Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Bremse, eine Vorrichtung zur sicheren Ansteuerung einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse, einen Elektromotor und Bremse.

Aus der DE 102 61 454 A1 und der DE 102 61 450 A1 sind sichere IVIotorsteuerungen bekannt, die zweikanalige Abschaltmöglichkeiten umfassen. Bei Ausfall eines Abschaltkanals ist noch ein zweiter verfügbar und somit ein sicheres Abschalten ermöglicht.

Aus der DE 197 40 016 C2 ist ein Weitspannungsbremsgleichrichter bekannt, der an verschieden großen Netzspannungen betreibbar ist, aber keine Sicherheit aufweist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung weiterzubilden, wobei die Bremse sicher angesteuert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Bremse nach den in Anspruch 1 , bei der

Vorrichtung nach den in Anspruch 5 oder 6, bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 20 und bei dem Antrieb nach den in Anspruch 22 oder 23 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Bremse sind, dass sie elektromagnetisch betätigbar ist, wobei der Energiefluss der Bremse von einem Schalter derart gesteuert wird, dass bei Fehler oder Ausfall des Schalters die Bremse einfällt. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit erhöht ist. Denn wenn im Ansteuerkanal irgendein Bauteil ausfällt, insbesondere der Schalter, fällt die Bremse auf jeden Fall ein. Somit führt irgendei n Defekt zum Einfallen der Bremse. Eine zugehörige Anlage oder Maschine wird also in den sicheren Ruhezustand versetzt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Fehler oder Ausfall ein dauerhaft wirksamer Kurzschluss, ein Auftrennen oder ein Hochohmigwerden des Schalters. Von Vorteil ist dabei,

dass ein Halbleiterbauteil als Schalter einsetzbar ist. Denn bei den bekannten Versagensarten von Halbleitern wirkt die Erfindung und führt zum sicheren Zustandes der Bremse und der Maschine oder Anlage.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerspannung für den Schalter von einem ersten Schaltungsblock B1 erzeugt, der aus einer Steuerspann ung Us versorgt ist, insbesondere galvanisch getrennt. Von Vorteil ist dabei, dass die galvanische Trennung die Sicherheit erhöht und keine zusätzliche Versorgungsspannung notwendig ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fällt bei Ausfall der Steuerspannung Us die Bremse ein. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit derart erhöht ist, dass bei Ausfall der Steuerspannung in jedem Fall der sichere Zustand erreicht wird.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass die Vorrichtung zur sicheren Ansteuerung einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse vorgesehen ist, umfassend eine Bremsspule, die bei ihrer Bestromung der Federkraft von Federelementen gegenwirkend ein Lüften der Bremse bewirkbar macht,

wobei ein Transformator vorgesehen ist, dessen Primärwicklung mit einem ersten Schalter in Reihe geschaltet ist, der zur Regelung des Stromes in der Primärwicklung getaktet betreibbar ist,

wobei der Schalter von einem ersten Schaltungsblock steuerbar ist, der aus einer Steuerspannung versorgt ist und mit Mitteln zur Stromerfassung des Stromes auf der Primärseite, also in der Primärwicklung, verbunden ist,

wobei die Bremsspule aus der Sekundärspule des Transformators versorgt ist, insbesondere über eine Diode.

Von Vorteil ist dabei, dass bei Ausfall der Steuerspannung die Bremse einfällt. Auch bei einem Ausfall, wie beispielsweise dem Ausfall des ersten Schalters, irgendeines anderen wichtigen Bauteils fällt die Bremse ein. Somit ist ein absolut sicheres Abschalten der Bremse ermöglicht. Als Ausfall ist dabei auch ein Defekt zu verstehen, bei dem ein Schalter dauerhaft niederohmig wird. Die Schalter sind vorzugsweise als elektronische Halbleiterschalter

