DEVICE FOR BRAKING ELECTRIC MOTORS

Abstract: 1. Device for braking electric motors with squirrel-cage rotors (2), with a substantially cupshaped brake body (6) which consists at least partially of magnetically soft material and which comprises at least one inclined face (16), which is directed towards an operating member rotationally fast with the squirrel-cage rotor, wherein there are arranged a brake pad (12) between the brake body (6) and a component (5) fast with the housing and a spring (11) between the brake body (6) and the squirrel-cage rotor (2) urging the brake body (6) against the brake pad (12), characterised in that as operating member for the brake body (6) there is provided at least one projection arranged on the short-circuit ring (13) of the squirrel-cage rotor (2), which projection has a wedge surface (14) which is orientated relative to the axis of the squirrel-cage rotor (2) in the same inclined position as the inclined face (16) on the brake body (6), and in that the inclined face is provided on a projection (15) of the cup-shaped brake body (6) projection towards the short-circuit ring (13), wherein the said projection (15) projects from the bottom (8) of the brake body (6) into the interior of the brake body (6).

Description: Vorrichtung zum Abbremsen von Elektromotoren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbremsen von Elektromotoren mit Kurzschlussläufern, mit einem im wesentlichen topfförmigen Bremskörper, der wenigstens teilweise aus weichmagnetischem Werkstoff besteht und der mindestens eine Schrägfläche aufweist, die einem mit dem Kurzschlussläufer drehfest verbundenen Betätigungsorgan zugekehrt ist, wobei zwischen dem Bremskörper und einem gehäusefesten Bauteil des Elektromotors ein Bremsbelag und zwischen dem Bremskörper und dem Kurzschlussläufer eine den Bremskörper gegen den Bremsbelag drückende Feder angeordnet sind. Bremsen für Elektromotoren, die dazu dienen, den Elektromotor nach dem Abschalten möglichst rasch zum Stillstand zu bringen, sind bekannt. Nachteilig bei den bekannten mechanischen Bremsen ist der Umstand, dass sie nicht im Inneren der abzubremsenden Motore integriert werden können und oft einen komplizierten Aufbau besitzen. Es sind auch elektronische Bremsen vorgeschlagen worden, die wiederum den Nachteil haben, dass sie bei Netzausfall oder vollständiger Unterbrechung des Stromkreises versagen. Bei der aus der DE-A-23 35 954 bekannten Vorrichtung für Bremsmotoren ist der Läufer mit seiner Welle ausschliesslich über einen gleichzeitig als Betätigungsorgan für die Bremse dienenden Stift gekuppelt. Diese Ausbildung setzt voraus, dass der Läufer auf der Welle axial verschiebbar sitzt. Überdies hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Ausbildung einer Bremse für Elektromotoren der Betätigungsstift an der Schrägfläche nach dem Abbremsen des Motors hängenbleibt, so dass der Läufer in der Bremsstellung zurückgehalten wird und der Motor nicht wieder anlaufen kann. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, dass das Verschieben des Läufers in die Bremsstellung bzw. das Wiederanheben des Läufers entgegen der Reibung zwischen am Läufer vorgesehenen Armen und Nuten an einer Scheibe, in welche die Arme eingreifen, verschoben werden muss. Nachteilig bei der aus der DE-A-23 35 954 bekannten Anordnung ist schliesslich, dass beim Betätigen und beim Lösen der Bremse der gesamte Kurzschlussläufer mit seiner grossen Masse verschoben werden muss. Aus all diesen Gründen ist die aus der DE-A-23 35 954 bekannte Vorrichtung zum Abbremsen von Elektromotoren nachteilig und arbeitet nur träge. Aus der DE-A-30 36 091 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 bekannt. