DE102021110606A1

DE102021110606A1 - Brake unit with a magnetic brake for electrically powered hoists

Info

Publication number: DE102021110606A1
Application number: DE102021110606.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nachbauer; Gregor Rebmann
Original assignee: Movecat GmbH
Current assignee: MOVEKET GMBH, DE
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2022-10-27
Also published as: WO2022229101A1

Abstract

Es wird eine Bremseinheit für elektrisch angetriebene Hebezeuge mit Elektromotor vorgeschlagen, bei denen die Elektromagnete der Bremseinheit über Leistungshalbleiterelemente gesteuert werden. Dadurch ergeben sich kürzere Ansprechzeiten, gezielt steuerbare Ansprechzeiten und ein verbessertes, insbesondere kontrollierbares und sicheres, Betriebsverhalten.A brake unit for electrically driven hoists with an electric motor is proposed, in which the electromagnets of the brake unit are controlled via power semiconductor elements. This results in shorter response times, specifically controllable response times and improved, in particular controllable and reliable, operational behavior.

Description

Hebezeuge mit einem Elektromotor zum Anheben bzw. Absenken der Last sind seit langem bekannt und haben sich in den verschiedensten Einsatzbereichen, wie zum Beispiel der Veranstaltungstechnik, der Logistik und dem Bauwesen, bewährt. Ein Beispiel für ein solches Hebezeug ist in der EP 1 184 329 beschrieben.Hoists with an electric motor for lifting or lowering the load have been known for a long time and have proven themselves in a wide variety of applications, such as event technology, logistics and construction. An example of such a hoist is in EP 1 184 329 described.

Kurz gesagt, wird bei einem solchen Hebezeug auf einer Trommel, die von dem Elektromotor angetrieben wird, ein Tragmittel auf- bzw. abgewickelt bzw. im Falle einer Kette angetrieben. Unter dem Begriff „Tragmittel“ werden Seile, Bänder oder Ketten subsumiert. An dem Tragmittel eines Hebezeugs ist ein Haken befestigt, an dem wiederum eine Last hängt. Je nach Drehrichtung des Elektromotors wird das Tragmittel so bewegt, dass die Last angehoben oder abgesenkt wird. Wenn die Last weder angehoben noch abgesenkt, sondern ihre Position beibehalten soll, dann wird eine Betriebsbremse aktiviert, welche die weitere Bewegung des Tragmittels verhindert. Der Elektromotor ist stromlos, wenn die Betriebsbremse aktiv ist.In short, with such a hoist, a suspension means is wound up or unwound or, in the case of a chain, is driven on a drum which is driven by the electric motor. Ropes, straps or chains are subsumed under the term "carrying equipment". A hook is fastened to the carrying means of a hoist, from which a load is in turn suspended. Depending on the direction of rotation of the electric motor, the suspension element is moved in such a way that the load is raised or lowered. If the load is neither to be raised nor lowered, but to remain in its position, a service brake is activated, which prevents further movement of the load-bearing element. The electric motor is de-energized when the service brake is active.

Dieses Konzept kann analog auch auf horizontal wirkende Zug-Schubeinrichtungen übertragen werden. Dann ist die Betriebsbremse mit einer Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs vergleichbar.This concept can also be transferred to horizontally acting push-pull devices. Then the service brake is comparable to a parking brake of a motor vehicle.

Selbstverständlich müssen die Steuerung des Elektromotors und der Betriebsbremse aufeinander abgestimmt sein. Insbesondere darf die Bremse nicht geschlossen sein, wenn der Elektromotor die Last anheben oder absenken soll. Andererseits muss unter allen Umständen sichergestellt sein, dass die Last nicht unkontrolliert, der Schwerkraft folgend, nach unten absinkt. Bei Zug- / Schubeinrichtungen ist zu verhindern, dass die Einrichtung sich unkontrolliert bewegt und mit Menschen oder anderen Gegenständen kollidiert. Um dies unter allen Umständen zu gewährleisten, sehen die einschlägigen technischen Regelwerke für den Bereich „Bühne“ bzw. Veranstaltungstechnik vor, dass eine Bremseinheit der Hebezeuge nicht nur eine Betriebsbremse, sondern zusätzlich eine Sicherheitsbremse aufweist. Die Betriebsbremse und die Sicherheitsbremse sind jeweils für sich alleine in der Lage, die maximal zulässige Last des Hebezeugs abzubremsen bzw. zu halten. Dann ist auch bei Ausfall der Betriebsbremse gewährleistet, dass die Last von der Sicherheitsbremse sicher abgebremst und gehalten wird. Of course, the control of the electric motor and the service brake must be coordinated. In particular, the brake must not be closed when the electric motor is to lift or lower the load. On the other hand, it must be ensured under all circumstances that the load does not fall uncontrolled, following the force of gravity. In the case of pull/push devices, it must be prevented that the device moves in an uncontrolled manner and collides with people or other objects. In order to ensure this under all circumstances, the relevant technical regulations for the "stage" or event technology area stipulate that a brake unit of the hoist not only has a service brake, but also a safety brake. The service brake and the safety brake are each capable of braking or holding the maximum permissible load of the hoist. This ensures that even if the service brake fails, the load will be braked and held safely by the safety brake.

In der Regel werden die Betriebsbremse und die Sicherheitsbremse in einer Bremseinheit konstruktiv zusammengefasst und als elektromagnetisch gelüftete Haltebremsen ausgeführt. Mit dem Begriff „elektromagnetisch gelüftete Haltebremse“ ist gemeint, dass ein Elektromagnet vorgesehen ist, dessen Ankerplatten, wenn der Elektromagnet bestromt wird, die Kraft von Druckfedern überwinden, welche die Bremse schließen. Weil der Elektromagnet mit Gleichstrom arbeitet, spricht man auch von Gleichstrombremsen.As a rule, the service brake and the safety brake are combined in one brake unit and are designed as electromagnetically released holding brakes. The term "electromagnetically released holding brake" means that an electromagnet is provided whose anchor plates, when the electromagnet is energized, overcome the force of compression springs, which close the brake. Because the electromagnet works with direct current, one also speaks of direct current brakes.

Um eine „fail-safe“-Funktion zu gewährleisten, sind die Betriebs- und die Sicherheitsbremse geöffnet, wenn der/die Elektromagnete bestromt sind. Sobald die Stromzufuhr zu dem Elektromagnet unterbrochen wird, bricht das Magnetfeld des Elektromagneten zusammen, die Ankerscheiben des Elektromagnets werden nicht mehr angezogen und die Kraft der Druckfedern schließt die Betriebs- bzw. die Sicherheitsbremse.To ensure a "fail-safe" function, the service and safety brakes are open when the electromagnet(s) are energized. As soon as the power supply to the electromagnet is interrupted, the magnetic field of the electromagnet collapses, the armature disks of the electromagnet are no longer attracted and the force of the compression springs closes the service or safety brake.

Ein Beispiel für eine solche doppeltwirkende Bremseinheit ist aus der DE 10 2008 026 247 A1 bekannt. Auf die Beschreibung dieser doppeltwirkenden Haltebremse in der der DE 10 2008 026 247 A1 wird im Weiteren Bezug genommen. Es sei ergänzend angemerkt, dass es eine Vielzahl von anderen doppeltwirkenden Haltebremsen bekannt sind, von denen einige in den Absätzen [0007] bis [0015] der DE 10 2008 026 247 B4 ) genannt werden.An example of such a double-acting brake unit is from DE 10 2008 026 247 A1 known. On the description of this double-acting holding brake in the DE 10 2008 026 247 A1 is referred to below. It should also be noted that there are a variety of other double-acting holding brakes are known, some of which in paragraphs [0007] to [0015] of DE 10 2008 026 247 B4 ) to be named.

Die Ansteuerung des Elektromotors und der Bremseinheit (umfassend eine Betriebsbremse und eine Sicherheitsbremse) muss zeitlich sehr gut aufeinander abgestimmt sein, um zu verhindern, dass die Last unkontrolliert nach unten absinken kann. Andererseits soll auch verhindert werden, dass der Elektromotor gegen eine oder beide geschlossenen Bremsen arbeitet. Das wäre eine unnötige Belastung und würde zu einer vorzeitigen Alterung des Elektromotors führen.The activation of the electric motor and the braking unit (comprising a service brake and a safety brake) must be very well coordinated in terms of timing in order to prevent the load from being able to drop down in an uncontrolled manner. On the other hand, it should also be prevented that the electric motor works against one or both closed brakes. That would be an unnecessary burden and would lead to premature aging of the electric motor.