ausgeführt. Bei der Erfindung führt ein dauerhaft niederohmiger oder geöffneter Schalter zürn Einfallen der Bremse, also zu einer Bremswirkung gegen das bewegliche Teil.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Freilaufdiode für die Bremsspule und ein Varistor vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass ein Schutz gegen Überspannung vorsehbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Sekundärspan nung einem Gleichrichter zugeführt, aus dem die Bremsspule mit Gleichstrom versorg bar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannung gleichgerichtet wird und hiermit die Versorgung der Gleichstrombremse ermöglicht ist und solche Bremsen ansteuerbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der sekundärseitige und der primärseitige Schaltungsteil der Vorrichtung voneinander galvanisch getre nnt. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit zusätzlich erhöht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist von einem zweiten Schaltungsblock mittels eines mit diesem verbundenen zweiten Schalter der Strom der Bremsspule beeinflussbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremsspule zeitlich sehr schnell aus- undyoder einschaltbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Schaltungsblock zur Datenübertragung mittels eines Optokopplers mit dem ersten Schaltungsblock verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei der Datenübertragung eine galvanische Trennung vorsehbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Schaltungsblock und/oder der zweite Schaltungsblock derart ausgeführt, dass die Vorrichtung an einem weiten Bereich von Eingangsspannungen derart betreibbar ist, dass die an der Bremsspule anliegende Spannung im Wesentlichen unverändert ist. Es sind dann also europäische und auch US - Netzversorgungsspannungen einem Gleichrichter eines Umrichters zuführbar und aus der von diesem Gleichrichter erzeugten Zwischenkreisspannung ist dann die Versorgung des ersten Schaltungsblockes ohne weitere Geräte zur Anpassu ng ausführbar. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Blockes ein Regeln der Ausgangsspannung auf einen bestimmten Wert ermöglicht ist und dieser Wert unabhängig von der Eingangsspannung erreichbar ist - zumindest aber unabhängig für einen weiten Bereich von Eingangsspannungen, insbesondere von 350 V bis 850 V. Wenn die Eingangsspan nung die

Zwischenkreisspannung eines Umrichters ist, ist es dabei vorteilhaft, wenn der Bereich derart gewählt ist, dass der Umrichter einphasig oder mit Drehstrom versorgbar ist und einen entsprechenden Gleichrichter zur Erzeugung der Zwischenkreisspannung aufweist. Somit ist die Vorrichtung je nach Netz, also deutschem, europäischem, russischem, nordamerikanischem Netz und dergleichen, für eine Zwischenkreisspannung zumindest von 350 V= bis 850V= betreibbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Schaltungsblock und/oder der zweite Schaltungsblock derart ausgeführt, dass zu Beginn der Bestromung der Bremsspule ein zeitlich veränderlicher Verlauf der an der Bremse anliegenden Spannung vorsehbar ist. Insbesondere ist der erste Schaltungsblock und/oder der zweite Schaltungsblock derart ausgeführt, dass zu Beginn der Bestromung der Bremsspule i n einem ersten Zeitabschnitt eine höhere und danach eine niedrigere Spannung an der Bremse anliegt. Von Vorteil ist dabei, dass ein noch schnelleres Lüften der Bremse erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Schalter S1 mit einer Frequenz von mehr als 4 kHz, insbesondere vorteiligerweise mehr als 8 kHz, betri eben. Von Vorteil ist dabei, dass die Magnetostriktion verringerbar ist und somit ein geräuscharmer Betrieb der Bremse ausführbar ist. Die Schaltfrequenz kann sogar größer als 16kHz gewählt werden und somit in den nicht-hörbaren Bereich gelegt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der zweite Schaltungsblock Mittel zur Erfassung seiner Ausgangsspannung. Die gemessenen Werte sind übertragbar mittels der Datenübertragung zum ersten Schaltungsblock. Dies geschielnt also beispielsweise über Optokoppler oder aufmodulierte Hochfrequenzanteile per Transformator. Somit ist di

Information übertragbar, dass die gewünschte Ausgangsspan nung erreicht ist und somit der erste Schaltungsblock derart betreibbar ist, dass keine weitere Zunahme der sekundärseitigen Ausgangsspannung erreicht wird.

