Wirbelstromdynamometer Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromdynamo- meter mit einem zwecks Messung des Drehmoments schwenkbar gelagerten, eine Mehrzahl von Polen mit Erregerwicklungen tragenden Gehäuse und einem innerhalb des Umkreises der Pole angeordneten Wir- belstrommotor aus leitendem Material, dessen an den Enden des Gehäuses gelagerte Welle mit einer zu prüfenden Kraftmaschine verbunden werden kann.
Die bisher gebräuchlichen Dynamometer dieser Art haben eine verhältnismässig geringe Anwendungs breite,<B>d.</B> h. sie sind<B>je</B> nach ihrer Konstruktion nur für bestimmte, verhältnismässig kleine Bereiche von Drehzahlen, Drehmomenten und Leistungen ver wendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wirbelstromdynamometer zu schaffen, welches eine grosse Anwendungsbreite hat, für Dreh zahlen bis zu<B>15 000</B> Umdrehungen pro Minute und mehr verwendbar ist und die Abführung grosser Energiemengen pro Volumeneinheit des Dynamo meters gestattet. Das Dynamometer soll darüber hinaus so ausgebildet sein, dass es wirtschaftlich hergestellt werden kann, ohne die Einhaltung be sonders enger Toleranzen zu erfordern, und dass es lange Zeit hindurch ohne Wartung sowohl in inter- mittierendem als auch in kontinuierlichem Betrieb benutzt werden kann.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der ringförmig ausgebildete Rotor in eine das Gehäuse erfüllende Kühl- und Schmierflüssigkeit eintaucht, die durch axiale Bohrungen der Lager hindurch gegen die Innenfläche des Rotors geschleudert und an dieser entlanggeführt wird, wobei sie durch den Rotor in Umdrehung versetzt und durch die Zentri fugalkraft über die Enden des Rotors hinweg nach aussen befördert wird, um in kreisförmiger Bahn die Erregerwicklungen zu umspülen, worauf sie zwecks Kühlung und Umpumpung aus dem Gehäuse abge führt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Fig. <B>1</B> ist ein Längsschnitt eines Dynainometers nach der Erfindung gemäss<B>1-1</B> der Fig. 2.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach 2-2 der Fig. <B>1.</B>
Fig. <B>3</B> ist eine vergrösserte perspektivische An sicht einer der zweitefligen Lagerbuchsen für die Rotorwelle.
Das in Fig. <B>1</B> bis<B>3</B> dargestellte Dynainometer hat ein Gehäuse<B>10</B> aus Eisen oder einem ähnlichen magnetischen Material mit den Deckeln<B>11</B> und 12. Die letzteren haben zylindrische Ansätze lla und 12a, die unter Zwischenschaltung von Kugellagern <B>15</B> und<B>16</B> gegenüber den feststehenden Teilen<B>13</B> und 14 schwenkbar gelagert sind. Das auf das Ge häuse ausgeübte Drehmoment wird mit Hilfe eines Armes<B>17</B> (Fig.2), der mit dem Gehäuse durch Schweissung oder dergleichen verbunden ist, auf eine geeignete Messvorrichtung übertragen.
Mit dem Gehäuse verbunden ist eine Mehrzahl von länglichen Polen 20 aus magnetischem Material, deren Enden mit den Bezugszeichen 21 und 22 be zeichnet sind, und die eine nach innen gerichtete Polfläche<B>23</B> haben. Neben den Enden 21 und 22 der Pole sind ringförmige Zwischenräume<B>25</B> und<B>26</B> angeordnet; die Polflächen<B>23</B> umgeben einen zy lindrischen Rotorraum. Die Pole 20 sind mit dem Gehäuse durch die Schrauben<B>27</B> verbunden.
Jeder der Pole 20 trägt eine Erregerwicklung<B>28</B> in Form eines im Querschnitt rechteckigen Leiters, der vorzugsweise aus blankern Metall besteht und von den Polen durch eine Isolationsschicht<B>29</B> isoliert ist. Die Erregerwicklungen sind im Abstand vonein- -ander angeordnet, wobei die Zwischenräume zwischen ihnen durch eine Kühl- und Schniierflüssigkeit umspült werden.