Wenn der Elektromotor, die Stromversorgung der Bremseinheit und/oder die Steuerung des Hebezeugs ausfallen sollte, dann bricht das Magnetfeld der Elektromagnete von Betriebs- und Sicherheitsbremse zusammen und die Druckfedern der Betriebs- und der Sicherheitsbremse schließen die Bremse, so dass die an dem Hebezeug hängende Last von beiden Bremsen in doppelter Weise abgebremst und gehalten wird. Die Bremsleistung beider Bremsen zusammen ist sehr groß, da jede der Bremsen alleine die Last des Hebezuges sicher abbremsen und halten kann.If the electric motor, the power supply to the brake unit and/or the control of the hoist should fail, the magnetic field of the electromagnets of the service and safety brake collapses and the compression springs of the service and safety brake close the brake, so that the brakes attached to the hoist Load is braked and held by both brakes in two ways. The braking power of both brakes together is very high, since each of the brakes alone can safely brake and hold the load of the hoist.

Es liegt auf der Hand, dass - beispielsweise bei einem Stromausfall - das Schließen der Betriebsbremse und der Sicherheitsbremse möglichst rasch erfolgen soll, damit die Last in der (kurzen) Zeitspanne zwischen dem Ausfall der Stromversorgung und dem Greifen der Betriebs- und der Sicherheitsbremse unter dem Einfluss der Schwerkraft möglichst wenig nach unten absinkt. Jedes Absinken der Last stellt ein erhebliches Gefährdungspotential für Menschen, die sich in der Nähe der Last befinden, oder auch Gerätschaften dar.It is obvious that - for example in the event of a power failure - the service brake and the safety brake should be closed as quickly as possible so that the load can be kept under the load in the (short) period between the power failure and the service and safety brake being activated Influence of gravity sinks down as little as possible. Every drop in the load poses a significant hazard potential for people who are in the vicinity of the load, or equipment.

Je weiter die Last absinkt, desto höher sind auch die Geschwindigkeit mit der sich die Last nach unten bewegt und deren kinetische Energie. Die kinetische Energie der Last wächst quadratisch mit der Geschwindigkeit der Last an. Diese kinetische Energie muss von der Betriebsbremse bzw. der Sicherheitsbremse abgebremst, d.h. vernichtet, werden. Demzufolge ist es günstig, wenn der Zeitraum zwischen dem Ausfall der Stromversorgung oder einer Störung des Elektromotors und dem Schließen der Betriebs- bzw. der Sicherheitsbremse möglichst kurz ist.The further the load sinks, the higher the speed at which the load moves down and its kinetic energy. The kinetic energy of the load increases quadratically with the speed of the load. This kinetic energy must be slowed down, i.e. destroyed, by the service brake or safety brake. Accordingly, it is favorable if the period of time between the failure of the power supply or a fault in the electric motor and the application of the service or safety brake is as short as possible.

Beim Unterbrechen der Stromversorgung vor einem Bremsengleichrichter der Betriebs-/oder der Sicherheitsbremse baut sich das Magnetfeld in der Spule langsam ab. Es liegt in der Natur des Elektromagneten, dass nach einem Spannungsabfall, wie er beim Unterbrechen der Stromversorgung auftritt, das Magnetfeld erst verzögert einfällt, weil die in dem Magnetfeld der Magnetspule (4) des Elektromagneten gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt und über einen Bremsgleichrichter (z.B. Freilaufdiode) vollständig entladen werden muss.When the power supply is interrupted before a brake rectifier of the service brake or the safety brake, the magnetic field in the coil slowly decreases. It is in the nature of the electromagnet that after a voltage drop, as occurs when the power supply is interrupted, the magnetic field is delayed because the energy stored in the magnetic field of the magnet coil (4) of the electromagnet is converted into electrical energy and fed via a brake rectifier ( e.g. freewheeling diode) must be completely discharged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremseinheit bereitzustellen, die besonders schnell anspricht, wenn die Stromversorgung der Elektromagnete unterbrochen wird, um die Belastung der Bremsen, aber auch des Hebezeugs zu verringern.The object of the invention is to provide a brake unit which responds particularly quickly when the power supply to the electromagnets is interrupted in order to reduce the load on the brakes but also on the hoist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Bremseinheit für elektrisch angetriebene Hebezeuge mit Elektromotor, wobei zum direkten Abbremsen einer Last des Hebezeugs eine einfach oder doppelt wirkende elektro-magnetisch gelüftete Haltebremse vorgesehen ist, wobei die Haltebremse eine Betriebsbremse mit einer ersten durch Federdruck beaufschlagten Bremsscheibe und einer ersten Magnetspule zum Betätigen einer ersten Ankerscheibe umfasst, wobei die erste Magnetspule über eine Zwischenschaltung umfassend eine Gleichrichterschaltung mit einer Stromversorgung verbunden oder von ihr getrennt wird, dadurch gelöst, dass stromversorgungsseitig ein Schaltelement angeordnet ist, und dass die Zwischenschaltung ein zwischen der Gleichrichterschaltung und der ersten Magnetspule angeordnetes erstes steuerbares Leistungshalbleiterelement umfasst, so dass die Stromversorgung der ersten Magnetspule sowohl vor als auch nach der Gleichrichterschaltung unterbrochen werden kann.This object is achieved according to the invention with a brake unit for electrically driven hoists with an electric motor, a single or double-acting electromagnetically released holding brake being provided for directly braking a load of the hoist, the holding brake being a service brake with a first brake disc acted upon by spring pressure and a first Magnetic coil for actuating a first armature disk, the first magnetic coil being connected to or disconnected from a power supply via an intermediate circuit comprising a rectifier circuit, solved in that a switching element is arranged on the power supply side, and in that the intermediate circuit is between the rectifier circuit and the first magnetic coil arranged first controllable power semiconductor element includes, so that the power supply to the first magnet coil can be interrupted both before and after the rectifier circuit.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, mittels der Zwischenschaltung die Spannung sowohl vor als auch nach der Gleichrichterschaltung zu unterbrechen und zum Unterbrechen nach der Gleichrichterschaltung ein steuerbares Leistungshalbleiterelement einzusetzen. Steuerbare Leistungshalbleiterelemente haben quasi keine Trägheit, d.h. sobald eine Steuerspannung zum Steuern des Leistungshalbleiterelements entsprechend geändert wird, wird der Stromfluss zum Versorgen der Magnetspule durch das steuerbare Leistungshalbleiterelement nahezu ohne zeitliche Verzögerung unterbrochen. Infolgedessen bricht das Magnetfeld der Magnetspule rascher zusammen und die Druckfedern der Bremseinheit bewegen die Ankerplatte früher von dem Joch des Bremsmagneten weg als dies bei herkömmlichen Schützen, die bisher bei einer Betriebsbremse Verwendung fanden, der Fall ist. In Folge dessen schließt die Betriebsbremse schneller. Herkömmliche Schütze arbeiten mit Elektromagneten und bewegten Teilen.According to the invention, it is therefore provided that the voltage is interrupted both before and after the rectifier circuit by means of the intermediate circuit and that a controllable power semiconductor element is used for the interruption after the rectifier circuit. Controllable power semiconductor elements have virtually no inertia, i.e. as soon as a control voltage for controlling the power semiconductor element is changed accordingly, the current flow for supplying the magnetic coil through the controllable power semiconductor element is interrupted almost without a time delay. As a result, the magnetic field of the solenoid coil collapses more quickly and the compression springs of the braking unit move the armature plate away from the yoke of the braking magnet sooner than conventional contactors previously used with a service brake. As a result, the service brake closes faster. Conventional contactors work with electromagnets and moving parts.

Durch die Verwendung des steuerbaren Leistungshalbleiterelements, das den Stromfluss zum Versorgen der Magnetspule nahezu ohne zeitliche Verzögerung unterbricht, wenn eine Steuerspannung zum Steuern des Leistungshalbleiterelements entsprechend geändert wird, kann der Zeitpunkt zum Betätigen der Bremse gezielt gesteuert werden. Vorteilhafterweise kann der Zeitpunkt zum Betätigen der Bremse derart präzise vorgegeben werden, dass die Bremse auch gezielt zeitverzögert betätigt werden kann. Es derartige gezielte Steuerung ist bei der Verwendung eines herkömmlichen Schützes nicht möglich.By using the controllable power semiconductor element, which interrupts the flow of current for supplying the magnetic coil with almost no delay when a control voltage for controlling the power semiconductor element is changed accordingly, the point in time at which the brake is actuated can be controlled in a targeted manner. Advantageously, the point in time at which the brake is actuated can be predetermined with such precision that the brake can also be actuated with a specific time delay. Such targeted control is not possible when using a conventional contactor.

