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Kurzschlußläufermotor mit magnetisch luftbarer Bremse Die Erfindung
bezieht sich auf einen Kurzschlußläufermotor, insbesondere Kleinstmotor, mit magnetisch
luftbarer Bremse, die aus einem eine bauliche Einheit bildenden und axial auf der
Läuferwelle gegen eine die Rückstellung im Sinne einer Bremsung bewirkenden Bremsfeder
verschiebbaren Bremsring und einem Bremsbelag kegelförmiger Gestalt besteht, wobei
bei eingeschaltetem Motor die dem Läufer zugekehrte Stirnfläche des Bremsringes
mit der ihr zugewandten Läuferstimfläche magnetisch anziehend zusammenwirkt, während
bei abgeschaltetem Motor der Bremsbelag auf der Rückseite des Bremsringes mit einer
gleichfalls kegelig gestalteten Bremsfläche auf der Innenseite des Lagerschildes
in Wirkverbindung tritt.
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Bei Kurzschlußläufermotoren der eingangs erwähnten Gattung ist es
bekannt, eine auf der Läuferwelle geführte und gegen Verdrehung gesicherte sowie
mit einem Bremsbelag versehene Metallkappe vorzusehen, die mit dem Läufer umläuft,
der beim Einschalten des Motors die Kappe - unter überwindung der Druckkraft einer
auf der Welle geführten Druckfeder - anzieht und somit die Abbremsung am Gehäuse
freigibt.
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Bei derartigen Motoren ist unabdingbare Voraussetzung, daß die magnetische
Haltekraft in jedem Falle stärker sein muß als die Bremskraft erzeugende Bremsfeder.
Vor allem bei Kleinstmotoren ist diese magnetische Haltekraft zur Halterung der
Magnetkappe an der Stirnseite des Läuferkörpers bei der Leerlaufstromaufnahme gering.
Sie sinkt zudem - bedingt durch das schwächere Streufeld - bei steigender Polzahl.
Diese Art Bremsen ergeben daher nur eine geringe Bremswirkung.
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Zur Erhöhung der Bremskraft ist dann weiterhin vorgeschlagen worden,
an Stelle der auf der Welle geführten Druckfeder sternförmig angeordnete Blatt-oder
Tellerfedern vorzusehen, bei denen in der Bremsluftstellung ein geringerer und in
der Bremsstellung ein stärkerer Feder- bzw. Bremsdruck vorhanden ist. Zur Erzielung
einer betriebssicheren Abschaltung der Magnetkappe muß jedoch die Vorspannung der
Federn bei eingeschaltetem Motor in jeder Gebrauchslage groß genug und genau eingestellt
sein.
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Für Kleinstmotoren, bei denen bekanntlich die Haltekraft bei Leerlaufstrom
besonders gering ist, eignen sich diese Federanordnungen im Hinblick auf eine rationelle
Serienfertigung jedoch nicht, weil zur Federmontage zeitraubende Justierarbeiten
unumgänglich sind. Überdies besteht bei solchen Federn der Nachteil, daß der Motor
baulich länger wird, was aber gerade bei Kleinstmotoren nicht immer in Kauf genommen
werden kann.
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Im Zusammenhang mit Elektromotoren sind weiterhin Bremsanordnungen
bekannt, bei denen die Bremsstellung über in der Nähe des Totpunkts stehende Hebelgestänge
erreicht wird. Bei derartigen in der Bremslüftstellung nicht erkennbar in einer
unmittelbaren Vortotpunktlage stehenden Bremsen sind die Kniehebel ausschließlich
in einer vom Motor getrennten Bremseinrichtung untergebracht, also nicht den bewußten
Platzverhältnissen im Motorinnern unterworfen. Sie weisen außerdem nicht die zur
Erreichung einer einwandfreien Bremslüftung (bei einer betriebsstabilen Bremse mit
Vortotpunktlage während der Lüftung) zweckmäßigen Fliehkraftgewichte an Winkelhebelarmen
des Hebelsystems auf.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kurzschlußläufermotor
ohne wesentliche Veränderung der Abmessungen mit einer magnetisch luftbaren, gegenüber
der Luftkraft mit vielfach erhöhter Bremskraft wirkenden Bremse zu schaffen, die
vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich bei Kleinstmotoren Verwendung finden kann.
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Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch, daß ein in bekannter
Weise um einen quer in der Läuferwelle sitzenden Zapfen schwenkbares Winkelhebelpaar
in seiner Bremslüftstellung in einer Vortotpunktstellung steht, indem eine durch
die Achse wenigstens einer quer zur Läuferachse gerichteten Bremsfeder und deren
Aufhängungen gelegte Ebene nahezu, jedoch nicht vollständig mit der Achse des Lagerzapfens
des aus Winkelhebeln bestehenden Hebelpaares zusammenfällt, deren in Achsrichtung
abgewinkelte Hebelarme mit Fliehgewichten versehen sind.