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist einmal, dass eine grosse Anzahl von Bauteilen, nämlich ein topfförmiges Bremsorgan, eine in diesem verschiebbar geführte Beätigungsscheibe mit Schrägflächen, eine Druckfeder zwischen der Betätigungsscheibe und dem Topfboden, ein Ver schlussdeckel für den Bremskörper, der-mit diesem durch vier Befestigungsorgane zu verbinden ist, ein Betätigungsbolzen, und eine weitere Druckfeder im Motor untergebracht werden müssen. Ein weiterer Nachteil der aus der DE-A-30 36 091 bekannten Vorrichtung besteht darin, dass zur Betätigung der Bremse der durch die Welle des Kurzschlussläufers gesteckte Betätigungsbolzen mit Schrägflächen zusammenwirkt. Es ergeben sich dadurch die bereits im Zusammenhang mit der DE-A-23 35 954 geschilderten Nachteile. Schliesslich besteht ein Nachteil noch darin, dass die Bremsfläche und somit die Bremsbeläge von der Achse des Kurzschlussläufers einen erheblich grösseren Abstand aufweisen als die Betätigungsorgane (Betätigungsstift und Schrägflächen). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste, mechanische Auslaufbremse anzugeben, die unabhängig von auftretenden Netzschwankungen oder Belastungszuständen des Motors funktioniert und die problemlos in den Motor integriert werden kann. Erfindungsgemäss wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, dass als Betätigungsorgan für den Bremskörper wenigstens ein am Kurzschlussring des Kurzschlussläufers angeordneter Vorsprung vorgesehen ist, der eine Keilfläche aufweist, die zur Achse des Kurzschlussläufers in der gleichen Schräglage wie die Schrägfläche am Bremskörper ausgerichtet ist, dass die Schrägfläche an einem vom Boden des topfförmigen Bremskörpers in das Innere des Bremskörpers ragenden Vorsprung vorgesehen ist und dass der Bremsbelag von der Achse des Kurzschlussläufers im wesentlichen den gleichen Radialabstand besitzt wie die Keilfläche und die Schrägfläche. Die erfindungsgemässe Auslaufbremse wird beim Einschalten des Motors dadurch gelüftet, dass der Bremskörper vornehm- lich durch das entstehende Streufeld des Stators und zusätzlich durch jenes des mit einer Kurzschlussläuferwicklung ausgerüsteten Rotors des Asynchronmotors achsial angezogen wird und somit nicht gegen den Bremsbelag drückt. Beim Abschalten des Motors, in gleicher Weise bei völligem Netzausfall, wird der Bremskörper von der Druckfeder vom Rotor weggedrückt und es entsteht Reibung zwischen dem Bremskörper, dem Bremsbelag und dem gehäusefesten Bauteil, gegen welche der Bremsbelag anliegt. Durch diese Reibungskraft wird der Bremskörper zufolge der aufeinander einwirkenden Keil- und Schrägflächen zusätzlich vom Rotor weggedrückt und die Bremskraft erhöht. Durch gezielte Wahl der Neigung der Keilflächen und sinngemäss der Schräg flächen kann die beim Abschalten des Motors entstehende Bremskraft den jeweils gegebenen Verhältnissen angepasst werden. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können beispielsweise Rasenmähermotoren in nur 2 bis 3 Sekunden bis zum völligen Stillstand abgebremst werden. Dieser Zeitwert liegt weit unter dem allgemein geforderten Wert von 5 Sekunden. Vorteile der erfindungsgemässen Ausbildung gegenüber dem Stand der Technik liegen einmal in der geringen Anzahl der benötigten Bauteile, überdies ist es bei der erfindungsgemässen Vorrichtung nicht mehr notwendig, mit der Welle des Kurzschlussläufers Stifte od. dgl. Betätigungsorgane zu verbinden, sondern die Betätigungsorgane für die Bremse sind unmittelbar am Kurzschlussring des Kurzschlussläufers vorgesehen und können bevorzugt mit diesem