Nachteilig bei einem herkömmlichen Schütz ist weiter das Auftreten von Abreißfunken oder Schaltlichtbögen beim Trennen der Kontakte - besonders, wenn induktive Lasten oder Gleichstrom geschaltet werden. Dies führt zu Kontaktabbrand und elektrischen Störemissionen.A further disadvantage of a conventional contactor is the occurrence of tearing sparks or switching arcs when the contacts are separated - especially when inductive loads or direct current are switched. This leads to contact erosion and electrical interference emissions.

Durch die Verwendung von einem steuerbaren Leistungshalbleiterelement arbeitet die Unterbrechung der Stromversorgung der Magnetspule mit verschleißfreien elektronischen Halbleitern und erreicht dadurch praktisch eine nahezu unbegrenzte Schalthäufigkeit und Schaltzuverlässigkeit. Weiter wird durch ein steuerbares Leistungshalbleiterelement im Vergleich zu einem herkömmlichen Schütz die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht.By using a controllable power semiconductor element, the interruption of the power supply to the magnet coil works with wear-free electronic semiconductors and thus achieves a practically unlimited switching frequency and switching reliability. Furthermore, the electromagnetic compatibility is increased by a controllable power semiconductor element compared to a conventional contactor.

Der erfindungsgemäße Wechsel von Schütz mit elektromagnetischer Betätigung zu einem steuerbaren Leistungshalbleiterelement erfordert keine tiefgreifenden Eingriffe in die Steuerung bzw. Verdrahtung der Bremseinheit, vielmehr kann sie auch bei bestehenden oder in Produktion befindlichen Bremseinheiten realisiert werden. Durch Dimensionierung und Parametrierung von Bauteilen der Zwischenschaltung kann die Erfindung an eine jeweiligen Bremse und an jeweilige Anforderungen optimal angepasst werden.The change from a contactor with electromagnetic actuation to a controllable power semiconductor element according to the invention does not require any far-reaching interventions in the control or wiring of the brake unit; on the contrary, it can also be implemented in existing brake units or those in production. By dimensioning and parameterization of components of the intermediate circuit, the invention can be adapted to a respective Brake and can be optimally adapted to the respective requirements.

In Folge der Unterbrechung der Stromversorgung kommt es unmittelbar zu einem Potentialanstieg in der Wicklung der Magnetspule. Zu diesem Zweck erweist es sich als vorteilhaft, dass die Zwischenschaltung wenigstens eine Diode, insbesondere eine Supressordiode, umfasst. Über die Supressordiode, auch bekannt als TVS-Diode, kann der Potentialanstieg abgeleitet werden, das Einfallen des Magnetfeldes und damit das Schließen der Bremse wird beschleunigt.As a result of the interruption in the power supply, there is an immediate increase in potential in the winding of the magnetic coil. For this purpose it proves to be advantageous that the intermediate circuit comprises at least one diode, in particular a suppressor diode. The rise in potential can be derived via the suppressor diode, also known as a TVS diode, and the application of the magnetic field and thus the closing of the brake is accelerated.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haltebremse weiter eine Sicherheitsbremse umfasst. Die Sicherheitsbremse ist vorteilhafterweise analog zur Betriebsbremse ausgebildet. Die Sicherheitsbremse umfasst eine zweite durch Federdruck beaufschlagte Bremsscheibe und eine zweite Magnetspule zum Betätigen einer zweiten Ankerscheibe, wobei die zweite Magnetspule über eine Zwischenschaltung umfassend eine Gleichrichterschaltung mit einer Stromversorgung verbunden oder von ihr getrennt wird. Weiter ist bei der Sicherheitsbremse vorgesehen, dass stromversorgungsseitig ein Schaltelement angeordnet ist, und dass die Zwischenschaltung ein zwischen der Gleichrichterschaltung und der zweiten Magnetspule angeordnetes zweites steuerbares Leistungshalbleiterelement umfasst, so dass die Stromversorgung der zweiten Magnetspule sowohl vor als auch nach der Gleichrichterschaltung unterbrochen werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the holding brake also includes a safety brake. The safety brake is advantageously designed analogously to the service brake. The safety brake includes a second spring loaded brake disc and a second solenoid for actuating a second armature disc, the second solenoid being connected to or disconnected from a power supply through an intermediate circuit comprising a rectifier circuit. Furthermore, the safety brake provides that a switching element is arranged on the power supply side, and that the intermediate circuit comprises a second controllable power semiconductor element arranged between the rectifier circuit and the second magnet coil, so that the power supply to the second magnet coil can be interrupted both before and after the rectifier circuit.

Bei bisher bekannten Hebezeugen war vorgesehen, dass die Betriebsbremse aktiv durch die Verwendung eines Schütz geschlossen wurde. Bei der Sicherheitsbremse war bisher kein Schütz vorgesehen. Durch den beschriebenen Aufbau der Sicherheitsbremse, hat die Sicherheitsbremse neben den oben bereits genannten positiven Effekten (Das Absinken der Last und die erforderliche Bremsarbeit werden verringert) einen weiteren positiven Effekt: Sowohl der Zeitpunkt zum Betätigen der Betriebsbremse als auch der Zeitpunkt zum Betätigen der Sicherheitsbremse kann gezielt gesteuert werden. Insbesondere können die beiden Bremsen mit einem vorgebbaren zeitlichen Versatz angesteuert werden. Dieser zeitliche Versatz reduziert die mechanische Stoßbelastung des Hebezeugs während des Bremsvorgangs.In previously known hoists, it was provided that the service brake was actively closed by using a contactor. Previously, no contactor was provided for the safety brake. Due to the structure of the safety brake described, the safety brake has a further positive effect in addition to the positive effects already mentioned above (the lowering of the load and the required braking work are reduced): Both the time to apply the service brake and the time to apply the safety brake can be changed be controlled in a targeted manner. In particular, the two brakes can be controlled with a definable time offset. This time offset reduces the mechanical shock load on the hoist during braking.

Es erweist sich als vorteilhaft, dass bei einer Bremseinheit umfassend die Betriebsbremse und die Sicherheitsbremse die Zwischenschaltung der ersten Magnetspule der Betriebsbremse und die Zwischenschaltung der zweiten Magnetspule der Sicherheitsbremse jeweils eine eigene Gleichrichterschaltung vorgesehen ist. Die beiden Gleichrichterschaltungen sind auf drei Phasen einer gemeinsamen Stromversorgung verteilt. Durch Verwenden einer eigenen Gleichrichterschaltung kann mit Sicherheit eine Fehlfunktion vermieden werden, der durch eine fehlende Phase verursacht wird. so wird sichergestellt, dass nur bei korrekter Stromversorgung beide Bremsen sicher öffnen.It has proven to be advantageous that in a braking unit comprising the service brake and the safety brake, the interposition of the first magnet coil of the service brake and the interposition of the second magnet coil of the safety brake are each provided with their own rectifier circuit. The two rectifier circuits are distributed over three phases of a common power supply. Using a dedicated rectifier circuit can surely avoid a malfunction caused by a missing phase. this ensures that both brakes can only be opened safely if the power supply is correct.

