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1 *DE A * (19) Bundesrepublik Deutschland Deutsches Patent- und Markenamt (10) DE A (12) Offenlegungsschrift (21) Aktenzeichen: (22) Anmeldetag: (43) Offenlegungstag: (71) Anmelder: GfA-Antriebstechnik Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Düsseldorf, DE (74) Vertreter: Grosse, Schumacher, Knauer, von Hirschhausen, Essen (51) Int Cl. 8 : H02P 29/04 ( ) H02K 7/112 ( ) F16D 66/00 ( ) H02H 7/08 ( ) (56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht zu ziehende Druckschriften: US A US A EP B1 DE C1 DE A1 (72) Erfinder: Synowsky, Bernd, Düsseldorf, DE Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen Rechercheantrag gemäß 43 Abs. 1 Satz 1 PatG ist gestellt. (54) Bezeichnung: Verfahren zum Überwachen von Elektromotoren mit Federkraftbremse sowie Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens (57) Zusammenfassung: Bei einem Verfahren zum Überwachen von Elektromotoren mit Federkraftbremse, bei dem ein erster Bremsbelag unter Federkraft in Bremsposition an einem mit dem Läufer eines Elektromotors mit bewegtem zweiten Bremsbelag gehalten wird, wenn der Elektromotor abgebremst oder in Stillstandstellung gehalten werden soll, und bei dem zum Lüften des ersten Bremsbelages eine der Federkraft entgegenwirkende steuerbare Gegenkraft, wie eine elektromagnetische Kraft, vorgesehen ist, wird die Bremse bei laufendem Elektromotor in Lüftungsstellung, d. h. gelöst gehalten. Um eine Beschädigung der Bremse und/oder einen übermäßigen Bremsbelagverschleiß im Falle eines Nichtlüftens der Bremse bei laufendem Elektromotor zu vermeiden, wird die an der Bremsscheibe auftretende Temperatur erfasst und der Elektromotor bei Erreichen einer voreingestellten Schwellentemperatur an zumindest einem der zusammenwirkenden Bremsbeläge oder an einem mit diesen thermisch in Verbindung stehenden Bauteil abgeschaltet. 1/7

2 Beschreibung TECHNISCHES GEBIET [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Elektromotoren mit Federkraftbremsen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5. Demnach betrifft die Erfindung das Gebiet der Elektromotoren mit Federkraftbremsen, bei denen ein erster Bremsbelag unter Federkraft in Bremsposition an einen mit dem Läufer eines Elektromotors mit bewegten zweiten Bremsbelag gehalten wird, wenn der Elektromotor abgebremst oder in Stillstellung gehalten werden soll. Zum Lüften des ersten Bremsbelages wird eine der Federkraft entgegenwirkende steuerbare Gegenkraft, wie eine elektromagnetische Kraft, zur Freigabe der Bremse aufgebracht. TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND [0002] Gattungsgemäße Elektromotoren mit Federkraftbremse sind aus der EP B1 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird das Ziel verfolgt, eine preiswert herzustellende Federdruckbremse anzugeben, die eine erhöhte Reibarbeit bei verbesserter Wärmeabfuhr an einem federbelasteten Anker ermöglicht. Hierzu wird der Anker axial unterteilt, wobei die beiden Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Um eine dennoch etwa auftretende Übererwärmung der Bremse zu vermeiden, wird die Bremse durch Einschalten eines Erregerstromes eines der Federkraft entgegenwirkenden Elektromagneten gelöst, wenn ein Überschreiten einer bestimmten Temperatur festgestellt wird. [0003] Derartige Federkraftbremsen werden sehr häufig als Haltebremsen von Elektromotoren eingesetzt, z. B. auch an Elektromotoren, die schwere Garagentore, insbesondere rolladenartige Tore bewegen. Sie werden durch Anlegen einer elektrischen Spannung an eine einen Anker anziehenden Wicklung, also durch Erregung der elektrischen Spule in einer der Federkraft entgegenwirkenden Richtung mechanisch beaufschlagt und lüften dadurch ihren Bremsbelag. Dies geschieht im Zusammenhang mit dem Einschalten des Elektromotors. Wird der Elektromotor ausgeschaltet, wird die Spannung der Erregerspule ebenfalls abgeschaltet und der Bremsbelag verlagert sich unter der Wirkung der Federkraft derart, dass