In Anwendungen mit Gleichstrom-Miniaturmotoren werden elektromagnetische Bremsen zum Halten, Stoppen oder Abbremsen einer Last eingesetzt. Ohne eine Bremse würde sich ein Motor auch nach einer Unterbrechung der Spannungs- oder Stromzufuhr unkontrolliert weiterdrehen, oder würde seine Position gegenüber einer konkurrierenden Kraft nicht halten können.
Während alternative Drehmomentsteuergeräte verwendet werden könnten, vereinen elektromagnetische Bremsen Präzision mit einer kompakten, zuverlässigen, energieeffizienten und kostengünstigen Konstruktion.
Elektromagnet erzeugt Drehmoment
Um einen Gleichstrom-Miniaturmotor an einem bestimmten Haltepunkt in einer Vielzahl von industriellen und medizinischen Anwendungen in Position zu halten, umfasst die Grundkonstruktion eine feste Erregerspule, die als Elektromagnet fungiert, um ein Drehmoment zum Bremsen oder Halten der Last zu erzeugen.
Der Elektromagnetismus der Spule steuert einen Anker, der sich entweder mit einer Struktur verbindet oder sich von ihr löst. Die Konstruktion des Bremsmechanismus besteht aus einer Hohlwelle, die auf die Welle des Gleichstrommotors montiert ist, wodurch eine kompakte Integration erzielt wird.
Die Bremsen sind als Arbeitsstrommodelle erhältlich, das heißt, die Bremse wird nur aktiviert, wenn Strom in der Erregerspule fließt. Dies ist akzeptabel, wenn die Bremse keine hohe Last halten muss oder wenn nach dem Abschalten kein Haltemoment erforderlich ist. Alternativ dazu bleibt die Bremse bei einer Ruhestrombremse immer betätigt, solange kein Strom durch den Elektromagneten fließt, was für einige Anwendungen eine von Natur aus sicherere Konstruktion darstellt.
Federdruckbremse für den Notfall
Federdruckbetätigte Bremsen werden zum automatischen Anhalten und Halten einer Last im Falle eines Stromausfalls oder einer Notbremsung eingesetzt. Bei dieser Konstruktion wird die Bremskraft durch eine Druckfeder aufgebracht, und die Bremse wird in der Regel durch manuelle Betätigung gelöst.
Zu den Vorteilen gehören wiederholte Bremszyklen bei voller Motordrehzahl ohne Drehmomentabfall, und die Konstruktionen können in Bezug auf Aspekte wie Nennspannung und dynamisches Reibmaterial entsprechend der erforderlichen Federkraft angepasst werden. Der Nachteil einer federdruckbetätigten Bremse ist, dass sie ein Spiel aufweisen kann, was die Präzision beim dynamischen Bremsen oder Halten der Position beeinträchtigt.
Permanetmagnet für dynamisches Anhalten
Für Anwendungen, bei denen ein dynamisches Anhalten und Halten einer sich bewegenden Last erforderlich ist, sowie für das Anhalten mit hoher Taktzahl, sollte stattdessen eine Permanentmagnet-Ruhestrombremse verwendet werden. Bei dieser Konstruktion werden die Bremsen magnetisch angezogen und elektrisch gelöst, was ein sicheres Halten der Last im Ruhestrom ermöglicht.
Bei Anlegen von Spannung oder Strom an die Bremse wird die Spule zu einem Elektromagneten und erzeugt magnetische Flusslinien, die denen des Permanentmagneten entgegenwirken. Dadurch wird der Anker freigegeben, ein Luftspalt entsteht und die Lastwelle kann sich drehen. Die Erhöhung der Spannung oder des Stroms ermöglicht auch eine präzise Steuerung der Bremskraft, im Gegensatz zur Ein/Aus-Funktion der federdruckbetätigten Bremse.
Da die Permanentmagnetbremsen keine beweglichen Teile enthalten, können sie bei sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten. Im Gegensatz zu federdruckbetätigten Bremsen ist bei ihnen kein Spiel möglich, da die Konstruktion eine feste Verbindung zwischen Anker, Feder und Nabe vorsieht. Dadurch können sie präzise gesteuert werden.
Da beim dynamischen Bremsen Wärme erzeugt wird, muss die Bremse entsprechend den Anforderungen an Reibung, Last und Drehmoment richtig dimensioniert sein. Permanentmagnetbremsen benötigen einen konstanten und spezifischen Strom, was bedeutet, dass diese Bremsenkonstruktionen einer sorgfältigen Prüfung unterzogen werden müssen, bevor sie unter Bedingungen eingesetzt werden, die Stromschwankungen verursachen könnten, wie zum Beispiel hohe oder wechselnde Temperaturen.
Mit ihrer präzisen Steuerung eignen sich Permanentmagnetbremsen gut für den Einsatz in Roboterarmgelenken. Ihre Spielfreiheit bedeutet, dass sie das Drehmoment präzise halten und auch dynamisch stoppen können. Ein Beispiel für eine Anwendung mit Gleichstrom-Miniaturmotoren, die ein sicheres Haltedrehmoment erfordert, ist die Steuerung von automatisierten Fensterjalousien. Die Abschaltbremse sorgt für einen automatischen Betrieb und ermöglicht es dem Motor bei Abschaltung des Stroms die Beschattungsposition zu halten.
Schnelle Prototypenfertigung
Die Ingenieure von Portescap integrieren regelmäßig Bremslösungen mit Gleichstrom-Miniaturmotoren in maßgeschneiderte OEM-Anwendungen. Das Team sorgt für eine exakte Dimensionierung und Spezifikation und empfiehlt die effektivste Technologie und Ausstattung für spezifische Anforderungen.
Die Konstruktion beinhaltet zur Gewährleistung von Sicherheit und Präzision eine schnelle Prototypenfertigung und Tests, bevor die Entwicklung in die Serienproduktion übergeht.