Bei dem ersten steuerbaren Leistungshalbleiterelement und/oder dem zweiten steuerbaren Leistungshalbleiterelement handelt es sich beispielsweise um einen Feldeffekttransistor, FET, insbesondere, MOSFET, insbesondere Leistungs-MOSFET.The first controllable power semiconductor element and/or the second controllable power semiconductor element is, for example, a field effect transistor, FET, in particular MOSFET, in particular power MOSFET.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das erste steuerbare Leistungshalbleiterelement und/oder das zweite steuerbare Leistungshalbleiterelement selbstsperrende Feldeffekttransistoren, FETs. Das hat zur Folge, dass die FETs die Stromversorgung zu dem oder den Elektromagneten der Bremseinheit unterbrechen, wenn keine Steuerspannung am Gate anliegt. Auch hier wird demnach wieder eine Fail-Safe-Funktionalität realisiert.In a further advantageous embodiment of the invention, the first controllable power semiconductor element and/or the second controllable power semiconductor element are normally off field effect transistors, FETs. As a result, the FETs interrupt the power supply to the brake unit's electromagnet(s) when no control voltage is applied to the gate. Here, too, a fail-safe functionality is implemented again.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Bremseinheit eine mit dem des ersten steuerbaren Leistungshalbleiterelement verbundene Auswerteeinheit und/oder eine mit dem zweiten steuerbaren Leistungshalbleiterelement verbundene Auswerteeinheit, wobei anhand der Auswerteeinheit die Funktion und/oder ein Zustand der Betriebsbremse und/oder der Sicherheitsbremse überwacht werden kann. Mit der Auswerteeinheit kann beispielsweise beim Betätigen der Bremse zum Öffnen der Stromfluss und/oder die benötigte Zeitdauer zum Öffnen der Bremse überwacht werden. Auf diese Weise kann der Zustand und Funktion der Bremsen überwacht werden. Weiter kann mittels der Auswerteeinheit ein Durchbruch an dem steuerbaren Leistungshalbleiterelement detektiert werden.In a further advantageous embodiment, the brake unit comprises an evaluation unit connected to the first controllable power semiconductor element and/or an evaluation unit connected to the second controllable power semiconductor element, it being possible for the function and/or a state of the service brake and/or the safety brake to be monitored using the evaluation unit. The evaluation unit can be used, for example, to monitor the flow of current and/or the time required to open the brake when the brake is actuated to open it. In this way, the condition and function of the brakes can be monitored. Furthermore, a breakdown in the controllable power semiconductor element can be detected by means of the evaluation unit.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Bremseinheit ein Steuergerät wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, den Zeitpunkt zum Betätigen der Betriebsbremse und/oder den Zeitpunkt zum Betätigen der Sicherheitsbremse gezielt zu steuern. In weiter Bildung dieses Erfindungsgedankens erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Steuergerät dazu ausgebildet ist, beim Betätigen Bremseinheit das erste steuerbare Leistungshalbleiterelement der Betriebsbremse zeitlich vor dem zweiten steuerbaren Leistungshalbleiterelement anzusteuern. Die Verzögerung zwischen Betriebsbremse und Sicherheitsbremse ist damit gezielt steuerbar. Dadurch wird die gewünschte zeitliche Verzögerung zwischen dem Ansprechen/Eingreifen der Betriebsbremse und der Sicherheitsbremse realisiert, mit den bereits erläuterten Vorzügen bezüglich der Begrenzung der mechanischen Belastungen des Hebezeugs.In a further advantageous refinement, the brake unit comprises a control unit, the control unit being designed to specifically control the point in time at which the service brake is actuated and/or the point in time at which the safety brake is actuated. In a further development of this idea of the invention, it proves to be advantageous if the control device is designed to activate the first controllable power semiconductor element of the service brake before the second controllable power semiconductor element when the brake unit is actuated. The delay between the service brake and the safety brake can thus be specifically controlled. As a result, the desired time delay between the response/intervention of the service brake and the safety brake is realized with the already explained Benefits in terms of limiting the mechanical loads on the hoist.

Auch beim Öffnen der Bremsen kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Bremsen zeitverzögert zu Betätigen. Der Aufbau eines Magnetfelds in den beiden Elektromagneten erfordert für sehr kurze Zeit hohe Ströme. Durch ein versetztes Ansteuern der beiden Elektromagneten kann verhindert werden, dass die Stromspitzen beider Elektromagneten zeitlich zusammenfallen und sich somit aufaddieren.When opening the brakes, it can also prove advantageous to apply the brakes with a time delay. The build-up of a magnetic field in the two electromagnets requires high currents for a very short time. An offset activation of the two electromagnets can prevent the current peaks of both electromagnets from coinciding in time and thus adding up.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung steuert das Steuergerät die Bremseinheit in Abhängigkeit von Steuersignalen einer übergeordneten Steuerung, insbesondere eine Motorsteuerung des Elektromotors, an. Alternativ ist es auch möglich, dass das Steuergerät für die Bremseinheit in eine übergeordnete Steuerung integriert ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the control device controls the brake unit as a function of control signals from a higher-level controller, in particular a motor controller for the electric motor. Alternatively, it is also possible for the control unit for the brake unit to be integrated into a higher-level controller.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further advantages and advantageous configurations of the invention can be found in the following drawing, its description and the patent claims. All features disclosed in the drawing, its description and the patent claims can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Es zeigen:

1 eine Kupplungsbremseinheit mit einer doppeltwirkenden elektromagnetisch gelüfteten Haltebremse;
2 ein Schaltbild (stark vereinfacht) der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung der Bremseinheit gemäß 1;
3 eine Beschaltung einer Haltebremse umfassend eine Betriebsbremse und eine Sicherheitsbremse;
4 einen beispielhaften Strom- und Spannungsverlauf an einer Magnetspule einer Haltebremse, und
5 weitere beispielhafte Stromverläufe an einer Magnetspule einer Haltebremse.

Show it:

1 a clutch brake unit with a double-acting electromagnetically released holding brake;
2 a circuit diagram (greatly simplified) of the electrical circuit of the brake unit according to the invention 1 ;
3 a wiring of a holding brake comprising a service brake and a safety brake;
4 an exemplary current and voltage curve at a magnetic coil of a holding brake, and
5 further exemplary current curves on a magnetic coil of a holding brake.

Die in 1 dargestellte Kupplungs-Bremseinheit für ein elektrisch angetriebenes Hebezeug ist hinsichtlich ihrer konstruktiven Merkmale aus der DE 210 2008 126 247 A1 bekannt. Daher wird bezüglich der Offenbarung der konstruktiven Merkmale weitgehend auf diese Druckschrift Bezug genommen. Die Bremseinheit weist im Kraftfluss zwischen einem nicht weiter dargestellten Antriebsmotor und einer nicht dargestellten Getriebe-Eingangswelle eine Rutschkupplung 1 und zum Abbremsen der Last eine in Eingriff mit der Motorwelle 2 befindliche doppeltwirkende, elektromagnetisch gelüftete Haltebremse auf. Die Rutschkupplung 1 verhindert die Überlast im Antriebsstrang und bewahrt den Antriebsstrang vor bleibenden Schäden. Die erfindungsgemäße Bremseinheit kann auch ohne Rutschkupplung realisiert werden.In the 1 shown clutch-brake unit for an electrically powered hoist is in terms of their design features from DE 210 2008 126 247 A1 known. Therefore, with regard to the disclosure of the design features, reference is largely made to this document. The brake unit has a slipping clutch 1 in the power flow between a drive motor (not shown) and a transmission input shaft (not shown) and a double-acting, electromagnetically released holding brake that engages with the motor shaft 2 to brake the load. The slipping clutch 1 prevents overloading in the drive train and protects the drive train from permanent damage. The brake unit according to the invention can also be implemented without a slipping clutch.

Die Elektromagnete 33, 35 der Haltebremse umfassen jeweils eine Ankerscheibe 3.1 und 3.2. Die Ankerscheiben 3.1, 3.2 werden mit der Federkraft von nicht dargestellten Druckfedern beaufschlagt. Wenn die Elektromagnete 33, 35 bestromt sind, sind die von den Magneten 33, 35 auf die Ankerscheiben 3.1, 3.2 ausgeübten Magnetkräfte größer als die Federkraft der Druckfedern. Sobald die Stromversorgung der Magnete 33, 35 unterbrochen wird, drücken die Druckfedern die Ankerscheiben 3.1, 3.2 gegen die Bremsscheiben 5, 7, so dass die Sicherheitsbremse 6 und die Betriebsbreme 8 schließen.The electromagnets 33, 35 of the holding brake each include an armature disk 3.1 and 3.2. The armature disks 3.1, 3.2 are acted upon by the spring force of compression springs, not shown. When the electromagnets 33, 35 are energized, the magnetic forces exerted by the magnets 33, 35 on the armature disks 3.1, 3.2 are greater than the spring force of the compression springs. As soon as the power supply to the magnets 33, 35 is interrupted, the compression springs press the armature disks 3.1, 3.2 against the brake disks 5, 7, so that the safety brake 6 and the service brake 8 close.

Die Betriebsbremse 8 mit einer ersten Bremsscheibe 7 ist kupplungsseitig gegenüber der Sicherheitsbremse 6 mit einer zweiten Bremsscheibe 5 angeordnet, deren konstruktiven Merkmale identisch sind.The service brake 8 with a first brake disk 7 is arranged on the clutch side opposite the safety brake 6 with a second brake disk 5, the design features of which are identical.