Die Wicklungen<B>28,</B> die in Reihe geschaltet sein können, sind derart angeordnet, dass in den Polschuhen abwechselnd Nord- und Südpole erzeugt werden, deren magnetischer Fluss sich in den Rotor- raum erstreckt.
Innerhalb des Umkreises der Pole 20 ist ein Rotor in Form eines zylindrischen Wirbelstromringes <B>30</B> angeordnet, dessen Enden mit den Bezugszeichen <B>31</B> und<B>32</B> bezeichnet sind. Der Rotor hat eine zylindrische Aussenfläche<B>33</B> und eine der Wärme abführung dienende Innenfläche 34. Der Rotorring <B>30</B> besteht aus Kupfer oder einem ähnlichen leitenden Material.
Um den Rotorring so mit der Welle zu verbinden, dass im wesentlichen seine gesamte Innen fläche für die Zwecke der Wärmeabfuhr zur Ver fügung steht, ist der Ring mit einem mittleren Flansch oder Speichenring 40 verbunden, der den Raum innerhalb des Ringes in die symmetrischen Ring räume 41 und 42 unterteilt. Der Speichenring hat eine Nabe 43, die mit der Welle 44 durch eine Feder 45 verbunden ist. Die Welle 44 hat ein Wellenende 46, welches mit der zu prüfenden Kraftmaschine verbunden werden kann. Wird die Welle und der Wirbelstromring <B>30</B> in Umdrehung versetzt, so wer den in dem letzteren Wirbelströme erzeugt, welche ihrerseits ein magnetisches Feld erzeugen, das das Gehäuse<B>10</B> zu drehen sucht.
Das ausgeübte Dreh moment hängt von der Stärke des Gleichstromes ab, der durch die Erregerwicklungen fliesst. Die Er regerwicklungen haben einen verhältnismässig grossen Querschnitt, so dass die Erregerspannung gering sein kann. Die Regelung des Erregerstromes erfolgt in an sich bekannter Weise.
Die Lager, in denen die Welle 44 gegenüber dem schwenkbaren Gehäuse gelagert ist, sind in beson derer Weise ausgebildet. Sie enthalten zwei kon zentrisch zueinander angeordnete Lagerbuchsen, und zwar eine starre Buchse aus Gleitmaterial und eine elastische Buchse aus Gummi oder dergleichen. Die Anordnung ist dabei derart, dass die starre Buchse bei geringen Drehzahlen wirksam ist, insbesondere beim Anlassen, worauf die Gununibuchse bei hohen Drehzahlen die Lagerwirkung übernimmt.
Wie ins besondere aus Fig. <B>1</B> und<B>3 zu</B> ersehen, enthält das mit dem Bezugszeichen<B>50</B> bezeichnete Lager eine starre Buchse<B>51</B> aus Bronze oder einem ähnlichen Gleitmaterial und eine Gummibuchse<B>52.</B> Die Lager buchsen haben an ihren inneren Enden zueinander passende, nach aussen gerichtete Flanschen 51a bzw. 52a. Die starre Buchse<B>51</B> ist in einer Buchse<B>55</B> gelagert, die mit dem Gehäuse verbunden ist; bei spielsweise durch Schweissung. Um die Buchse<B>55</B> mit ausreichender Genauigkeit zu zentrieren, ist sie in eine Bohrung<B>56</B> eines Ansatzes lla bzw. 12a des Gehäusedeckels eingesetzt.
Beide Lager sind in gleicher Weise ausgebildet und spiegelbildlich ange ordnet.
Die Lager enthalten axiale Kanäle, durch welche hindurch eine Kühl- und Schmierflüssigkeit unter Druck in das Innere des Gehäuses eingeführt wird, um den Wirbelstromring zu kühlen. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise eine Emulsion von<B>Öl</B> in Wasser sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Innenseite der Gummibuchse Längsnuten vorgesehen, um die Flüssigkeit in grossen Mengen hindurchzuführen; die dadurch an den Begrenzungs flächen zwischen den sich bewegenden Teilen zur Verfügung stehende Flüssigkeit ergibt eine wirksame Schmierung.