einstückig ausgebildet sein. Dadurch, dass bei der erfindungsgemässen Vorrichtung Schrägflächen und Keilflächen, statt wie beim Stand der Technik Schrägflächen mit Betätigungsstiften, zusammenwirken, besteht auch keine Gefahr, dass sich die Betätigungsorgane mit dem Bremskörper verklemmen. Die erfindungsgemässe Ausbildung gestattet es weiters, bei der erfindungsgemässen Vorrichtung den Radialabstand der Bremsflächen im wesentlichen gleich gross zu wählen wie den Abstand der Betätigungsflächen von der Achse des Kurzschlussläufers, so dass sich günstigere Hebelverhältnisse ergeben als bei den bekannten Vorrichtungen. Die erfindungsgemässe Ausführungsform der Bremsvorrichtung zeichnet sich durch besondere Robustheit und weitgehende Verschleissfreiheit der Gleitflächen aus, so dass der Werkstoff des Kurzschlussringes ohne Nachteil gleichzeitig als Gleitpartner im Bereich der Schrägflächen dienen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl die Keilfläche als auch die Schrägfläche gegenüber einer zur Drehachse des Kurzschlussläufers senkrechten Ebene und gegenüber einer durch die Achse des Kurzschlussläufers gehenden Ebene geneigt ist. Dadurch wird das Ansprechen der Bremse verbessert. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist von der Drehrichtung des Rotors unabhängig, wenn am Kurzschlussring wenigstens ein Paar einander gegenüberliegender Keilflächen und am Bremskörper wenigstens ein zwischen die Keilflächen eingreifender, zwei Schrägflächen aufweisender Vorsprung vorgesehen ist. Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bremsbelag als gegebenenfalls, wie an sich bekannt, einoder mehrfach unterteilter Ring ausgebildet ist, der in eine gegebenenfalls unterbrochene Nut in einem gehäusefesten Bauteil des Elektromotors oder im Bremskörper eingesetzt ist. In Weiterbildung dieser Ausführungsform kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass die Tiefe der Nut grösser ist als der Lüftungshub des Bremskörpers und dass die Dicke des Bremsbelages grösser ist als die Tiefe der Nut. Bei dieser Ausführungsform genügt es, wenn die Bremsbelagteile, die beispielsweise eine nierenförmige Umrissform besitzen, in die Nuten im Bremskörper oder im feststehenden Gehäuseteil, z.B. einem Lagerschild des Motors, eingelegt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der am Bremskörper vorgesehene Vorsprung sowohl von dem Boden als auch von der Wand des Bremskörpers ausgehend in das Innere des Bremskörpers ragt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für im Sinterverfahren hergestellte Bremskörper. Im Rahmen der Erfindung kann der am Bremskörper vorgesehene Vorsprung aus dem Bremskörper hochgepresst sein. Diese Ausführungsform eignet sich bevorzugt für im Tiefziehverfahren hergestellte topfförmige Bremskörper. Normalerweise wird der ringförmige Bremskörper mit etwas Spiel über der Welle des Kurzschlussläufers sitzen. Es ist aber auch eine Ausführungsform denkbar, bei der in der Mitte des Topfes eine mit Gleitsitz über die Welle des Kurzschlussläufers gesteckte Hülse vorgesehen ist. Hiebei kann vorgesehen sein, dass die den Bremskörper belastende Feder über die Hülse gesteckt ist. Dadurch wird eine noch exaktere Führung des Bremskörpers erreicht. Der Lüftungshub des Bremskörpers kann bei der erfindungsgemässen Vorrichtung besonders einfach dadurch begrenzt werden, dass die im wesentlichen zylindermantelförmige Wand des Bremskörpers den die Keilfläche tragenden Vorsprung übergreifend bis vor die zugekehrte Stirnfläche des Kurzschlussläufers ragt, wobei der freie Rand der Wand abgeschrägt ist und einer entsprechend abgeschrägten Kante der Stirnfläche des Kurzschlussläufers gegenüberliegt. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiele. Es zeigt Figur 1 im Schnitt einen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgerüsteten Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer, Figur 2 den Kurzschlussläufer des Motors aus Figur 1 in Schrägansicht, Figur 3 in Schrägansicht einen topfförmigen Bremskörper, Figur 4, 5 und 6 eine weitere Ausführungsform eines Bremskörpers, Figur 7 und 8 einen aus Blech gepressten Bremskörper, Figur 9 eine Variante der Anordnung des Bremsbelages im Lagerschild des Motors, Figur 10 eine Ausführungsform mit einem als Blechteil ausgebildeten Lagerschild und Figur 11 einen Motor mit einem aus Blech geprägten Lagerschild. Der in Figur 1 gezeigte Asynchron-Kurzschlussläufermotor besteht aus einem Stator 1 und einem als Kurzschlussläufer ausgebildeten Rotor 2, dessen Welle in Lagerschilden 4 und 5 drehbar gelagert ist. Über das in Figur 1 rechte Ende der Welle 3 ist ein Bremskörper 6 gesteckt. Der im wesentlichen ringförmige Bremskörper 6 besitzt eine Hülse 7, die mit Gleitsitz auf der Welle 3 sitzt, einen Boden 8 und eine Wand 9, die bis unmittelbar vor die zugekehrte Stirnfläche des Rotors 2 ragt. Wie aus Figur 1 weiteres ersichtlich, ist sowohl das freie, dem Rotor 2 zugekehrte Ende der Wand 9 als auch die zugekehrte Kante des Rotors 2 abgeschrägt. Über die Hülse 7, die mit Gleitsitz auf der Welle 3 sitzt, ist eine Schraubenfeder 11 gesteckt, die den Bremskörper 6 vom Rotor weg gegen einen Bremsbelag 12 drückt. Der Bremsbelag 12 kann ein durchgehender Ring sein, der in eine entsprechende Nut des Lagerschildes 5 eingesetzt ist. Eine zur Anordnung nach Figur 1 alternative Ausführungsform ist in Figur 9 gezeigt. Es ist aber auch möglich, den Bremsbelag 12, ganz gleich, ob dieser ein durchgehender Ring ist oder in mehrere Ringsegmente unterteilt ist, statt im gehäusefesten Lagerschild 5 des Motors auch im Bremskörper 6 vorzusehen. In diesem Fall weist der Bremskörper 6 in den Zeichnungen nicht gezeigte, ring förmige oder teilringförinige Nuten auf. Wenn der Lüftungshub des Bremskörpers 6 kleiner ist als die Stärke des Bremsbelages 12, dann genügt es, diesen in die ihn aufnehmende Nut des Lagerschildes 5 oder des Bremskörpers 6 einfach einzulegen. Diese Ausbildung, die ohne Festkleben der Bremsbelagteile auskommt, gestattet ein besonders einfaches Auswechseln der Bremsbeläge. Wie insbesondere Figur 2 zeigt, sind am Kurzschlussring 13 des als Kurzschlussläufer ausgebildeten Rotors 2 Keilflächen 14 vorgesehen. Wie ebenfalls aus Figur 2 ersichtlich, liegen die Keilflächen 14 einander paarweise gegenüber und sind sowohl gegenüber einer zur Drehachse des Rotors 2 senkrechten Ebene als auch gegen über einer durch die Achse der Welle 3 gehenden Ebene geneigt. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass am Bremskörper 6 zwischen die Keilflächen 14 am Kurzschlussring 13 eingreifende Vorsprünge 15 mit Schrägflächen 16 vorgesehen sind. Eine andere Ausführungsform des Bremskörpers ist in den Figuren 4 bis 6 gezeigt, wobei dort der Bremskörper aus Sinterwerkstoff besteht. Auch hier besitzt der Bremskörper 6 Vorsprünge 15 mit Schrägflächen 16. Eine dritte Ausführungsform des Bremskörpers zeigen die Figuren 7 und 8. Bei dieser Ausführungsform ist der Bremskörper 6 aus Blech gepresst und im wesentlichen topfförmig ausgebildet. Es ist ersichtlich, dass die die Schrägflächen 16 aufweisenden Vorsprünge 15 aus dem Boden 8 des topfförmigen Bremskörpers 6 hochgepresst sind. Obwohl in den gezeigten Ausführungsbeispielen mehrere Keilflächen 14 und dementsprechend mehrere Schrägflächen 16 vorgesehen sind, sind auch