Die Rutschkupplung 1 besteht aus einem Kupplungsflansch 9, der mit einem Reibbelag 11 versehen ist und aus einer Kupplungsscheibe 13, die axial verschiebbar aber drehfest auf der Motorwelle 2 befestigt ist. Die Befestigung erfolgt mit einer längeren Passfeder 12. Anstelle der Passfeder 12 kann die Motorwelle 2 zur Übertragung des Drehmoments ein Vielnutprofil oder ein Keilwellenprofil mit einer Keilwellenverzahnung aufweisen. Der Kupplungsflansch 9, gegenüber der Kupplungsscheibe 13, ist in Achsrichtung ortsfest und drehbar mit einem Radiallager 14 in einem Flansch 31 der Kupplungs-Bremseinheit gelagert. Das Einstellen des Rutschmoments erfolgt mit einer konzentrisch zu der Motorwelle 2 angeordneten Kupplungsdruckfeder 16 über eine Spannbuchse 17 sowie eine Spannhülse 18, die mit einer Spannmutter 19 betätigt wird. Diese Spannelemente der Rutschkupplung 1 sind axialbeweglich. Die gegen die Kupplungsscheibe 13 wirkende Spannbuchse 17 ist mit der längeren Passfeder 12 ebenso axial verschiebbar wie die Kupplungsscheibe 13 und drehfixiert angeordnet. Dadurch wird die Kupplungsscheibe 13 beim Anspannen der Kupplungsdruckfeder 16 mit dem gewünschten Rutschmoment gegen den Kupplungsflansch 9 beziehungsweise den Reibbelag 11 gedrückt.The slipping clutch 1 consists of a clutch flange 9, which is provided with a friction lining 11, and a clutch disc 13, which is fastened to the motor shaft 2 so that it can be displaced axially but is non-rotatable. It is fastened with a longer feather key 12. Instead of the feather key 12, the motor shaft 2 can have a multi-groove profile or a splined shaft profile with splined teeth to transmit the torque. The clutch flange 9, opposite the clutch disc 13, is stationary in the axial direction and rotatably mounted with a radial bearing 14 in a flange 31 of the clutch-brake unit. The slip torque is set with a clutch compression spring 16 arranged concentrically to the motor shaft 2 via a clamping bush 17 and a clamping sleeve 18 which is actuated with a clamping nut 19 . These clamping elements of the slip clutch 1 are axially movable. The clamping bushing 17 acting against the clutch disc 13 is arranged with the longer feather key 12 so that it can be moved axially like the clutch disc 13 and is rotationally fixed. As a result, the clutch disc 13 is pressed against the clutch flange 9 or the friction lining 11 with the desired slip torque when the clutch compression spring 16 is tensioned.

Zugleich besitzt die Spannbuchse 17 eine Außenverzahnung zur Mitnahme der Bremsscheibe 5 der Sicherheitsbremse 6, die zur Kraftübertragung eine passgerechte Innenverzahnung oder Profilierung aufweist. Damit ist die Bremsscheibe 5 der Sicherheitsbremse 6 gegenüber der Spannbuchse 17 gleichfalls axialbeweglich und drehfixiert gelagert. Die Passung kann als Spielpassung ausgelegt werden, so dass sich die Bremsscheibe 5 auf der Spannbuchse 17 leicht axial verschieben lässt und das Drehmoment der Welle auf die Bremsscheibe 5 übertragen wird. Über die Spannbuchse 17 und die längere Passfeder 12 ist die Bremsscheibe 5 mit der Kupplungsscheibe 13 damit kraftschlüssig verbunden. Durch die Anordnung der Spannbuchse 17 und der Kupplungsdruckfeder 16 mit der Spannhülse 18 innerhalb des Bremsmagnetkörpers 21 kann die Kupplungs-Bremseinheit sehr kompakt ausgeführt werden.At the same time, the clamping bushing 17 has external teeth for entrainment of the brake disc 5 of the safety brake 6, which has internal teeth or profiling that fit the power transmission. Thus, the brake disc 5 of the safety brake 6 is also mounted axially movable and rotationally fixed relative to the clamping bush 17 . The fit can be designed as a clearance fit, so that the brake disk 5 can be easily moved axially on the clamping bush 17 and the torque of the shaft is transmitted to the brake disk 5. The brake disk 5 is thus non-positively connected to the clutch disk 13 via the clamping bushing 17 and the longer feather key 12 . The arrangement of the clamping bushing 17 and the clutch compression spring 16 with the clamping sleeve 18 within the brake magnet body 21 allows the clutch-brake unit to be made very compact.

Spiegelbildlich gesehen weist die auf der gegenüberliegenden Seite des Bremsmagnetkörpers 21 angeordnete Bremsscheibe 7 der Betriebsbremse 8 mit der Spannhülse 18 die gleiche Innenverzahnung beziehungsweise Außenverzahnung oder ein Keilwellenprofil mit Spielpassung auf. Die Bremsscheibe 7 der Betriebsbremse 8 und die Spannhülse 18 sind in Achsrichtung verschiebbar gelagert, wobei die Spannhülse 18 auf der Motorwelle 2 drehfest mit einem Passfederelement 22 angeordnet ist. Anstelle des Passfederelements 22 kann ebenso ein Vielnutprofil oder ein Keilwellenprofil verwendet werden.Seen as a mirror image, the brake disk 7 of the service brake 8 arranged on the opposite side of the brake magnet body 21 has the same internal toothing or external toothing with the clamping sleeve 18 or a spline profile with a loose fit. The brake disc 7 of the service brake 8 and the clamping sleeve 18 are mounted so as to be displaceable in the axial direction, with the clamping sleeve 18 being arranged on the motor shaft 2 in a rotationally fixed manner with a feather key element 22 . Instead of the feather key element 22, a multi-groove profile or a spline profile can also be used.

Der zwischen den Bremsscheiben 5, 7 angeordnete Bremsmagnetkörper 21 ist zusammengefügt aus einer linken Magnetspule 4 und einer spiegelbildlich angeordneten rechten Magnetspule 4 mit jeweils einer Ankerscheibe 3.1, 3.2. Die Magnetspulen 4 werden bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Halterung zusammengehalten.The brake magnet body 21 arranged between the brake disks 5, 7 is composed of a left-hand magnet coil 4 and a right-hand magnet coil 4 arranged in mirror image, each with an armature disk 3.1, 3.2. In this exemplary embodiment, the magnetic coils 4 are held together by a holder.

Beim Stromdurchfluss durch die Magnetspule 4 werden die Ankerscheiben 3.1. 3.2 durch den Bremsmagnetkörper 21 angezogen. Beim Abschalten der Magnetspule 4 werden die Ankerscheiben 3.1, 3.2 freigegeben und durch mehrere in Bewegungsrichtung wirkende Spiralfedern (nicht sichtbar in 1), die in den Innenbohrungen des Bremsmagnetkörpers 21 angeordnet sind, in Richtung der Bremsscheibe 5 für die Sicherheitsbremse 6 und die Bremsscheibe 7 der Betriebsbremse 8 gedrückt.When current flows through the magnetic coil 4, the armature disks 3.1. 3.2 attracted by the brake magnet body 21. When the magnetic coil 4 is switched off, the armature disks 3.1, 3.2 are released and held in place by several spiral springs (not visible in Fig 1 ), which are arranged in the inner bores of the brake magnet body 21, pressed in the direction of the brake disc 5 for the safety brake 6 and the brake disc 7 of the service brake 8.

In 2 sind die elektrische Stromversorgung und die Schaltung eines Elektromotors 31 sowie eines ersten Elektromagneten 35 der Betriebsbremse 8 und eines zweiten Elektromagneten 33 der Sicherheitsbremse 6 dargestellt.In 2 the electrical power supply and the circuit of an electric motor 31 and a first electromagnet 35 of the service brake 8 and a second electromagnet 33 of the safety brake 6 are shown.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 31 ein Drehstrom- oder Wechselstrommotor, der mit Wechsel- bzw. Drehstrom (AC) versorgt wird. Die Bestromung des Elektromotors 31 erfolgt über eine Schalteinheit 39, welche nicht nur das Ein- und Ausschalten des Elektromotors 31 übernimmt, sondern auch die Drehrichtung des Elektromotors 31 steuert. Angesteuert wird die Schalteinheit 39 von einer übergeordneten Steuerung 41. Diese Steuerung 41 erhält verschiedene Eingangssignale, beispielsweise von einem Bediengerät (nicht dargestellt) und Sensoren.In the exemplary embodiment shown, the electric motor 31 is a three-phase or alternating current motor that is supplied with alternating current or three-phase current (AC). The electric motor 31 is energized via a switching unit 39 which not only switches the electric motor 31 on and off, but also controls the direction of rotation of the electric motor 31 . The switching unit 39 is controlled by a higher-level controller 41. This controller 41 receives various input signals, for example from an operating device (not shown) and sensors.

