Wann sind bei einem bestimmten Bewegungsprofil andere Möglichkeiten zum Anhalten unzureichend – und eine Kupplung oder Bremse notwendig?

Jul 23, 2023

By Lisa Eitel | August 19, 2018

Das Herzstück der meisten Bewegungsachsen sind Elektromotoren. Das Stoppen von Lasten an ihren Achsen kann mit dem Elektromotor selbst – in bestimmten Zusammenhängen auch internes Bremsen genannt – oder mit einer externen Kupplung oder Bremse erfolgen. Für Ersteres besteht ein einfacher Ansatz darin, einfach den Motorspannungseingang zu unterbrechen und die Achse zum Stoppen im Leerlauf laufen zu lassen. Dies ist akzeptabel, wenn es selten zu Stopps kommt – von ein paar Mal pro Minute (bei Konstruktionen, die mit kleinen Motoren betrieben werden) bis zu ein paar Mal pro Stunde (bei Installationen mit größeren Motoren). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mithilfe von Steuerungen über regeneratives Bremsen ein Stoppmoment im Motor zu erzeugen, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. dynamisches Bremsen – die Einspeisung von Gleichstrom in den Stator; oder elektrische Umkehrung wie Stecken.

Aber wo solche Ansätze zu langsam sind – einschließlich aller modernen Bewegungskonstruktionen für hohen Durchsatz – sind externe Bremsen und Kupplungen erforderlich, um ausreichend schnelle Stopps oder Auskuppeln zu erreichen. Dies gilt für Förderbänder, Gepäckabfertigungsanlagen an Flughäfen, Rolltreppen und Aufzüge … sowie für andere Achsen, die häufig anhalten und starten – in manchen Fällen sogar nur 10 Zyklen pro Minute. Wenn Stopps und Starts mit viel höheren Zyklusraten erfolgen, kann die Motorträgheit die Geschwindigkeit beeinträchtigen, mit der Starts und Stopps möglich sind. Hier sind Kupplungsbremsen oft besser geeignet, da sie die angetriebene Last vom Motor entkuppeln, damit dieser auch dann laufen kann, wenn die Bremse einrastet und die Last stoppt. Obwohl wir uns hier auf das Ansprechverhalten konzentrieren, sind ausfallsichere Konstruktionsmerkmale ein weiterer Hauptgrund für die Integration von Bremsen und Kupplungen.

Mechanische, elektrische, hydraulische und selbstbetätigte Kupplungen und Bremsen eignen sich für unterschiedliche Anwendungen. Federspeicherbremsen kommen beispielsweise Bewegungskonstruktionen zugute, die Lasten mit dem Motor abbremsen, bevor die Bremse einrastet … und sie eignen sich als Haltemechanismen. Die Steuerung der elektrischen Bremsen ist einfach und sie können bis zu tausend Zyklen pro Minute halten. Die meisten luftbetätigten Bremsen und Kupplungen laufen kühl und halten bei minimalem Kraftaufwand. Reibungsbremsen mit Trommel-, Scheiben- und Kegelgeometrie bieten E-Brake-Funktionalität mit ausfallsicherem Halten.

Größe und Typ der Bremse oder Kupplung hängen davon ab, ob die jeweilige Achse Notstopps oder sanftere Stopps durchführt, bei denen die Kupplung oder Bremse geopfert wird, um Systeme und Lasten vor Stößen zu schützen. Oder manchmal ist es wichtiger, dass die Bremse sanfte Stopps liefert, um Lastverschiebungen und Fehlausrichtungen zu verhindern. Danach bestimmen andere Kriterien – Zyklusraten, Wärmekapazität, Maschinenraum und MRO-Zeitpläne – die endgültige Auswahl.

Die elektrischen Federkraftbremsen BXR-LE von Miki Pulley eignen sich für kleine und präzise Servomotorkonstruktionen. Ein leichtes Design optimiert die Leistung und Effizienz des Servoantriebs. Durch den Spannungsregler wird der Stromverbrauch der Bremse nach einem Sekundenbruchteil von 24 V DC zur Betätigung auf 7 V DC reduziert. Im Vergleich zu den meisten anderen elektrischen Bremsen verbraucht die BXR-LE-Bremse nur ein Drittel der Energie (und erzeugt nur ein Drittel der Wärme) – obwohl sie halb so dick ist. Die Drehzahl beträgt 6.000 U/min; Das statische Reibungsmoment beträgt 0,044 ft.lb. bis 2,36 ft.lb. und die Umgebungstemperatur beträgt 14° bis 104°F. Zu den BXR-LE-Bremsanwendungen gehören Endeffektoren, Kugelumlaufspindelantriebe, XYZ-Positionierungstische und 3D-Drucker.

