Motor sicher zum Stillstand gebracht

Bremsen - Moderne Produktionsprozesse sind geprägt von schnellen Bewegungen. Deshalb sind leistungsfähige Bremseinrichtungen für die Antriebe gefragt. Geeignete Technologien erhöhen nicht nur die Sicherheit, sie sparen auch Zeit und Kosten.

29. April 2005

Hochdynamische Bewegungsvorgänge in Maschinen bergen ein hohes Gefährdungspotential für Mensch und Maschine. Nicht ohne Grund verlangen die Unfallverhütungsvorschriften für verschiedene Maschinen deshalb effektive Bremseinrichtungen, mit denen sich gefahrbringende Maschinenteile im Störungsfall rasch stillsetzen lassen. Pflicht sind Bremsen beispielsweise in der Holz- und Textilindustrie. Ihr Einsatz empfiehlt sich nicht allein aus Gründen der Sicherheit: Schließlich verkürzen wirksame Bremsen auch die unproduktiven Auslaufzeiten der Maschinen und helfen so, Kosten zu senken. Die einfachste und älteste Bremseinrichtung für Drehstrom-Asynchronmotoren ist die mechanische Bremse. Diese bewährte Lösung ist immer dann unerläßlich, wenn eine ungewollte Bewegung des stromlosen Motors sicher verhindert werden muß. Darüber hinaus entlastet sie den Motor von der beim elektrischen Bremsen entstehenden Verlustwärme. Zum Einsatz kommen mechanische Bremsen deshalb vor allem bei Motoren, die häufig schalten und bremsen müssen. Zu den Nachteilen mechanischer Bremsverfahren gehören der Verschleiß und die entsprechende Störanfälligkeit sowie die Geräuschentwicklung. Für die meisten Anwendungsfälle kommen elektrische Bremsverfahren zum Einsatz. Das gebräuchlichste dieser Verfahren war in früheren Zeiten die Gegenstrombremsung durch das Vertauschen zweier Netzleitungen der Ständerwicklung. Dabei ändert das Drehfeld des Motors seine Richtung und erzeugt ein der Drehrichtung entgegenwirkendes Moment, das den Motor bis zum Stillstand abbremst. Wenn der Motor nicht rechtzeitig abgeschaltet wird, beschleunigt er nach Stillstand wieder in die entgegengesetzte Richtung. Die Nachteile der Gegenstrombremsung sind die hohe Leistungsaufnahme, das relativ hohe Bremsmoment sowie die umständliche Einstellung des Bremsmoments über Widerstände. Zudem belastet das Verfahren die Schaltgeräte stark.

Vieles spricht für Gleichstrombremsen

Sinnvoller und effizienter ist die Gleichstrombremsung, bei der die Ständerwicklung mit Gleichstrom gespeist wird und im Inneren des Motors ein stehendes Feld entsteht, in dem der drehende Läufers eine Wechselspannung induziert. Der daraus resultierende Strom bewirkt eine stoßfreie, kräftige Bremsung des Läufers. Bei elektronischen Motorbremsgeräten erzeugt in der Regel eine Thyristor-Phasenanschnittsteuerung die Gleichspannung. Dadurch läßt sich die Bremsspannung durch Verschiebung des Steuerimpulses für den Thyristor kontinuierlich verändern und damit an die jeweilige Problemstellung anpassen. Um eine unnötige thermische Belastung des Motors zu vermeiden, unterbricht ein Bremsschütz den Bremsstrom nach dem Stillstand des Motors. Eine solche Stillstandsüberwachung ist bei modernen Motorbremsgeräten bereits integriert. Sie benötigt keine zusätzlichen Sensoren und schaltet den Bremsstrom nach einer Verzögerungszeit von weniger als einer Sekunde ab. Über eine Zeitstufe läßt sich zudem die maximale Dauer des Bremsvorganges unabhängig von der Stillstandsüberwachung einstellen.

Integrierter Wärmeschutz

Manche Motorbremsgeräte besitzen zum Schutz der Leistungselektronik gegen Übertemperatur zusätzlich einen Temperaturschutz. Der Signalausgabekontakt der thermischen Überwachung sollte dabei so angeordnet sein, daß beim Auslösen des Steuerkontaktes der Motor aus Sicherheitsgründen bremst, jedoch danach nicht erneut gestartet werden kann, bis die thermischen Daten einen Wiederanlauf zulassen. Hierzu bieten sich thermische Motorschutzrelais an. Komfortable Motorbremsgeräte haben diesen Thermistor-Motorschutz bereits integriert. Bei konventioneller Gleichstrombremsung regelt die Anlagensteuerung den Funktionsablauf. Dabei beginnt der Bremsvorgang nach dem Abschalten des Drehstroms verzögert, damit die noch anliegende Induktionsspannung auf einen für die Leistungshalbleiter ungefährlichen Wert abklingen kann und zudem das Bremsschütz möglichst in stromlosem Zustand schaltet, um den Kontaktverschleiß zu verringern. Elektronische Motorbremsgeräte dagegen besitzen ein integriertes Zeitprogramm, das den richtigen Ablauf der Schaltvorgänge regelt und sicherstellt, daß Netz- und Bremsschütz nicht gleichzeitig einschalten. Eine Phasenanschnittsteuerung ermöglicht die stufenlose Anpassung der Bremskraft und -zeit an die Charakteristik der Maschine und vermeidet so mechanische Belastungen von Lagern oder Keilriemen. Zudem arbeiten solche Bremsen verschleißfrei, benötigen keine Wartung und lassen sich nachträglich installieren. Ein optimales Bremsmoment wird erhalten, wenn der Bremsstrom das 1,8- bis 2fache des Motornennstromes beträgt. Höhere Bremsströme erwärmen lediglich den Motor. Genau bestimmen läßt sich der zulässige Bremsstrom mit einem Effektivwert-Meßgerät. Neben dem Bremsstrom bestimmen noch weitere Kriterien die Auswahl des richtigen Bremsgerätes, etwa der maximale Bremsstrom, die Dauer und Häufigkeit von Bremsvorgängen sowie die Schaltungsart des abzubremsenden Motors.

Sigmund Plachetka,

E. Dold & Söhne KG

Erschienen in Ausgabe: 03/2005