die Bremse anfängt den Motor bis zum Stillstand zu bremsen. [0004] Wenn Elektromotoren mit Haltebremsen zum Heben von Lasten verwendet werden, wie dies bei den erwähnten Rolltoren der Fall ist, können die Lasten stromlos in ihrer Position gehalten werden. Ein Problem kann auftreten, wenn z. B. ein Bauteilfehler in der Anordnung der Bremse eintritt oder wenn der Elektromotor längere Zeit nicht betätigt wird und durch Korrosion oder dergleichen sich die Bremse unter der dauernden Federlast festsetzt. Dann kann die Bremse beim Einschalten des Elektromotors nicht lüften. Wenn in diesem Fall der Elektromotor kein all zu großes Drehmoment besitzt, um gegen die nicht gelüftete Bremse die Last trotzdem zu bewegen, kann kein Schaden entstehen, außer dass die Spulen des Elektromotors unter Umständen durchbrennen. Besitzt der Elektromotor jedoch ein ausreichend hohes Drehmoment, um auch gegen die nicht gelüftete Bremse die Last anzuheben, so tritt ein übermäßiger Verschleiß des Bremsbelags auf. Wird der Fehler nicht erkannt, kommt es spätestens beim häufigeren Bewegen der Last zu einem Versagen der Bremse und eine angehobene Last kann abstürzen. Zur Erkennung und Vermeidung der Folgen solcher Fehler sind Fehlererkennungssysteme bekannt, z. B. wird eine Strommessung zur Erkennung eines übermäßig großen Stromes vorgenommen, oder es wird festgestellt, ob die Drehzahl unter einer Solldrehzahl liegt oder es wird festgestellt, ob ein nur beim Lüften der Bremse betätigter Bremsschalter schaltet. Diese bekannten Fehlererkennungssysteme erkennen nicht alle Fehlermöglichkeiten, sind hochpreisig oder aufwendig. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG [0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gattungsgemäßen Federkraftbremsen eine verbesserte Fehlererkennung zu erreichen und die nachteiligen Folgen eines etwa auftretenden Fehlers besonders gering zu halten. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Demgemäß wird im Falle eines nicht ausreichenden oder gänzlich ausbleibenden Lüftens des federbelasteten Bremsbelags bei Erreichen einer Schwellentemperatur zumindest eines der zusammenwirkenden ersten und zweiten Bremsbeläge oder von mit diesen thermisch in Verbindung stehenden Bauteilen der Elektromotor abgeschaltet. Es wird also ein Temperaturstellenwert definiert und eine oberhalb der Temperaturschwelle auftretende Temperatur detektiert sowie aus dem Überschreiten der Temperaturschwelle geschlossen, dass die Bremse nicht richtig gelüftet hat, weshalb der Elektromotor zur Vermeidung von Bremsverschleiß angehalten wird. Da auch durch den üblichen Bremsvorgang Wärme erzeugt wird, so dass sich die Temperatur der Bremse erhöht, wird die Schwellentemperatur vorzugsweise so gewählt, dass sie oberhalb der durch einen üblichen Bremsvorgang erzeugten Bremsentemperatur liegt. [0006] Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterlie- 2/7

3 gen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können [0007] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Federkraftbremse dargestellt ist. DARSTELLUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEI- SPIELS [0008] Die einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung einer Federkraftbremse mit Fehlererkennung im Axialschnitt. Ein ringförmiger Eisenkern 1 nimmt in einer von einer Stirnseite her eingebrachten Ringnut eine elektrische Spule 2 auf. Eine ringförmige Ankerankerplatte 4 schließt die Nut im bestromten Zustand der Spule 2 und ist zwischen einer Bremsscheibe 5 mit beidseitigen Bremsbelägen 5A und 5B sowie dem Eisenkern 1 axial bewegbar. Die Bremsscheibe 5 wiederum ist in etwa dem gleichen Maße wie die Ankerplatte 4 axial beweglich und über einen zentralen Mitnehmer 7 von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotor direkt oder indirekt drehbar angetrieben. Die Bremsscheibe 5 befindet sich zwischen der Ankerplatte 4 und einem ringförmigen Reibblech 6, welches gegenüber dem Eisenkern 1 durch umfangsverteilt angeordnete Distanzhülsen 9 und