Ausführungsformen mit weniger oder mehr als vier Schrägflächen 16 denkbar. Des weiteren ist es gleichgültig, auf welcher Seite des Rotors 2 die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Abbremsen vorgesehen ist. Es kann somit die in Figur 1 rechts vom Rotor liegende Vorrichtung genauso an der linken Seite des in Figur 1 gezeigten Motors oder an beiden Seiten angeordnet sein. Gemäss einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform kann der Bremskörper als Ringscheibe ausgebildet sein, wobei über den Kurzschlussring 13, der die Keilflächen 14 trägt, ein Ring gesteckt ist, dessen axiale Abmessung grösser ist als die Höhe der Keilflächen. Der Ring kann auch auf den Kurzschlussring 13 aufgeschrumpft sein. Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet wie folgt: Sobald der Motor eingeschaltet wird, wird der aus magnetisch leitendem Werkstoff bestehende Bremskörper 6 vorwiegend vom Streufeld des Stators 1 gegen den Rotor gezogen, bis das freie Ende der Wand 9 des Bremskörpers 6 gegen die Stirnfläche 10 des Rotors anliegt. Dabei wird die Druckfeder 11 etwas zusammengedrückt und die Bremse ist gelüftet. Auch bei Leerlauf des Motors, wenn der Rotor also nahezu synchron läuft, genügt das Streufeld, den Bremskörter 6 anzuziehen und die Bremse zu lüften, weil die Druckfeder 11 gerade so stark dimensioniert sein braucht, dass sie nach dem Abschalten des Motors den Bremskörper 6 vom Rotor weg drücken kann. Sobald der Bremskörper 6 vom Rotor 2 weggedrückt wird, entsteht zwischen Bremskörper 6, Bremsbelag 12 und dem gehäusefesten Teil, z.B. dem Lagerschild 5, eine Bremskraft, die zur Folge hat, dass sich der Bremskörper 6 gegenüber dem Rotor 2 verdreht und die Schrägflächen 16 des Bremskörpers auf den Keilflächen 14 des Kurzschlussringes 13 auflaufen, wodurch die Bremskraft weiter erhöht wird. Diese weitere Erhöhung der Bremskraft erfolgt vollständig unabhängig von der Stärke der Druckfeder 11 und hat zur Folge, dass der Rotor 2 innerhalb kürzester Zeit abgebremst wird. Dabei kann die Abbremszeit durch Verändern der Neigung der bremsverstärkenden Keil- bzw. Schrägflächen dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden, wobei flacher ausgebildete Keil- und Schrägflächen eine stärkere Bremskraft zur Folge haben. Damit der Bremskörper 6 vom Streufeld zum Rotor 2 hin gezogen und damit die Bremse gelüftet werden kann, muss der Bremskörper 6 mindestens teilweise aus magnetisch leitendem Werkstoff bestehen oder mit einem Teil mit magnetisch leitendem Werkstoff verbunden sein. Die Erfindung kann auch bei Motoren verwirklicht werden, deren Lagerschilde aus einem Blechpressteil bestehen. Ein derartiges Lagerschild 5 zeigt Figur 10, bei dem der Bremsbelag 12 durch Nieten 17 befestigt ist. Es ist aber durchaus möglich, den Bremsbelag 12 durch Kleben zu befestigen und/oder, wie in Figur 11 gezeigt, innerhalb von Haltezungen 18 einzulegen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Abbremsen kann überall dort angewendet werden, wo mit einem Asynchronmotor ausgerüstete Geräte aus Sicherheitsgründen nach dem Abschalten rasch zum Stillstand kommen sollen. Dies ist beispielsweise bei Rasenmähern, Häckslern, Kreissägen u. dgl. der Fall. Bei zweipoligen Motoren (etwa 3000 U/min) haben die Keilflächen und die Schrägflächen etwa den gleichen Radialabstand von der Drehachse des Kurzschlussläufers wie der Bremsbelag. Bei grösseren Kurzschlussringabmessungen, in der Regel bei höherpoligen Motoren, bei welchen die gleichen mechanischen Elemente (z.B. Lagerschild) verwendet werden, kann der Radialabstand des Bremsbelages auch kleiner sein als der der Keilflächen und Schrägflächen.