Wesentliche Merkmale bei dem Elektromotor sind, dass er eine vorgenannte elektromagnetisch betätigbaren Bremse oder eine Vorrichtung umfasst. Von Vorteil ist dabei die erhöhte Sicherheit des Elektromotors. Insbesondere ist der Schalter und/oder die Vorrichtung im Anschlusskasten des Motors vorgesehen. Somit ist eine besonders kompakte und gegen Störstrahlungen unempfindliche Art ausführbar.

Wesentliche Merkmale bei einem Antrieb, der den vorgenannten Elektromotor umfasst, sind auch dass die Steuerspannung Us für den ersten Schaltungsblock B1 von einem Umrichter des Antriebs erzeugt wird. Der Antrieb umfasst dabei zumindest eine Bremse einen Elektromotor und einen diesen versorgenden Umrichter. Wahlweise kann der Antrieb noch mit einem von dem Elektromotor angetriebenen Getriebe ausgeführt sein. Insbesondere wird die Steuerspannung Us von einer vom Antrieb räumlich getrennt angeordneten Vorrichtung erzeugt. Somit ist sogar eine SPS oder andere Steuerung elektrisch verbindbar und die Bremse von dieser aus ansteuerbar, wenn nicht der Umrichter selbst die Steuerspannung für den Schalter zum Ansteuern der Bremse erzeugt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bezugszeichenliste

Ue+, Ue- Eingangsspannung Us Steuerspannung

B1 erster Schaltungsblock

T2 Stromerfassung

S1 elektronischer Schalter

T1 Transformator D1 Diode

C1 Kondensator

U1 Optokoppler

U2 Optokoppler

B2 zweiter Schaltungsblock R1 Varistor

L1 Bremsspule

D2 Freilaufdiode

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeichnet. Sie weist zwei galvanisch voneinander getrennt ausgeführte Teile auf.

Im ersten Teil ist der erste Schaltungsblock B1 , also eine erste elektronische Schaltungsanordnung, aus der Steuerspannung Us versorgt. Der erste Schaltungsblock B1 umfasst eine elektronische Schaltung, die den elektronischen Schalter S1 pulsweitenmoduliert taktet und auf diese Weise die an der Primärwicklung anliegende zeitlich gemittelte Spannung steuert. Dabei sind zeitlich gemittelte Spannungswerte zwischen -Ue und +Ue erzielbar. Der zugehörige Strom wird erfasst mittels der Stromerfassung T2, wobei die erfassten Stromwerte dem ersten Schaltungsblock 1 zugeführt werden und abhängig von diesen Werten die Pulsweitenmodulationsdauer variiert wird.

Statt der Pulsweitenmodulation sind entsprechend wirkende andere Taktungsarten verwendbar.

Die Steuerspannung Us wird von einer extern anzuschließenden Vorrichtung geliefert.

Galvanisch getrennt wird die an der Sekundärspule des Transformators T1 anliegende Sekundärspannung mit der Diode D1 gleichgerichtet und m ittels des Kondensators C1 geglättet. Aus dieser Gleichspannung wird die Bremsspule L1 versorgt, wobei der Varistor R1 als Überspannungsschutz vorgesehen ist und die Diode D2 als Freilaufdiode. Mittels des Schalters S2, der elektronisch oder mechanisch ausführbar ist, gibt der zweite Schaltungsblock B2 den Strom für die Bremsspule frei oder sperrt diesen.

Die Bremsspule gehört zu einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse für einen Motor, insbesondere Elektromotor.

Bei Bestromung der Bremsspule wird eine Ankerscheibe angezogen entgegen der Wirkung von mechanischen Federelementen und somit ein Freiraum für Bremsbeläge derart frei gegeben, dass keine Bremswirkung erzielt wird und der Rotor des Motors sich unverhindert drehen kann.