ebenfalls umfangsverteilt angeordnete, die Distanzhülsen 9 durchsetzende Spannbolzen 10 fest beabstandet ist. Die Distanzhülsen 9 können auch längenelastisch sein, um ein Nachstellen des Reibbleches 6 bei zunehmendem Bremsscheibenverschleiß zu ermöglichen. [0009] Um im stromlosen Zustand der Spule 2 die Ankerplatte in bremsender Anlage gegen den Bremsbelag 5A sowie den Bremsbelag 5B in bremsender Anlage gegen das Reibblech 6 zu halten, sind im Eisenkern 1 umfangsverteilt Sackbohrungen zur Aufnahme von Schraubenfedern 3 in derselben Stirnseite wie die Ringnut für die Spule 2 vorgesehen. Dadurch können sich die Schraubenfeder 3 gegen den Bohrungsgrund am Eisenkern 1 abstützen und durch Anlage ihres anderen Endes an der Ankerplatte 4 diese zur Erzeugung eines Abstands- oder Lüftungsspaltes 11 in einer vom Eisenkern 1 abgerückten Position und in Anlage mit der Bremsscheibe 5 und diese in Anlage mit dem Reibblech 6 halten. Die umfangsverteilten Schraubenfedern 3 wechseln sich über den Umfang der Bremse mit den umfangsverteilten Spannbolzen 10 ab, so dass eine gleichmäßige Kraftverteilung erreicht wird. [0010] Um nun den Temperaturanstieg im Bereich der Bremsscheibe 5 während eines Bremsvorgangs zu messen, sind, vorzugsweise als Thermokontaktschalter ausgeschaltete, Temperaturmesssensoren an der Ankerplatte 4 und/oder am Reibblech 6, vorzugsweise umfangsverteilt, und vorzugsweise in solchen Positionen angeordnet, die sich im nahen Umfeld zu den Bremsbelägen 5A und/oder 5B der Bremsscheibe 5 befinden. Entsprechende Anbringungspositionen 8 befinden sich vorzugsweise auf der vom Bremsbelag 5B abgewandten Seite des Reibbleches 6 oder innerhalb von in die Ankerplatte 4 eingebrachten, in der Zeichnung nicht dargestellten, Sackbohrungen. [0011] Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist nun so, dass im Ruhezustand des Elektromotors die Spule stromlos ist, so dass die Bremsscheibe 5 mittels der Schraubenfedern 3 zwischen der in der Zeichnung dargestellten Lüftungsposition der Ankerplatte 4 und der ortfesten Position des Reibbleches 6 festgehalten wird. Beim Einschalten des Elektromotors muss die Bremse gelöst werden, was durch Bestromen der Spule 2 erfolgt. Diese ist so ausgelegt, dass sie die Gegenkraft der Schraubenfedern 3 ausreichend mühelos überwindet, so dass die Ankerplatte 4 an den Eisenkern 1 herangezogen und der Lüftungsspalt 11 geschlossen wird. Damit wird die Bremsscheibe freigegeben und kann der Elektromotor seine Antriebswelle und mit ihr den Mitnehmer 7 samt Bremsscheibe 5 drehbewegen. Da in der Regel die Bremse nach der maximalen Größe der an ihr angreifenden Last, welche von dem Elektromotor gehoben und gesenkt wird, ausgelegt wird und der Elektromotor in der Regel deutlich mehr Kraft aufbringt, kann die Bremsscheibe 5 im Normalfall auch dann von dem Elekromotor in Drehung versetzt werden, wenn die Spule 2 aufgrund eines Fehlers beim Einschalten des Elektromotors stromlos bleibt und/oder die Ankerplatte 4 nach z. B. langem Stillstand und witterungs- oder verschmutzungbedingten Veränderungen zwischen den Bremsbelägen sich trotz bestromter Spule nicht mehr an den Eisenkern heranziehen lässt, oder die Muttern der Spannbolzen unsachgemäß stark angezogen wurden, so dass der an sich erforderliche Lüftungsspalt nicht mehr hinreichend vorhanden ist. In diesen Fällen erwärmt sich die Bremsscheibe 5 stärker als im ordnungsgemäßen Bremsbetrieb. Es wird deshalb eine Schwellentemperatur an den Temperaturmesssensoren ermittelt, welche bei ordnungsgemäßer Bremsenfunktion nicht überschritten wird. Eine geeignete Schaltung wird so eingestellt, dass ein von den Temperaturmesssensoren gelieferter Spannungswert der Schwellentemperatur oder einer Temperatur geringfügig oberhalb der Schwellentemperatur entspricht. Wenn eine Fehlfunktion der Bremse auftritt, bei der die Bremsscheibe 5 trotz Anlaufen des Elektromotors nicht gelüftet wird, sondern die Temperatur an mindestens einem der Temperaturmesssensoren den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, schaltet die Schaltanordnung den Elektromotor ab 3/7