Wenn beispielsweise der Bediener des Hebezeugs das Anheben der Last wünscht, wird ein entsprechendes Signal von dem Bediengerät an die übergeordnete Steuerung 41 übermittelt, welche dieses dann unter anderem in ein Steuersignal für die Schalteinrichtung 39 des Elektromotors umsetzt. Dabei kann beispielsweise die Drehrichtung des Motors 31 gesteuert werden.For example, if the operator of the hoist wants the load to be lifted, a corresponding signal is transmitted from the operating device to the higher-level controller 41, which then converts this into a control signal for the switching device 39 of the electric motor, among other things. In this case, for example, the direction of rotation of the motor 31 can be controlled.

Der erste Elektromagnet 35 und der zweite Elektromagnet 33 werden über separate Stromversorgungen mit Gleichstrom DC versorgt. Wenn der zweite Magnet 33 bestromt ist, zieht die zugehörige Spule die zweite Ankerplatte 3.1 (siehe 1) gegen die Kraft der Druckfedern an, so dass die Sicherheitsbremse 6 geöffnet wird. Wenn die Stromversorgung zu dem zweiten Magnet 33 unterbrochen wird, dann bricht das Magnetfeld des Elektromagneten zusammen und die Federkraft der in der Bremseinheit vorhandenen Druckfedern schließt die Sicherheitsbremse 6.The first electromagnet 35 and the second electromagnet 33 are supplied with direct current DC via separate power supplies. When the second magnet 33 is energized, the associated coil pulls the second armature plate 3.1 (see 1 ) against the force of the compression springs, so that the safety brake 6 is opened. If the power supply to the second magnet 33 is interrupted, the magnetic field of the electromagnet collapses and the spring force of the compression springs present in the brake unit closes the safety brake 6.

In entsprechender Weise führt das Bestromen des ersten Magneten 35 zum Öffnen der Betriebsbremse 8. Sobald die Stromversorgung des ersten Elektromagneten 35 unterbrochen wird, schließt die Betriebsbremse 8.In a corresponding manner, energizing the first magnet 35 opens the service brake 8. As soon as the power supply to the first electromagnet 35 is interrupted, the service brake 8 closes.

Die Stromversorgung des ersten Magneten 35 wird durch ein erstes steuerbares Leistungshalbleiterelement 45 geöffnet bzw. geschlossen, während die Stromversorgung des zweiten Elektromagneten 33 durch ein zweites steuerbares Leistungshalbleiterelement 43 geschlossen oder unterbrochen wird. Das erste und das zweite steuerbare Leistungshalbleiterelement 43, 45 sind über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) mit einem Steuergerät 47 verbunden. Dieses Steuergerät 47 ist für die Ansteuerung der Schaltelemente 43, 45 zuständig. Das Steuergerät 47 kann auch in die übergeordnete Steuerung 41 integriert sein.The power supply of the first magnet 35 is opened or closed by a first controllable power semiconductor element 45 , while the power supply of the second electromagnet 33 is closed or interrupted by a second controllable power semiconductor element 43 . The first and the second controllable power semiconductor element 43, 45 are connected to a control unit 47 via signal lines (without reference numbers). This control unit 47 is responsible for activating the switching elements 43 , 45 . The control device 47 can also be integrated into the higher-level controller 41 .

Das Steuergerät 47 wird in Abhängigkeit von Signalen der übergeordneten Steuerung 41 betätigt. Wenn also beispielsweise die übergeordnete Steuerung 41 das Anheben einer Last bewirken will, dann werden sowohl die Schalteinrichtung 39 für den Elektromotor angesteuert als auch mittelbar über das Steuergerät 47 auch das erste und das zweite steuerbare Leistungshalbleiterelement 43 bzw. 45. Anders ausgedrückt: Wenn der Motor 31 mit Strom geschlossen ist (d. h. die Stromversorgung ist geschlossen), dann sind die Stromversorgungen der Elektromagnete 33 und 35 ebenfalls geschlossen, so dass die Betriebsbremse 8 und die Sicherheitsbremse 6 offen sind. Dann kann der Motor 31 die Last an dem Hebezeug anheben oder absenken.The control device 47 is actuated as a function of signals from the higher-level controller 41 . If, for example, the higher-level controller 41 wants to raise a load, then both the switching device 39 for the electric motor and the first and second controllable power semiconductor elements 43 and 45 are controlled indirectly via the control unit 47. In other words: if the motor 31 is closed with power (ie the power supply is closed), then the power supplies of the electromagnets 33 and 35 are also closed sen, so that the service brake 8 and the safety brake 6 are open. Then the motor 31 can raise or lower the load on the hoist.

Es ist beispielsweise vorgesehen, dass das erste steuerbare Leistungshalbleiterelement 45 und/oder das zweite erste steuerbare Leistungshalbleiterelement 43 als Feldeffekttransistoren (FETs) ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass über die Signalleitungen an die Leistungshalbleiterelemente 43 bzw. 45 eine Gatespannung angelegt werden kann.Provision is made, for example, for the first controllable power semiconductor element 45 and/or the second, first controllable power semiconductor element 43 to be in the form of field effect transistors (FETs). This means that a gate voltage can be applied to the power semiconductor elements 43 and 45 via the signal lines.

In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Feldeffekttransistoren als selbstsperrende Feldeffekttransistoren ausgebildet, so dass, wenn keine Gatespannung an den Schaltelementen 43 bzw. 45 anliegt (Gatespannung = 0 V), die Stromversorgung zu den Elektromagneten 33 bzw. 35 unterbrochen ist.In an advantageous embodiment, the field effect transistors are designed as normally off field effect transistors, so that when there is no gate voltage at the switching elements 43 or 45 (gate voltage=0 V), the power supply to the electromagnets 33 or 35 is interrupted.

Wenn das Steuergerät 47 eine entsprechende Gatespannung über die Signalleitungen an den Leistungshalbleiterelementen 43 bzw. 45 anlegt, dann werden die FETs durchgängig, so dass die Stromversorgung der Elektromagnete 33 und 35 geschlossen ist und die Ankerplatten 3.1 und 3.2 angezogen werden. In der 2 sind die Drain-Seite und die Source-Seite der Schaltelemente mit D bzw. S angegeben. Diese Nomenklatur ist im Bereich der Feldeffekttransistoren üblich.When the control unit 47 applies a corresponding gate voltage via the signal lines to the power semiconductor elements 43 and 45, the FETs become conducting so that the power supply to the electromagnets 33 and 35 is closed and the armature plates 3.1 and 3.2 are attracted. In the 2 the drain side and the source side of the switching elements are indicated by D and S, respectively. This nomenclature is common in the field of field effect transistors.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Bremsbeschaltung sind in 3 dargestellt.Further details of the brake circuit according to the invention are given in 3 shown.

3 zeigt die Beschaltung der Bremseinheit mit einer Haltebremse. Schematisch ist in 3 eine Betriebsbremse 8 und eine Sicherheitsbremse 6 dargestellt. Die Betriebsbremse 8, insbesondere die Magnetspule 4 der Betriebsbremse 8, wird über eine Zwischenschaltung 50 umfassend eine Gleichrichterschaltung 52 mit einer Stromversorgung verbunden oder von ihr getrennt. Stromversorgungsseitig ist ein Schaltelement 54, insbesondere Hauptschalter, zum Unterbrechen der Stromversorgung vorgesehen. Die Zwischenschaltung 50 umfasst weiter ein zwischen der Gleichrichterschaltung 52 und der ersten Magnetspule 4 angeordnetes erstes steuerbares Leistungshalbleiterelement 45. Die Stromversorgung der ersten Magnetspule 4 der Betriebsbremse 8 kann dementsprechend sowohl vor als auch nach der Gleichrichterschaltung 52 unterbrochen werden. In 3 ist weiter schematische eine Ansteuerung 56 des steuerbaren Leistungshalbleiterelements 45 dargestellt. 3 shows the wiring of the brake unit with a holding brake. Schematic is in 3 a service brake 8 and a safety brake 6 are shown. The service brake 8, in particular the magnetic coil 4 of the service brake 8, is connected to or disconnected from a power supply via an intermediate circuit 50 comprising a rectifier circuit 52. On the power supply side, a switching element 54, in particular a main switch, is provided for interrupting the power supply. The intermediate circuit 50 further includes a first controllable power semiconductor element 45 arranged between the rectifier circuit 52 and the first magnet coil 4. The power supply to the first magnet coil 4 of the service brake 8 can accordingly be interrupted both before and after the rectifier circuit 52. In 3 a control 56 of the controllable power semiconductor element 45 is also shown schematically.