Claims: 1. Device for braking electric motors with squirrel-cage rotors (2), with a substantially cup-shaped brake body (6) which consists at least partially of magnetically soft material and which has at least one inclined face (16), which faces a flat wedge surface (14) provided on the short-circuit ring (13) and orientated obliquely with respect to the axis of the squirrel-cage rotor (2), wherein the inclined face (16) is provided on a projection (15) of the cup-shaped brake body (6) projecting towards the short-circuit ring (13) into the interior of the brake body (6) from the bottom (8) of the brake body (6), and wherein a brake pad (12) is arranged between the brake body (6) and a component (5) fast with the housing of the electric motor and a compression spring (11) is arranged between the brake body (6) and the squirrel-cage rotor (2), characterized in that the spring (11) presses the brake body (6) directly against the brake pad (12), in that the wedge surface (14) is provided on a projection arranged on the short-circuit ring (13) of the squirrel-cage rotor (2), in that the inclined face (16) is flat and orientated at the same obliqueness to the axis of the squirrel-cage rotor (2) as the wedge surface (14) on the short-circuit ring (13), and in that the inclined face (16) and the wedge surface (14) are inclined relative to the bottom (8) and the wall (9) of the brake body (6). 2. Device according to claim 1, characterized in that the brake pad (12) has substantially the same radial spacing from the axis of the squirrel-cage rotor (2) as the wedge surface (14) and the inclined face (16). 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that there are provided at least one pair of opposed wedge surfaces (14) on the short-circuit ring and, on the brake body, at least one projection (15) engaging between the wedge surfaces (14) and having two inclined faces (16). 4. Device according to any of claims 1 to 3, characterized in that the brake pad (12) is formed, as desired, as known per se, as a unitary or multiply divided ring which is set into a groove, interrupted if desired, in a component (5) of the electric motor fast with the housing or in the brake body (6). 5. Device according to claim 4, characterized in that the depth of the groove is greater than the clearance stroke of the brake body (6) and in that the thickness of the brake pad (12) is greater than the depth of the groove. 6. Device according to any claims 1 to 5, characterized in that the projection (15) provided on the brake body (6) projects into the interior of the brake body (6) both from the bottom (8) and also from the wall (9) of the brake body (6). 7. Device according to any of claims 1 to 5, characterized in that the projection provided on the brake body (6) is pressed up bout of the bottom of the brake body (6). 8. Device according to any of claims 1 to 7, characterized in that there is provided in the centre of the brake body (6) a bush (7) fitted slidingly in the shaft (3) of the squirrel-cage rotor (2). 9. Device according to claim 8, characterized in that the spring (11) provided between the brake body (6) and the squirrel-cage rotor (2) is fitted over the bush (7). 10. Device according to any of claims 1 to 9, characterized in that the substantially cylindrical formed peripheral wall (9) of the brake body (6) engaging over the projection carrying the wedge surface (14) projects up to the opposed end surface (10) of the squirrel-cage rotor (2), the free edge of the wall (9) being bevelled and opposed to a correspondingly bevelled edge of the end surface (10) of the squirrel-cage rotor (2).

Inventors: OTT, JOSEF
Applicants: AUSTRIA ANTRIEBSTECHNIK G. BAUKNECHT AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H02K7
IPC codes: F16D55, F16D65, F16D59, H02K7