Wie aus Fig. <B>3</B> zu ersehen, hat die Gummibuchse <B>52</B> eine Mehrzahl von Längsnuten <B>60,</B> die in gleichen Abständen an der Innenseite der Buchse angeordnet sind; an die Längsnuten schliessen sich radiale Nuten 60a des Flansches 52a an, so dass die Kühl- und Schmierflüssigkeit im rech ten Winkel abgelenkt wird tind radial in das Gehäuse des Dynainometers eintritt. Diese Flüssigkeit schmiert gleichzeitig die Berührungsflächen zwischen der äusseren Lagerbuchse<B>51</B> und der Buchse<B>55</B> des Gehäuses.
Um die Schmierwirkung zu verbessern, kann die Aussenfläche der Buchse<B>51</B> mit einer oder mehreren flachen, schraubenlinienförmigen Nu ten<B>61</B> versehen sein, wie in Fig. <B>3</B> dargestellt. In den meisten Fällen genügt jedoch die zwischen den Buchsen auftretende, natürliche Saugwirkung,<B>zu-</B> mal die Buchse<B>51</B> nur bei geringen Drehzahlen wirksam ist.
Es sind Mittel vorgesehen, um den äusseren Enden beider Lager Kühl- und Schmierflüssigkeit zuzuführen, obwohl nur das eine Ende des Gehäuses mit einer Zuführungsleitung verbunden ist. Wie aus Fig. <B>1</B> zu ersehen, ist das linke Ende der Maschine durch einen Deckel<B>70</B> verschlossen, der durch die Schrauben<B>71</B> mit dem Ansatz l la verbunden ist. Es entsteht so eine Eintrittskammer<B>72</B> für die Flüssig keit. Die Flüssigkeit wird der Kammer<B>72</B> durch eine Leitung<B>73</B> unter Druck zugeführt.
Da der Gesamtquerschnitt, insbesondere der Nuten<B>60</B> und 60a der Gummibuchsen, gross ist, wird eine grosse Flüssigkeitsmenge in der Zeiteinheit zugeführt, die imstande ist, eine wirksame Kühlung des Wirbel- stromringes zu ergeben. Um dem anderen Lager ebenfalls Flüssigkeit zuzuführen, hat die Welile 44 eine Mittelbohrung 74, welche mit einer oder meh reren radialen Öffnungen<B>75</B> verbunden ist, die zur zweiten Eintrittskammer<B>76</B> für die Flüssigkeit füh ren. Die Kammer<B>76</B> hat die gleiche Wirkung wie die Kammer<B>72,</B> so dass dem rechten Lager ebenfalls grosse Flüssigkeitsmengen zugeführt werden.
Um einen Austritt von Flüssigkeit aus der Kam mer<B>76</B> zu verhindern, trägt der Ansatz 12a des Gehäuses eine ringförmige, elastische Dichtung<B>77,</B> die durch eine kreisringförmige Kappe<B>78</B> gehalten wird. Das innere Ende der Dichtung<B>77</B> legt sich gegen eine Dichtungsnabe<B>79,</B> die mit der Welle ver bunden ist. Der in der Kammer<B>76</B> herrschende Druck drückt die Dichtung<B>77</B> gegen die Nabe<B>79,</B> so dass eine wirksame Abdichtung erzielt wird. Die beschriebene Dichtung hat den Vorteil der Einfach heit und des geringen Platzbedarfs, es versteht sich, dass statt dessen auch jede andere Dichtung ver- wendet werden kann, die für hohe Drehzahlen ge eignet ist.
Die Abmessungen der Gleitbuchse<B>51</B> und der Gummibuchse<B>52</B> sind gegenüber der feststehenden Buchse<B>55</B> bzw. der Welle derart gewählt, dass sie vom Anlassen bis zu hohen Drehzahlen nachein ander zur Wirkung kommen. Die Buchse<B>51</B> hat ein geringes Spiel gegenüber der feststehenden Buchse <B>55;</B> im Falle einer Buchse von<B>9</B> cm Durchmesser kann das Spiel beispielsweise die Grössenordnung von 0,012 mm haben. Dies ist ausreichend, um eine freie Relativbewegung der Teile<B>51</B> und.<B>55</B> bei geringen Drehzahlen zu ermöglichen; bei hohen Dreh zahlen wird jedoch auf die Buchse<B>51</B> wegen der grossen Lagerflächen und der an solchen Flächen auftretenden Flüssigkeitsreibung eine Bremswirkung ausgeübt.