Die Ansteuerung wird beispielsweise anhand eines (nicht dargestellten) Steuergeräts 47 realisiert. Das Steuergerät 47 ist beispielsweise dazu ausgebildet, den Zeitpunkt zum Betätigen der Betriebsbremse gezielt zu steuern durch gezieltes Ansteuern des Leistungshalbleiterelements 45 zu steuern.The control is implemented, for example, using a control unit 47 (not shown). Control unit 47 is designed, for example, to specifically control the point in time at which the service brake is actuated by specifically activating power semiconductor element 45 .

In die Ansteuerung 56 kann auch eine Auswertefunktion integriert sein. Alternativ kann auch eine nicht dargestellte separate Auswerteeinheit vorgesehen sein. Anhand der Auswertefunktion bzw. der Auswerteeinheit kann die Funktion und/oder ein Zustand der Betriebsbremse überwacht werden.An evaluation function can also be integrated into the control 56 . Alternatively, a separate evaluation unit (not shown) can also be provided. The function and/or a state of the service brake can be monitored using the evaluation function or the evaluation unit.

Beim Unterbrechen der Stromversorgung zum Betätigen der Betriebsbremse wird die in dem Magnetfeld der Magnetspule 4 des Elektromagneten gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt und über ein geeignetes Bauelement entladen. Die Entladung erfolgt beispielsweise anhand einer Diode 58, insbesondere eine Supressordiode. Die Diode 58 ist beispielsweise antiparallel geschaltet, das bedeutet, dass die Diode 58 im „Normalbetrieb“ in Sperrrichtung geschaltet ist. Nach der Unterbrechung der Stromversorgung ist die Diode 58 dann für den Induktionsstrom durchlässig.When the power supply is interrupted to actuate the service brake, the energy stored in the magnetic field of the magnetic coil 4 of the electromagnet is converted into electrical energy and discharged via a suitable component. The discharge takes place, for example, using a diode 58, in particular a suppressor diode. The diode 58 is connected anti-parallel, for example, which means that the diode 58 is connected in the reverse direction in “normal operation”. After the power supply has been interrupted, the diode 58 is then conductive for the induction current.

Die Zwischenschaltung kann vorteilhafterweise noch weitere Bauelemente, insbesondere Widerstände und Dioden, insbesondere Supressordioden, umfassen. Durch geeignete Wahl und Dimensionierung der Bauelemente kann die Zwischenschaltung an verschiedene Dimensionierungen der Haltebremse angepasst werden. Vorteilhafterweise kann eine weitere Diode, insbesondere Supressordiode, zum Schutz des Leistungshalbleiterelements 45 vorgesehen sein.The intermediate circuit can advantageously also include other components, in particular resistors and diodes, in particular suppressor diodes. By suitably selecting and dimensioning the components, the intermediate circuit can be adapted to different dimensions of the holding brake. A further diode, in particular a suppressor diode, can advantageously be provided to protect the power semiconductor element 45 .

Weiter ist in 3 schematisch eine Zwischenschaltung 60 der Sicherheitsbremse 6 dargestellt. Die Zwischenschaltung 60 der Sicherheitsbremse 6 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform analog zur Zwischenschaltung 50 der Betriebsbremse 8 ausgebildet. Die Zwischenschaltung 60 der Sicherheitsbremse 6 umfasst dementsprechend eine Gleichrichterschaltung 62, ein Schaltelement 64, ein zweites steuerbares Leistungshalbleiterelement 43, eine Ansteuerung 66 und eine Diode 68.Next is in 3 an intermediate circuit 60 of the safety brake 6 is shown schematically. According to the illustrated embodiment, the intermediate circuit 60 of the safety brake 6 is designed analogously to the intermediate circuit 50 of the service brake 8 . The intermediate circuit 60 of the safety brake 6 accordingly comprises a rectifier circuit 62, a switching element 64, a second controllable power semiconductor element 43, a control 66 and a diode 68.

Die Bauelemente der Zwischenschaltung 60 der Sicherheitsbremse 6 und der Zwischenschaltung 50 der Sicherheitsbremse 8 können sich in ihrer Dimensionierung unterscheiden.The components of the intermediate circuit 60 of the safety brake 6 and the intermediate circuit 50 of the safety brake 8 can differ in their dimensioning.

Beim Ansteuern der Leistungshalbleiterelemente 45 und 43 erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Steuergerät 47 dazu ausgebildet ist, beim Betätigen das erste steuerbare Leistungshalbleiterelement 45 der Betriebsbremse 8 zeitlich vor dem zweiten steuerbaren Leistungshalbleiterelement 43 der Sicherheitsbremse 6 anzusteuern. Dadurch kann eine zeitliche Verzögerung zwischen dem Auslösen der Betriebsbremse und der Sicherheitsbremse vorgegeben werden. Beispielsweise kann es sich dabei um eine zeitliche Verzögerung von 0,2 bis 0,4 Sekunden handeln.When activating power semiconductor elements 45 and 43, it has proven to be advantageous if control unit 47 is designed to activate first controllable power semiconductor element 45 of service brake 8 before second controllable power semiconductor element 43 of safety brake 6 when it is actuated. This can cause a time delay between the triggering of the service brake and the safety brake are specified. For example, this can be a time delay of 0.2 to 0.4 seconds.

4 zeigt einen beispielhaften Strom- und Spannungsverlauf an einer Magnetspule 4, beispielsweise einer Betriebsbremse 8 oder einer Sicherheitsbremse 8. Die Verläufe sind über eine Zeitdauer von 0.0 sec bis 1,0 sec dargestellt. Die Skala für die Spannung ist für Werte von -500 V bis 600 V dargestellt, die Skala für den Strom ist für Werte von -20 mA bis 200 mA dargestellt. 4 shows an example current and voltage curve at a magnet coil 4, for example a service brake 8 or a safety brake 8. The curves are shown over a period of 0.0 sec to 1.0 sec. Voltage scale is shown for values from -500V to 600V, current scale is shown for values from -20mA to 200mA.

Die Kurve des Spannungsverlaufs ist mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichnet. Die Kurve des Stromverlaufs ist mit dem Bezugszeichen 72 gekennzeichnet.The curve of the voltage progression is marked with reference number 70 . The curve of the course of the current is marked with the reference number 72 .

Zum Zeitpunkt t = 0,1 s wird die Versorgung der Magnetspule 4 eingeschaltet und zum Zeitpunkt t = 0,8 s wird die Versorgung über das Leistungshalbleiterelement 43, 45 abgeschaltet.At time t=0.1 s the supply of the magnet coil 4 is switched on and at time t=0.8 s the supply via the power semiconductor element 43, 45 is switched off.

Zum Zeitpunkt t = 0,8 s beträgt die Spannung an der 0 V, das Leistungshalbleiterelement ist aber noch leitend. Der Strom fließt im Freilauf und sinkt.At time t = 0.8 s, the voltage at the is 0 V, but the power semiconductor element is still conductive. The current flows freely and decreases.

Zum Zeitpunkt t = 0,810 s ist das Leistungshalbleiterelement komplett gesperrt, und die Spannung sinkt weiter und wird negativ aufgrund der Entladung über die Supressordiode, die nun leitend wird.At time t = 0.810 s, the power semiconductor element is completely blocked and the voltage continues to drop and becomes negative due to the discharge through the suppressor diode, which now becomes conductive.

Der Strom sinkt ab dem Zeitpunkt t = 0,810 s schneller. Zum Zeitpunkt t = 0,85 s ist die Magnetspule 4 vollständig strom- und spannungslos.The current decreases faster from the time t = 0.810 s. At time t=0.85 s, the magnet coil 4 is completely currentless and voltage-free.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Abschaltung des Leistungshalbleiterelements nach 10 ms an der Magnetspule 4 wirksam. Durch Ändern der Beschaltungsdimensionierung können auch größere oder kleinere Zeiten erreicht werden.According to the exemplary embodiment shown, the switching off of the power semiconductor element becomes effective after 10 ms at the magnet coil 4 . Longer or shorter times can also be achieved by changing the wiring dimensioning.

