos und die Ankerplatte 12 befindet sich (wie gezeichnet) in der üblichen Luftspaltentfernung von der Stirnseite 11b des Magnetspulengehäuses 11.

Beim Einschalten des Verstellantriebes 15 zieht die Elektromagnetspule 11a die Ankerplatte 12 an und drückt die konische Bremsfläche 9a gegen den Bremsbelag 6, wobei unabhängig davon der Bremsbelag 6 sich mit dem Rotor 4a in einer beliebigen Stellung befinden kann.

Es ist im übrigen auch möglich, sowohl die normale Verschiebeläuferbremse, d. h. den Rotor 4a in seiner Bremsstellung zu halten, als auch die Elektromagnetspule 11a zu bestromen und damit über die Ankerplatte 12 die Bremse einfallen zu lassen, als auch im unbestromten Zustand des Ständerpaketes 3 über die Ankerplatte 12 die Bremse eingeschaltet zu halten. Diese Vorteile wurden erläutert für das Lastfesthalten bzw. das Vermeiden eines Nachlaufens einer Last.

Bezugszeichenliste

 1 Motorwelle
 2 Bremsfeder
 3 Ständerpaket
 4 Rotorpaket
 4a Rotor
 5a vorderer Lagerschild
 5b hinterer Lagerschild
 5c Vorsprung
 5d Stirnfläche
 6 Bremsbelag
 7 Gleitlager
 8 Distanzbuchse
 8a rückwärtiger Anschlag
 9 Bremshaube
 9a konische Bremsfläche
10 Befestigungsschraube
11 Magnetspulengehäuse
11a Elektromagnetspule
11b Stirnseite
12 Ankerplatte
13 Verschiebeweg
14 Motorwellenachsrichtung
15 Verstellantrieb
16 Umfang des Motors
17 Stehschrauben
17a Distanzbuchsen
18 Gleitlagerbuchsen 19 Bremstellerfläche
20 Mindestluftspalt

Claims (8)

1. Elektromotor mit axial verschiebbarem Rotor, insbesondere Verschiebeläuferbremsmotor, und mit einer an einer Stirnseite des Motors angeordneten, mit einem gegen eine Bremsfläche am Lagerschild andrückbaren Bremsbelag des Rotors sowie mit einer Verstelleinrichtung für die Bremsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine bewegbare Bremshaube (9) mit einer Bremsfläche (9a) gebildet ist, die zumindest um einen Verschiebeweg (13) zwischen Brems- und Laufstellung des Rotors (4a) angetrieben in Motorwellenachsrichtung (14) hin- oder herverstellbar ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verstellung der Bremshaube (9) ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Verstellantrieb (15) vorgesehen ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb (15) für die Verstellung der Bremshaube (9) zeitlich steuerbar ist.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertellantrieb (15) aus einer ringförmigen Elektromagnetspule (11a) besteht, die mittels am Umfang (16) verteilter Befestigungsschrauben (10) an dem hinteren Lagerschild (5b) starr befestigt ist, von einem Magnetspulengehäuse (11) umschlossen ist und mit einer Stirnseite (11b) einer Ankerplatte (12) gegenüberliegt, daß die Ankerplatte (12) mit der Bremshaube (9) verbunden ist und daß die Bremshaube (9) gegenüber dem hinteren Lagerschild (5b) axial geführt ist.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (12) mittels am Umfang (16) verteilter Stehschrauben (17) und zugehöriger Distanzbuchsen (8) an der Bremshaube (9) befestigt ist.

6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremshaube (9) mittels am Umfang (16) verteilter Gleitlagerbuchsen (18) auf den Distanzbuchsen (8) axial geführt ist.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorsprung (5c) des hinteren Lagerschildes (5b) mit seiner nach hinten weisenden Stirnfläche (5d) in einem größeren Abstand einen Anschlag (19) für die Bremshaube (9) bildet als der Verschiebeweg (13) zwischen Brems- und Laufstellung des Rotors (4a) ist.

8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzbuchsen (8) mit einem Absatz ausgeführt sind, die einen rückwärtigen Anschlag (8a) für die Bremshaube (9) bilden.