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Dabei empfiehlt es sich, daß die Winkelhebel im Bereich zwischen der
Läuferstirnfläche und einer Innenangriffsfläche des zumindest auf der Innenseite
etwa
stufenförmig in axialer Richtung abgesetzten Bremsringes angeordnet sind und im
Bereich ihrer Scheitelzone je eine mit der Innenangriffsfläche des Bremsringes zusammenwirkende
Stützfläche besitzen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
daß die Enden der Bremsfeder an den Achsenden je einer Lagerbuchse zur Lagerung
von die Winkelhebel-Stützflächen bildenden Rollen angreifen bzw. an diesen aufgehängt
sind und daß die mit der Läuferwelle durch einen gemeinsamen Lagerzapfen auf Mitnahme
gekuppelten Winkelhebel durch zwei jeweils außerhalb der Winkelhebelschenkel angeordnete
Bremsfedern verbunden sind.
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Schließlich sind vorteilhaft die Fliehgewichte an 'den Winkelhebelarmen
durch Schenkelverlängerungen od. dgl. dieser Arme gebildet.
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Zur Erzielung des erforderlichen magnetischen Streufeldes und einer
besseren Haltekraft für den Bremsring ist es vorteilhaft, gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung den Läuferkörper entsprechend der Motorleistung mit einer Stirnaussparung
entsprechender Axialtiefe hinter dem Kurzschlußring zu versehen, die sich radial
bis in den Bereich der Kurzschlußstäbe erstreckt.
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Die praktische Verwirklichung der Erfindung bringt eine Reihe von
entscheidenden Vorteilen mit sich. Und zwar ist es nicht mehr erforderlich, daß
die magnetische Haltekraft zur Halterung des Magnetringes an der Läuferstirnfläche
erheblich hoch sein muß, wie dies bei Verwendung einer um die Läuferachse angeordneten
Feder der Fall ist; denn hier muß bekanntlich die magnetische Haltekraft die Bremskraft
der Feder während des gesamten Motorlaufes überwinden, während bei der Anordnung
nach der Erfindung durch die Ausbildung sowie Lage der Lagerung der Winkelhebel
die Lüftkraft der die Scheitelzone beider Winkelhebel miteinander verbindenden Bremsfedern
in der Bremslüftstellung nur ganz minimal ist, weil die durch die Achsen der Federn
gelegte Ebene nahezu, jedoch nicht vollständig mit der Achse des Lagerzapfens zusammenfällt,
die mechanischen Kräfte sich also praktisch fast die Waage halten. Somit braucht
das magnetische Kraftfeld nur noch geringe Kräfte aufzubringen, um den Magnetring
in der Bremslüftstellung zu halten.
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Auf der anderen Seite werden die Winkelhebel beim Abschalten des Motors
- infolge der Fliehkraft der Gegen- bzw. Fliehgewichte - momentartig aus dieser
Bremslüftstellung herausgekippt, so daß die Bremsfedern - unterstülzt durch die
Fliehkraft -schlagartig wirksam werden können und die Bremse unverzüglich in die
Bremsstellung überführen, wobei diese Fliehkräfte die Bremskraft noch unterstützen,
so daß also eine sofortige Abbremsung erfolgen kann. Die Bremskraft übersteigt die
Haltekraft bei gelüfteter Bremse etwa um das 8- bis 10fache.
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Die Lage der Achsen des Lagerzapfens für die Winkelhebel in bezug
auf die durch die Achsen der Bremsfedern gelegte Ebene ist entscheidend für die
Vorspannung der Federn. Fallen Achse und Ebene zusammen, ist die Vorspannung gleich
Null, während man jedoch zweckmäßig eine Anordnung wählt, bei der die Ebene durch
die Federachsen etwas vor der Achse des Lagerzapfens liegt, um etwas Federvorspannung
zu erhalten.
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Bei der 2poligen Maschine treten sowohl ein stärkeres Streufeld an
der Stirnfläche des Stators zum Rotor als auch erhöhte Fliehkräfte auf. Durch den
stärkeren Kraftlinienfluß werden die erhöhten Fliehkräfte, die der magnetischen
Haltekraft entgegenwirken, in ihrem erhöhten Betrag mehr oder weniger aufgehoben.
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Um einen sicheren gelüfteten Zustand der Bremse während des Motorlaufes
zu bewirken, ist die magnetische Haltekraft stets so bemessen, daß sie selbst bei
Unterspannung mit Sicherheit noch größer ist als die ihr entgegenwirkende Axialschubkraft.
Letztere addiert sich aus einem Teilbetrag der Fliehkraft mit der aus der Vortotpunktstellung
herrührenden Axialkraft.
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Bei zunehmender Polzahl und damit verbundener Verringerung der Drehzahl
nimmt die Fliehkraft und die Stärke des Streufeldes ab. Trotzdem überwiegt auch
in diesem Fall die magnetische Haltekraft gegenüber der entgegengesetztgerichteten
Axialkraft.