Eine herkömmliche Schützsteuerung, beispielsweise ein Leistungsschütz wie der LC1K0901Q7 (400 Vac Spule) von Schneider Electric, weist eine Ansprechzeit von 10 bis 20 ms sowohl beim Einschalten als auch beim Abschalten auf. Die Verzögerung kann dabei nicht exakt vorgegeben werden.A conventional contactor control, for example a power contactor such as Schneider Electric's LC1K0901Q7 (400 Vac coil), has a response time of 10 to 20 ms for both switch-on and switch-off. The delay cannot be specified exactly.

Beim Abschalten mit der Schützsteuerung kommt es zu einem Schaltlichtbogen, der sehr hohe Spannungswerte erreichen kann und eine Quelle für EMV-Emissionen darstellt. Durch den Lichtbogen kommt es auch zum Kontaktabbrand und einer damit einhergehenden beschränkten Lebensdauer des Schützes. Da der Lichtbogen regulär erst beim Nulldurchgang des Stromes erlischt oder wenn die Luftstrecke größer als die entsprechend notwendige Spannung zur Aufrechterhaltung wird und die Bremsspule ein Gleichstromverbraucher ist, muss der Lichtbogen durch externe Löschglieder begrenzt werden. Unabhängig davon ist die Lichtbogendauer nicht einfach zu bestimmen und kommt zur mechanischen Abschaltdauer hinzu.Switching off with the contactor control results in a switching arc that can reach very high voltage values and is a source of EMC emissions. The arcing also leads to contact erosion and the associated limited service life of the contactor. Since the arc is normally only extinguished when the current crosses zero or if the air gap is greater than the voltage required to maintain it and the brake coil is a DC consumer, the arc must be limited by external quenching elements. Irrespective of this, the arc duration is not easy to determine and is added to the mechanical switch-off duration.

Aus den dargestellten Strom- und Spannungsverläufen ist die kürzere Ansprechdauer der erfindungsgemäßen Bremseneinheit mit einem steuerbaren Leistungshalbleiterelement gegenüber einer herkömmlichen mit Schütz-Ansteuerung ersichtlich. Im Vergleich zu einem Schütz schließt die erfindungsgemäße Betriebsbremse, deren Elektromagnet von einem steuerbaren Leistungshalbleiterelement geschaltet wird, um etwa 0,2 Sekunden früher.The shorter response time of the brake unit according to the invention with a controllable power semiconductor element compared to a conventional one with contactor control can be seen from the current and voltage curves shown. Compared to a contactor, the service brake according to the invention, whose electromagnet is switched by a controllable power semiconductor element, closes about 0.2 seconds earlier.

5 zeigt einen Vergleich zwischen einem Stromverlauf mit einer AC-seitigen Abschaltung, vgl. Kurve 74, und einem Stromverlauf mit einer DC-seitigen Abschaltung, vgl. Kurve 72. Die Verläufe sind über eine Zeitdauer von 0.0 sec bis 1,5 sec dargestellt. Die Skala für den Strom ist für Werte von -20 mA bis 200 mA dargestellt. Der Stromverlauf 72 entspricht dem Stromverlauf 72 aus 4. Zum Zeitpunkt t = 0,1 s wird die Versorgung der Magnetspule 4 eingeschaltet. 5 12 shows a comparison between a current profile with a disconnection on the AC side, see curve 74, and a current profile with a disconnection on the DC side, see curve 72. The profiles are shown over a period of 0.0 sec to 1.5 sec. The current scale is shown for values from -20 mA to 200 mA. The current profile 72 corresponds to the current profile 72 from 4 . At the time t=0.1 s, the supply to the magnetic coil 4 is switched on.

Bei der DC-seitigen Abschaltung wird zum Zeitpunkt t = 0,8 s die Versorgung über das Leistungshalbleiterelement 43, 45 abgeschaltet, vgl. Kurve 72.When the DC side is switched off, the supply is switched off via the power semiconductor element 43, 45 at the time t=0.8 s, see curve 72.

Bei der AC-seitigen Abschaltung wird zum Zeitpunkt t = 0,8 s die Versorgung über das Schaltelement 54, 64 abgeschaltet, vgl. Kurve 74.When the AC side is switched off, the supply is switched off via switching element 54, 64 at time t=0.8 s, see curve 74.

Bis zum Zeitpunkt t = 0,810 s ist der Verlauf der Kurven 72, 74 nahezu identisch.Up to time t=0.810 s, the progression of curves 72, 74 is almost identical.

Bei einer DC-seitigen Abschaltung ist die Magnetspule 4 zum Zeitpunkt t = 0,85 s komplett stromlos. Bei einer AC-seitigen Abschaltung ist die Magnetspule 4 erst ca. bei zum Zeitpunkt t = 1,5 s stromlos. Anhand des Stromverlaufs 74 lässt sich der genaue Zeitpunkt, wann die Bremse genau schließt, nicht genau bestimmen. Ein Richtwert aus der Industrie gibt einen „Faktor 8 - 10“ an, also im Bereich t = 1,2 s bis 1,3 s, wenn der Strom schon auf 5 % des Nominalstroms gesunken ist.When the DC side is switched off, the magnetic coil 4 is completely de-energized at the point in time t=0.85 s. When the AC side is switched off, the magnetic coil 4 is only de-energized at about the time t=1.5 s. The exact point in time at which the brake closes exactly cannot be precisely determined on the basis of the current profile 74 . A guide value from the industry specifies a "factor of 8 - 10", i.e. in the range t = 1.2 s to 1.3 s, when the current has already dropped to 5% of the nominal current.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1184329 [0001]
DE 102008026247 A1 [0007]
DE 102008026247 B4 [0007]
DE 2102008126247 A1 [0032]

Claims

Brake unit for electrically driven hoists with an electric motor (31), a single or double-acting electromagnetically released holding brake (1) being provided for directly braking a load of the hoist, the holding brake (1) having a service brake (8) with a first through spring-loaded brake disk (7) and a first magnetic coil (4) for actuating a first armature disk (3.2), the first magnetic coil (4) being connected to or disconnected from a power supply via an intermediate circuit (50) comprising a rectifier circuit (52). is, characterized in that a switching element (54) is arranged on the power supply side, and in that the intermediate circuit (50) comprises a first controllable power semiconductor element (45) arranged between the rectifier circuit (52) and the first magnetic coil (4), so that the power supply of the first magnetic coil (4) both before and after the rectifier circuit (52). n can become.

brake unit after claim 1 , characterized in that the intermediate circuit (50) comprises at least one diode, in particular a suppressor diode.

Braking unit according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the holding brake (1) further comprises a safety brake (6) with a second spring-loaded brake disc (5) and a second magnetic coil (4) for actuating a second armature disc (3.1), the second magnetic coil (4) being an intermediate circuit (60) comprising a rectifier circuit (62) is connected to or disconnected from a power supply, characterized in that a switching element (64) is arranged on the power supply side, and in that the intermediate circuit (60) has a connection between the rectifier circuit (62) and the second controllable power semiconductor element (43) arranged on the second magnetic coil (4), so that the power supply to the second magnetic coil (4) can be interrupted both before and after the rectifier circuit (62).

brake unit after claim 3 , characterized in that in a brake unit comprising the service brake (8) and the safety brake (6), the intermediate circuit (50) of the first magnetic coil (4) of the service brake (8) and the intermediate circuit (60) of the second magnetic coil (4) of the safety brake (8) each have their own rectifier circuit (52, 62).

Braking unit according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the first controllable power semiconductor element (43) and/or the second controllable power semiconductor element (45) is a field effect transistor, FET, in particular MOSFET, in particular power MOSFET.

Braking unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first controllable power semiconductor element (45) and/or the second controllable power semiconductor element (43) are self-locking field effect transistors, FETs.

Brake unit according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation unit connected to that of the first controllable power semiconductor element (45) and/or an evaluation unit connected to the second controllable power semiconductor element (43) is provided, the function and/or a State of the service brake (8) and / or the safety brake (6) can be monitored.

Brake unit according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control unit (47) and that the control unit (47) is designed to determine the point in time for actuating the service brake (8) and/or the point in time for actuating the safety brake (6 ) to be controlled in a targeted manner.

brake unit after claim 8 , characterized in that the control unit (47) is designed to activate the first controllable power semiconductor element (45) of the service brake (8) before the second controllable power semiconductor element (43) when the brake unit is actuated.

brake unit after claim 8 or 9 , characterized in that the control unit (47) controls the brake unit as a function of control signals from a higher-level control (41), in particular a motor control of the electric motor (31), or that the control unit (47) for the brake unit is integrated into a higher-level control .