Einige Tipps: Passen Sie Kupplungen und Bremsen an das Motordrehmoment der Maschinenachse an. Wenn eine Bremse vertikale Lasten stoppen muss, ist zu berücksichtigen, dass Motoren kurzzeitig Strom ziehen können, der über ihrem Nenndrehmoment liegt. Informationen zu dynamischen Drehmomentwerten bei eingestellten Drehzahlen finden Sie in den Leistungskurven in den Hersteller-PDFs, um die Bremse oder Kupplung an das maximale Ausgangsdrehmoment des Motors anzupassen. Ein typisches Beispiel: Stellen Sie sich einen Schrägförderer mit regelmäßigen Ein-/Aus-Zyklen vor. Hier kann eine stromlose Federspeicherbremse ausreichen, um Lastabstürze bei Stromausfällen zu verhindern. Komplexere Förderanlagen zur Positionierung einzelner Produkte unterschiedlicher Größe – ohne zu ruckeln – erfordern jedoch möglicherweise mehrere Verzögerungsraten, möglicherweise eine ausgefeiltere Federbremse plus Antrieb am Motor zum Anhalten … oder sogar eine Permanentmagnetbremse für schnelle und dennoch sanfte Anläufe stoppt.

Drehmomentbegrenzer sind keine Kupplungen, da sie nicht für ständiges Durchrutschen ausgelegt sind. Das ist ein wichtiger Unterschied, wenn Konstrukteure Verlangsamungs- und Entkopplungstechnologien für mechanische Konstruktionen spezifizieren. Einige Tipps für die optimale Designauswahl: Überlegen Sie zunächst, ob ein Drehmomentbegrenzer nur vor katastrophalen Ausfällen oder halbregelmäßigen Überlastungen schützt. Dies gibt Aufschluss darüber, ob ein kostengünstiger Drehmomentbegrenzer mit Reibungskupplung ausreichend ist oder ob die Konstruktion eine Kugelrastungskonstruktion erfordert. Letzteres ist in der Regel teurer, kann aber durchrutschen und einen Endschalter zum Abschalten und Zurücksetzen zur Wiederaufnahme des Betriebs auslösen. Kugelrastende Drehmomentbegrenzer können hier in ihrer Anwendung mehrmals durchrutschen … im Gegensatz zu Reibungsdrehmomentbegrenzern, die zurückgesetzt werden müssen.

Überprüfen Sie beim Einsatz eines Drehmomentbegrenzers, ob eine spielfreie Konstruktion erforderlich ist. Beachten Sie, dass Drehmomentbegrenzer an ihren Reibverbindungen Wärme erzeugen können. Daher ist bei ihrer Aktivierung das Herunterfahren des Systems von entscheidender Bedeutung. Nach der Aktivierung sollte der Endbenutzer den Drehmomentbegrenzer auf Verschleiß und Hitzeschäden prüfen. Er oder sie sollte auch das Einstelldrehmoment überprüfen … da sich dieser Wert bei einigen Konstruktionen verringert, wenn der Drehmomentbegrenzer zu lange in Betrieb war. Solange sich der Drehmomentbegrenzer noch innerhalb des Auslegungsbereichs befindet, ist es sicher, dass er nicht mehr und mehr durchrutscht. Bei einigen Bewegungsdesigns kann ein mit Steuerungen gekoppelter End- oder Näherungsschalter erkennen, wann der Drehmomentbegrenzer durchrutscht – und das System abschalten, damit der Endbenutzer das Problem beheben kann, vor dem der Drehmomentbegrenzer schützte (oder vor dem er schützte). || Einblick in Drehmomentbegrenzerfunktionen durch Chris Scholz, Leiter Engineering Services bei KTR.

Bremsmodule wie der mayr ROBA Brake-Checker und der ROBA Torqcontrol überwachen den Zustand von Sicherheitsbremsen – und können das sanfte Abbremsen von Maschinen und Geräten ermöglichen. Hier abgebildet ist ein ROBA Brake-Checker-Modul ohne Sensoren. Die Elektronik verfolgt Strom und Spannung und erkennt die Bewegung der Ankerscheibe, um den Zustand der Bremse sowie Temperatur, Verschleiß und Spannungsweg bzw. Zugkraftreserve zu beurteilen – mit anderen Worten, ob der Magnet der elektromagnetischen Bremse genügend Kraft hat, um die Ankerscheibe anzuziehen. Bei Erreichen der Zugkraftreserve ertönt ein Warnsignal, um den Service zu veranlassen. Es gibt eine Ausführung für Wechselspannung; Eine kommende Version des Moduls wird die Bremseingangsstromversorgung integrieren (und einen separaten Gleichrichter ersetzen) zur Schaltzustandsüberwachung und Bremssteuerung in einem Gerät.