Sobald der Strom durch die Bremsspule unter einen kritischen Wert abfällt, unterschreitet die anziehende Kraft der Bremsspule die abstoßende Kraft der mechanischen Federelementen. Somit wird ein Einfallen der Bremse bewirkt.

Der Schaltungsblock 1 ist nur aus der Steuerspannung Us selbst versorgt. Daher schaltet er mit Sicherheit den Schalter S1 ab, wenn die Steuerspannung ausfällt. Dabei ist innerhalb des ersten Schaltungsblockes B1 eine galvanische Trennung ausgeführt zwischen der Steuerspannung Us und der Zwischenkreisspannung +Ue , -Ue.

Als +Ue , -Ue Eingangsspannung ist beispielsweise eine Zwischenkreisspannung eines Urnrichters vorsehbar. Solche Spannungen erreichen Werte von mehr als 500 Volt bis 1000 Volt und mehr. Da jedoch der erste Schaltungsblock B1 auf dem Potential -Ue angeordnet ist, ist es ermöglicht einen großen räumlichen Abstand vom Potential +Ue einzuhalten.

Der erste Schaltungsblock 1 übermittelt darüber hinaus über einen Optokoppler U1 zur galvanischen Trennung dem Schaltungsblock B2, also dem zweiten elektronischen Schaltungsanordnung, Daten.

Der Transformator mit den an ihn angeschlossenen Bauteilen ist somit wie ein DC/DC- Wandler vorgesehen.

Wenn also ein Steuersignal Us am ersten Block B1 anliegt, beginnt der Schalter S1 zu takten und der DC/DC-Wandler überträgt Leistung auf die Seku ndärseite. Außerdem wird vom ersten Schaltungsblock B1 gleichzeitig ein Schließen des Schalter S2, der als Entmagnetisierungsschalter wirkt, veranlasst und die Bremsspule wird somit bestromt. Daher wird dann die Bremse gelüftet und somit die Rotation der Motorwelle nicht verhindert.

Das Ausschalten der Bremsspule erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Der erste Schaltungsblock 1 ist derart ausgeführt, dass er die Regelung der

Ausgangsspannung unter Verwendung der durch die Stromerfassung T2 erfassten Strommesswerte ausführt, wobei das Übertragungsverhältnis ü des Transformators T1 berücksichtigt ist.

Darüber hinaus ist in einem weiteren erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiel der erste Schaltungsblock 1 derart ausgeführt, dass er zu Beginn der Bestromung der Bremsspule die Ausgangsspannung derart regelt, dass für einen ersten .Zeitabschnitt eine höhere Spannung an der Bremsspule anliegt und erst nach diesem Zeitabschnitt die für den Dauerbetrieb zulässige und/oder vorgesehene Spannung. Dazu wird das Pulsweitenmodulationsverhältnis entsprechend verändert. Außerdem wird das Start-Stop-Signal vom ersten Schaltungsblock 1 an den zweiten Schaltungsblock 2 entsprechend angepasst und somit der Schalter S2 korrekt betrieben.

Wenn die Steuerspannung abfällt, fällt somit die Versorg ung des Schaltungsblockes 1 aus und der Schalter S1 wird nicht mehr getaktet. Somit kann nur noch Gleichstrom oder ein verschwindender Strom durch die Primärwicklung des Transformators T1 fließen. Daher wird die Bremsspule auch nicht mehr versorgt mit Strom. Dies bewirkt daher ein sicheres Einfallen der Bremse, also Abbremsen der Bewegung des Motors .