4 oder löst anderweitig ein Warnsignal aus, das zum alsbaldigen Abschalten des Elektromotors genutzt wird. Bei Verwendung eines Thermokontaktschalters als Temperaturmesssensor vereinfacht sich die elektrische Schaltung, da der beim Überschreiten des Temperaturschwellenwertes notwendige Schaltvorgang durch den Thermokontaktschalter selbst ausgelöst wird. [0012] Es versteht sich, dass die Bremse als solche in verschiedenster Weise aufgebaut sein kann, ebenso die Schaltung für die Temperaturmesssensoren. Bezugszeichenliste 1 Eisenkern 2 Spule 3 Feder 4 Ankerplatte 5 Bremsscheibe 5A Bremsbelag 5B Bremsbelag 6 Reibblech 7 Mitnehmer 8 Temperaturmesspositionen 9 Distanzhülsen 10 Spannbolzen 11 Lüftungsspalt DE A /7

5 ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. Zitierte Patentliteratur - EP B1 [0002] DE A /7

6 Patentansprüche 1. Verfahren zum Überwachen von Elektromotoren mit Federkraftbremse, bei dem ein erster Bremsbelag unter Federkraft in Bremsposition an einem mit dem Läufer des Elektromotors mitbewegten zweiten Bremsbelag gehalten wird, wenn der Elektromotor abgebremst oder in Stillstandstellung gehalten werden soll, und zum Lüften des ersten Bremsbelages eine der Federkraft entgegenwirkende steuerbare Gegenkraft, wie eine elektromagnetische Kraft, zur Freigabe der Bremse aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines nicht ausreichenden oder gänzlich ausbleibenden Lüftens des federbelasteten Bremsbelages bei Erreichen einer Schwellentemperatur zumindest eines der zusammenwirkenden ersten und zweiten Bremsbeläge oder eines mit diesen thermisch in Verbindung stehenden Bauteils der Elektromotor abgeschaltet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellentemperatur oberhalb der durch einen üblichen Bremsvorgang erzeugten Bremsentemperatur liegt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturmessfühler umfangsverteilt an einem mit der Bremsscheibe (5) in bremsender Wirkverbindung stehenden Element, wie einem Reibblech (6) und/oder der Ankerplatte (4), umfangsverteilt angeordnet sind. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Ausnehmungen, wie Sackbohrungen, der Ankerplatte (4) zur Aufnahme je eines Temperaturmesssensors. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Maximalwertschaltung zur Verwertung des höchsten von mehreren Temperaturmesssensoren festgestellten Temperaturwertes. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperaturmesssensor ein Thermokontaktschalter ist. Es folgt ein Blatt Zeichnungen 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren an der Federkraftbremse vorgesehenen Temperaturmesssensoren der höchste, oberhalb der festgelegten Schwellentemperatur festgestellte Temperaturmesswert zum Abschalten des Elektromotors herangezogen wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mindestens eines Bremsbelages oder mindestens eines mit diesem thermisch in Verbindung stehenden Bauteils an mehreren auf dem Umfang des Bremsbelages verteilten Punkten gemessen wird. 5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Federkraftbremse, die eine von einem Elektromotor angetriebene, Bremsbeläge aufweisende Bremsscheibe (5), eine federelastisch an der Bremsscheibe in bremsender Anlage gehaltene Ankerplatte (4) sowie eine Versteileinrichtung zum Lüften der Ankerplatte (4) von der Bremsscheibe (5) entgegen der Federkraft umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Bremsscheibe und/oder an mindestens einem der, mit der Bremsscheibe beim Bremsen in Wirkverbindung stehenden Reibbeläge oder Reibbelagträger an mindestens einer einem der Reibbeläge nahe liegenden Stelle (8) mit einem Temperaturmesssensor versehen ist, und dass eine den Temperaturmesssensor einschließende, schwellenwertbestimmte Schaltanordnung zum Auslösen eines Abschaltens des Elektromotors beim Überschreiten einer voreingestellten Schwellenwerttemperatur vorgesehen ist. 6/7

7 Anhängende Zeichnungen 7/7