Was die Gummibuchse<B>52</B> betrifft, so ist ein elastischer Passsitz zwischen der Buchse und der Welle vorgesehen, so dass das auf die Buchse ausgeübte Drehmoment einen gewissen Grenzwert überschreiten muss, bevor eine Relativbewegung ein setzt. Es liegt jedoch für den Fachmann auf der Hand, dass ein Schmierfilm zwischen den Flächen entsteht und den Reibungskoeffizienten auf einen Betriebswert verringert, sobald erst einmal die Relativbewegung eingesetzt hat. Es besteht daher keine Gefahr, dass vorübergehend eine stärkere Rei bung zwischen der Gummioberfläche und der Welle auftritt.
Es sind Leit- oder Ablenkbleche vorgesehen, die dafür sorgen, dass der aus den radialen Nuten 60a der Lager auftretende Flüssigkeitsstrom zur Mitte des Wirbelstromringes geleitet wird, von wo aus er die gesamte Innenfläche des Rotors be streicht, wobei die Flüssigkeit durch den Rotor in Umdrehung versetzt und durch die Zentrifugalkraft über die Enden des Rotors hinweg nach aussen beför dert wird, um in kreisförmiger Bahn die Erregerwicklun gen zu umspülen.
Wie aus Fig. <B>1</B> zu ersehen, sind an beiden Enden des Gehäuses Leitbleche angeordnet, die aus einem zylindrischen Ablenkblech <B>81</B> und einem konischen Ablenkblech <B>82</B> bestehen. Die Ab- lenkbleche sind durch Schweissen oder in anderer Weise an der Stelle<B>83</B> miteinander verbunden.
Die konischen Ablenkbleche sind mit den Teilen<B>11</B> und <B>55</B> des Gehäuses verbunden' Die Flüssigkeit wird daher gezwungen, durch die Ringräume 41 und 42 hindurchzuströmen, wobei sie mit der Innenfläche 34 des Rotors in Berührungkommt. Die durch den Rotor auf die Flüssigkeit ausgeübte Reibung ver setzt die Flüssigkeit in Drehung. Dher wird die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft über die Enden des Rotors hinweg nach aussen befördert und gelangt in die Ringräume<B>25</B> und<B>26,</B> wobei sie ihre Dreh bewegung beibehält.
Die Windungen der Erregerwick lungen sind in Umfangsrichtung angeordnet, wie aus Fig. 2 zu ersehen, so dass die Kühlflüssigkeit zwischen ihnen hindurchtritt. Es versteht sich, dass die Flüssig keit darüber hinaus infolge der Turbulenz auch in die Zwischenräume zwischen benachbarten Polen be- fördert wird, so dass die Wicklungen und die gesamte Polanordnung auch bei der grössten Leistung aus reichend gekühlt werden. Schliesslich wird die Flüssig keit über ein Rohr<B>90</B> abgeführt, um umgepunipt und gekühlt zu werden, worauf sie wieder dem Einlass <B>73</B> zugeführt wird.
Das Gehäuse ist vollständig von der Flüssigkeit erfüllt, so dass auch die Aussen fläche<B>33</B> des Rotorringes ebenso wie seine End- flächen <B>31</B> und<B>3</B> 2 ständig gekühlt wird.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung und deren Vorteile gehen klar aus der vorstehenden Beschrei bung hervor. Zusammenfassend soll noch folgendes gesagt werden. Das Dynamometer wird mit einer Kraftmaschine oder einer anderen- Kraftquelle ver bunden, deren Drehmoment und abgegebene Lei stung gemessen werden soll. Durch das Rohr<B>73</B> wird der Vorrichtung Flüssigkeit unter Druck zuge führt, so dass die Einlasskammern <B>72</B> und<B>76</B> an den äusseren Enden der Lager unter Druck gesetzt wer den. Die Flüssigkeit wird daher durch die axialen Nuten<B>60</B> hindurchgedrückt, die an den Innenseiten der Gummibuchsen<B>52</B> angeordnet sind.