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Weiterhin kann man zur Erhöhung des Bremsmomentes den Motor unter
Beibehaltung seiner Normabmessungen, wie an sich bekannt, auf beiden Seiten mit
einer Bremse nach der Erfindung ausrüsten.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten, daß sich die neue Bremsanordnung
im hervorragenden Maße gerade für Kleinstmotoren anbietet, weil der Motor in seinen
normalen Abmessungen gebaut werden kann, wobei diese Bremse selbst bei Abnutzung
des Bremsbelages bis zu einer durch die magnetische Lüftkraft gegebenen Grenze noch
im verstärkten Maße wirksam wird, indem nämlich die Federn nachziehen und nicht
- wie dies bei bekannten Ausführungen der Fall ist - schwächer werden oder erlahmen.
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Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung des in der
Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine
Schnittdarstellung einer Motorseite, wobei sich die Bremse in der Bremsstellung
befindet, F i g. 2 eine der F i g. 1. entsprechende Darstellung mit der Bremse in
der Bremslüftstellung.
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Dabei ist mit 10 ein Lagerschild bezeichnet, in dem die Läuferwelle
11 gelagert ist. Auf der Läuferwelle 11 ist der mit dem Stator 12 zusammenwirkende
Läufer 13 vorgesehen, der durch einen Kurzschlußring 14 axial begrenzt
wird. Außerdem ist auf der Läuferwelle 11 ein Bremsring 15 und ein Bremsbelag 16
vorgesehen, die mit der Welle auf Mitnahme gekuppelt und auf dieser in axialer Richtung
verschiebbar gelagert sind. Die Stirnfläche 17 des Bremsringes 15 wirkt mit der
Stirnfläche 18 des Läufers 13 magnetisch anziehend zusammen. Der Bremsbelag
16 hat kegelige Gestalt und wirkt in der Bremsstellung mit einer entsprechend
gestalteten Gege.nbremsfiäche 19 des Lagerschildes 10 zusammen.
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Zwischen der Läuferstirnfläche 18 und dem Bremsring 15, der wenigstens
auf seiner Innenseite in axialer Richtung stufenförmig abgesetzt ist, ist ein Winkelhebelgestänge
vorgesehen, das aus zwei untereinander gleichen Winkelhebeln 20, 21 und zwei
Bremsfedern 22 besteht, wobei die Winkelhebel mit ihren Schenkeln 20 auf
einem gemeinsamen, die Läuferachse 11 in Querrichtung durchdringenden Lagerzapfen
23 gelagert sind, während ihr jeweiliger Gegenschenkel 21 als Gegen- bzw. Fliehgewicht
ausgeführt ist und eine ballige Stirnfläche 24 besitzt. Die ebenfalls quer zur Läuferwelle
11 verlaufenden Bremsfedern 22 greifen an den Winkelhebeln 20, 21
etwa
in der Scheitelzone an, und zwar zweckmäßig
an den Enden je einer
Lagerachse 25, auf denen je eine sich an einer Innenangriffsfläche 26 des Bremsringes
abstützende Rolle 27 gelagert ist. Dabei ist die Lage des Lagerzapfens 23 so vorgesehen,
daß das Winkelhebelgestänge in seiner Bremslüftstellung - F i g. 2 - eine Vortotpunktstellung
einnimmt, indem nämlich eine durch die Achsen der Federn 22 gelegte Ebene nahezu,
jedoch nicht vollständig mit der Achse des Lagerzapfens zusammenfällt, so daß praktisch
eine geringe Vorspannung der Federn 22 in der Bremslüftstellung erreicht wird.
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Zur Erzielung einer besseren Zug- und Haltekraft für den Bremsring
erhält der Läuferkörper entsprechend der Motorleistung hinter dem Kurzschlußring
14 eine Stirnaussparung 28, die sich radial bis in den Bereich der Kurzschlußstäbe
29 erstreckt.
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Die Wirkungsweise der Bremse ist folgende: Wird der sich gemäß F i
g. 1 im ausgeschalteten Zustand befindende Motor eingeschaltet, so wird vom Statorpaket
12 über den Läufer 13 und den Bremsring 15 der erforderliche magnetische Nebenschluß
erzielt und schlagartig die Abbremsung am Lagerschild 10 freigegeben, indem der
Bremsring 15 zusammen mit dem Bremsbelag 16 in axialer Richtung auf den Rotor 13
zu bewegt wird, bis er am Kurzschlußring 14 anschlägt. Das Winkelhebelgestänge 20,
21 wird dabei in die in F i g. 2 wiedergegebene Stellung - Bremslüftstellung - überführt,
und zwar legt die Bremse einen Hub h zurück, der je nach Motorgröße etwa 1,5 bis
2 mm beträgt. Bei erreichter Bremslüftstellung verbleibt jedoch noch ein Luftspalt
i von etwa 0,1 mm, damit die Klebegefahr ausgeschaltet wird.
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Wird der Motor abgeschaltet, so wird im Moment des Ausschaltens die
Fliehkraft der Gegen- oder Fliehgewichte 21 der Winkelhebel 20, 21 wirksam, wobei
die Winkelhebel 20, 21 durch die Kraft der Bremsfedern 22 und somit auch die Bremse
augenblicklich wieder in die Bremsstellung - F i g. 1 -überführt werden. Die Läuferwelle
11 kommt somit praktisch momentan zum Stillstand.