Die Sicherheit ist also dadurch bewirkt, dass unabhängig von der Art eines Bauteiledefektes oder vom Bauteil die Bremse angesteuert wird, wenn die Steuerspannung abgeschaltet wird. Mit dieser Sicherheit wird es sogar unmöglich gemacht, dass Energie auf die Bremsspule gelangt. Physikalisch wichtig ist dabei, dass die Bremse nach dem Ruhestromprinzip aufgebaut ist, also bei fehlendem Strom einfällt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Schaltungsblock 1 zusätzlich derart ausgeführt, dass er für einen weiten Bereich von Eingangsspannungen +Ue, -Ue dieselbe sekundärseitige Ausgangsspannung erzeugt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Schaltungsblock 1 zusätzlich derart ausgeführt, dass eine Pulsweitenmodulationsfrequenz und/oder Taktfrequenz von mehr als 4 oder gar mehr als 8 kHz eingestellt ist. Auf diese Weise ist die Magnetostriktion verringerbar und es treten weniger Geräusche auf. Bei einer vorteilhaften Wahl von 16kHz oder mehr ist sogar kein hörbares Geräusch mehr vorhanden. Dazu ist der Kondensator C1 selbstverständlich auch geeignet dimensioniert. Allerdings soll dieser Kondensator mit einer möglichst geringen Kapazität ausgestattet werden. Entsprechend hoch sollte daher die Taktfrequenz gewählt werden.

Der Schalter S2 ist nur für das Ein- und Ausschalten der Bremse zuständig.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der zweite Sch altungsblock B2 jedoch derart ausgeführt, dass er den zweiten Schalter S2 getaktet oder moduliert betreibt und somit ein zeitlicher Spannungsverlauf vorgebbar ist oder ein Strom steuerbar ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Steuerspannung Us als 24 V Signal ausgeführt.

In Figur 2 ist noch ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. In Abänderung und Erweiterung zur Figur 1 ist die Sicherheit noch weiter erhöht:

Es ist nun ein zweiter Steuereingang Uin vorgesehen am Eingang des ersten Schaltungsblockes B1.

Die Versorgungsspannung U _s wird an eine sicherheitsgerichtete 24V-Spannungsversorgung angeschlossen, also an eine 24V Spannungsversorgung die eine Sicherheit höherer Kategorie aufweist.

Der Steuereingang Uin wird von einem Ausgang eines Umrichters oder von einem SPS- Ausgang angesteuert. Nur wenn beide Uin und Us Eingänge mit 24V Pegel statt OV haben, wird die Ansteuerung B1 mit Energie über den dritten Schaltungsblock B3 und den Transformator T2 versorgt. Der dritte Schaltungsblock B3 überträgt Signale mittels des Optokopplers U2, also einer galvanischen Trennung, an den zweiten Schaltungsblock B2 und bewirkt somit das Lüften oder Einfallen der Bremse.

Der zweite Schaltungsblock B2 überträgt Signale mittels des Optokopplers U1 , also einer galvanischen Trennung, an den zweiten Schaltungsblock B1 und ermöglicht somit die sekundärseitige Spannungsregelung, weil der Schaltungsblock B1 die Taktrate entsprechend verändert in Abhängigkeit von den empfangenen Informationen über die sekundärseitig erfassten Spannungswerte der Spannung Ub.

Mittels des Schalters Su ist eine Einstellung der Bremsen Spannung Ub ermöglichbar. Beispielsweise ist eine Spannung von 96V- oder von 167V- einstellbar.

Die Bremse umfasst eine Bremsspulenwicklung mit Mittel abgriff zur Ermöglichung einer Schnellerregung beim Lüften.

Das heißt, dass für einen ersten Zeitabschnitt, beispielsweise ca. 100ms, die Teilwicklung der Bremsspulenwicklung ( rot - weiß ) über den gesch lossenen Schalter S3 mit Bremsenspannung U _B versorgt wird. Danach wird der Schalter S3 geöffnet und der Schalter S2 geschlossen und somit die komplette Bremsspulenwicklung ( rot - blau ) über S2 mit der Bremsenspannung Ub versorgt.

Die Bremsenspannung Ub wird mittels der durch die Schaltungsblöcke realisierten Regelvorrichtung auf den mit Su eingestellten Wert konstant gehalten.

Auf diese Weise ist ein schnelles Lüften der Bremse realisierbar.