Ein kleiner Teil der Flüssigkeit tritt zwischen den feststehenden Buchsen<B>55</B> und den starren Buchsen<B>51</B> hindurch.
Wenn die Welle sich zu drehen beginnt, wird in folge des engen Eingriffs der Gummibuchsen mit der Welle zunächst eine Relativbewegung zwischen den feststehenden Buchsen<B>55</B> und den starren Lager buchsen<B>51</B> eintreten. Wenn die Drehzahl ansteigt, wird die Reibung zwischen den letztgenannten Teilen grösser, bis eine Relativbewegung zwischen den Gummibuchsen und der Welle ein tritt. Infolge dieser Relativbewegung tritt die öl-Wasser-Eniulsion zwi schen die Gummibuchsen und die Welle, wobei deren Flächen geschmiert werden, so dass die Gummi buchsen<B>.</B> danach<B>-</B> als Hochleistungslager für hohe Drehzahlen wirken, welche durch die in axialer Richtung fliessende Flüssigkeit sowohl gekühlt als auch geschmiert werden.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Anordnung- Drehzahlen bis zu<B>15 000</B> Um drehungen pro Minute und mehr gestattet, ohne dass eine unzulässige Abnutzung oder eine überhit- zung auftritt. Darüber hinaus hat der Gummi die Tendenz, als Dämpfer zu wirken und alle Schwin- ,gungen zu absorbieren, die in dem mit hoher Dreh zahl rotierenden Wirbelstromring entstehen können.
Die Elastizität des Gummis hat den weiteren Vorteil, dass auf besonders enge Toleranzen verzichtet wer den<B>kann,.</B> und dass die Auswuchtung des Rotors weniger krtitisch ist.
Die an den inneren Enden der beiden Lager ausgestossene Flüssigkeit wird gegen die Mitte des Wirbelstromringes geleitet und fliesst in beiden Rich tungen von der Mitte aus an diesem entlang, wobei im wesentlichen die gesamte Innenfläche des Wirbel- stromringes mit dem Flüssigkeitsstrom in Berührung kommt.
Infolge der Reibung, welche die Innen fläche 34 des Wirbelstromringes auf die Flüssigkeit ausübt, wird diese in Rotation versetzt, wobei ein gewisser Betrag von Turbulenz auftritt, was zur Folge hat, dass der WirbeIstromring kräftig gekühlt wird, und dass das Entstehen von begrenzten, heissen Stellen in Wirbelstromring mit Sicherheit vermieden wird, Die an den Enden des Rotors austretende Flüs sigkeit, welche sowohl axiale als auch radiale Be wegungskomponenten enthält, wird durch die koni- scheu Leitbleche<B>82</B> in die Räume<B>25</B> und<B>26</B> be fördert,
wo die Rotation der Flüssigkeit anhält, so dass die Erregerwicklungen und die Pole kräftig ge kühlt werden. Hierauf wird die Flüssigkeit durch das Rohr<B>90</B> abgeführt. Infolge des grossen Dreh zahl- und Drehmomentbereichs der beschriebenen Vorrichtung genügt ein einziges Dynamometer für einen breiten Anwendungsbereich. Die neuartige, ein fache Anordnung macht es möglich, die Vorrichtung mit geringen Kosten herzustellen; es ist selbst dann keine Wartung erforderlich, wenn die Vorrichtung während langer Zeitspannen mit der maximalen Drehzahl und dem grössten Drehmoment betrieben wird.
Der in Verbindung mit der Buchse<B>51</B> gebrauchte Ausdruck Gleitmaterial bezieht sich nicht nur auf Lagermetalle, sondern auch auf jedes andere Ma terial, welches ähnliche Eigenschaften hat. Der Aus druck Gunimi , der in Verbindung mit der Buchse <B>52</B> gebraucht wurde, soll alle elastischen Stoffe ein schliessen, deren Eigenschaften ähnlich sind wie die des Gummis.